基于OPC技术的医院呼叫系统设计

徐文 中南民族大学生物医学工程学院 (武汉 430074）

基于OPC技术的医院呼叫系统设计

徐文 中南民族大学生物医学工程学院 (武汉 430074）

为了更好地将呼叫系统融入医院集成管理系统，在OPC接口技术的基础上，设计了一种基于单片机的两线制医院呼叫系统。该系统提供OPC接口，可以方便地利用OPC技术实现数据传输；系统采用二线制，所有分机、紧急呼叫分机和门灯皆并联其上，简化了设计，同时使得安装、维护非常方便。系统实时性强、可靠性高、成本低、安装方便，具有很强的实用价值。

医院呼叫系统 OPC技术 服务器

0 引言

医院呼叫系统是病员请求护理帮助的工具，是医院的必需设备之一。借助呼叫系统，护理人员可以随时随地了解病员的需求；对病员的呼叫信息记录、存储、统计，可帮助解决医疗纠纷；在多病员请求帮助时可选择最紧急最优先的病员予以处理；由于具备保存未处理请求的功能，不会使求助病员被遗忘，等等。这些功能大大减轻了护理人员的工作量，同时提高了救护质量。临床呼叫求助装置是传送临床信息的重要手段，关系到病员安危，因此医院呼叫系统历来受到各大医院的重视[1][2]。

随着科学技术的发展，医院智能化集成管理已成为一种趋势[3]。医院智能化集成管理系统应该包含很多子系统，包括数字化影像系统、检验信息系统、门禁系统、一卡通系统、消防报警系统、监控系统等。但是现在大量工程实例是：所谓的全面智能化就是将各个子系统进行简单的叠加，各个子系统之间相互独立，各个子系统有自己的管理软件和数据库，缺乏一个统一高效的中央集成管理系统。采用基于OPC技术的集成系统方案，有效地解决了这一问题[4][5]。OPC标准有利于医院所有设备硬件驱动和软件通信采用统一标准[6]，有利于将医院信息系统一体化，便于医院信息系统的外延扩展及升级，也便于系统维护。

在OPC技术的基础上，开发一套医院呼叫系统，提供OPC标准接口，利用OPC技术实现数据传输，有助于将我们所设计的医院呼叫系统融入医院集成信息管理系统。

1 OPC介绍

OPC是开放、高效通信机制的产物，它包含一套标准的接口、属性和方法，适用于过程控制。OPC规范了接口函数，不管现场设备以何种形式存在，客户都以统一的方式去访问，从而保证软件对客户的透明性，使多个过程控制设备之间进行通讯，而无需专门的控制软件。OPC规范基于Microsoft OLE/ COM(Object Linking and Embedding/ Component ObjetModel)，同时OLE/COM的扩展远程OLE自动化与DCOM(Distributed Component Object)技术支持多种网络协议，因此可以将OPC客户、服务器在物理上分开，分布于网络的不同节点上。

通常来说，OPC提供了对于不同厂商的设备和软件包的内部连接能力。在OPC诞生以前，企业中的应用程序与设备驱动之间的关系如下图1(a)所示，不同的应用程序和不同的厂商的硬件驱动程序之间存在着大量的连接问题，需要开发各种特定的通信驱动。OPC标准的制定，使得所有的通信连接问题变得简单，它提供一种内似总线的形式，如下图1(b)所示，这样，应用起来就变得简单、轻巧，应用程序只需要知道如何从OPC数据源获取数据(OPC Client)，设备的驱动程序只需要知道如何以简单的格式提供数据(OPC Server)。

2 医院呼叫系统设计

2.1 总体设计

医院呼叫系统由一台主机和若干分机构成，如下图2所示。其中主机放置在护士站，分机分别置于病房的各个床位旁。分机完成住院病人呼叫信号采集、显示等功能；主机完成接收、处理分机呼叫请求，进行确认、应答、打开语音通话，同时可将呼叫信息显示和存储等功能；同时主机对外提供OPC硬件接口，用于采集现场数据。

本呼叫系统采用二线制，即主机和分机仅用两根线相连，这两根线构成的总线既用于主机对分机的供电，又完成双向的数据通信和语音通信功能。且这两根线接线不分极性，使得安装、维护非常方便。

本呼叫系统主机对外提供RS-232接口，利用串口和OPC DA服务器进行通信。OPC服务器通过串口采集现场数据[7]。

2.2 系统特点

本系统设计中，主机和分机均采用单片机作为控制器，利用单片机的多地址编码技术，使得分机完全通用，分机地址可以现场在线编码，即插即用，便于扩展。整个系统采用在多机通信中非常流行的串行通信方式，精心设计了一套完善的通信协议，有效地解决了二线制串行通信中的数据碰撞问题和系统中数字呼叫信号和模拟音频信号间的相互干扰问题。该系统在程序设计中采用“有限状态机模型”的思想实现了模块化编程，同时保证了系统的实时性；采用“主机查询”方式，有效地解决了多个分机同时呼叫主机引起冲突的问题。在呼叫系统的功能设计上，完成了广播、群呼、LED数码显示、全双工对讲基本功能，还可以实现多级护理级别设置、无阻碍呼叫以及系统故障自检功能，使得系统具有极大的可靠性。

2.3 主、分机通信单元电路设计

医院呼叫系统的核心功能就是要实现主机和分机之间的通信，这样一来，主机与分机之间的通信单元电路是系统设计的核心，下面将分别对主、分机通信单元电路作简单介绍。

(1)发送单元

主机发给分机的是电压形式的信号。为了使用两根线路完成主机对各分机的供电和通信任务，采用了将通信信号和供给分机的直流电相叠加的传输方式。主机对分机的数据通过单片机直接控制可调电源模块，以控制总线电压的变化，完成数据信号发送；语音信号经过放大滤波后，直接通过可调电源模块输出。

分机发送单元与主机发送单元相似，不过分机发给主机的是电流形式的信号。

(2)接收单元

主机接收单元主要完成对分机呼叫的数据信号和分机语音信号的接收。因为分机发送的是电流形式的信号，在接收分机信号的时候，需要先经过总线电流检测电路，得到分机发送的信号，再通过带通滤波来分离数据信号和语音信号，数据信号经过放大和滤波后，送入鉴频器，解调为数字信号发送到单片机；语音信号经过放大和滤波后，直接发送到主机电话机。

3 医院呼叫系统OPC DA数据服务器

基于OPC的数据访问都是通过OPC服务器与现场设备进行交互的，如图3所示，因此OPC服务器的开发是整个系统的基础和关键。

OPC服务器主要由两部分组成，OPC标准接口的实现和与硬件设备的通信。由于本医院呼叫系统对外提供RS-232接口，可直接使用此接口用来与OPC服务器通信，通过此串口实现医院呼叫系统与OPC服务器的数据传输和共享。OPC服务器的开发必须以OPC规范为基础，实现各个对象及其接口。因此OPC接口是整个系统设计的基础。

ATL(Active Template Library)是Visual C++提供的一套基于模板的C++类库，利用这些模块类，可以快速开发COM组件程序。它的内部的模板类实现了COM的一些基本特征，比如一些基本的COM接口IUnknown、IClassFactory、IDispatch等，也支持COM的一些高级特征，如双接口(dual interface)、连接点(connection point)、ActiveX等。

利用ATL开发的OPC DA Server接口设计：① OPC Server，它是一个COM接口，需要为其设计以下接口：

4 系统测试

利用单片机构成的二线制呼叫系统，既解决了四线制呼叫系统安装维护困难的问题，又解决了无线呼叫系统易受外界干扰的问题。实验证明，在多个分机同时呼叫主机的情况下，主机都可以可靠、稳定地接收和应答。在本系统测试中，在极端的情况下，50个分机同时呼叫主机，主机也能够可靠、稳定地处理所有的呼叫请求，同时优先处理护理级别较高的分机请求。

打开OPC SERVER软件，在本机OPC SERVER的基础上增加如下图4所示的标签，并且设置好串口通信的参数，将医院呼叫系统连接到本地服务器，同时设置更新速率，在此我们设置为1ms，即每1ms读取一次医院呼叫系统的相关数据。

图4 医院呼叫系统OPC DA Server 串口设置

图5为医护呼叫系统OPC服务器在某段时间采集到的呼叫数据。经实验证明：该服务器能够可靠地与硬件实现数据交换。

图5 医院呼叫系统显示界面

5 结论

在研究OPC技术的基础上，开发了一套基于单片机的二线制的医院呼叫系统，该系统性能稳定、工作可靠且成本较低，可以方便、实时利用PC机采集呼叫信息：病人呼叫时间、护理人员应答时间等。通过这些数据可以分析医院的服务质量；统计病人对应铃的满意度；对病员的呼叫记录、存储、统计，可帮助解决医疗纠纷；更为重要的是，开发基于串口的医院呼叫系统OPC服务器，可以方便地兼容医院集成化管理系统，实现医院各种监控组态软件的无缝集成。

[1] KANG Hao-chen, WANG Jian-guo. Design of a simple ward call system. INFORMATION OF MEDICAL EQUIPMENT, 2006, vol21(9),p102-102.

[2] Ma YanHao. Relization Methods of Bed Coding for Medical Calling System. China Medical Equipment, 2005, P41-42.

[3] 丁仁声. 医院集成化信息管理系统的设计与实现[P].中国医院统计, vol 13,2006, P37-41.

[4] Pankaj Bhatt and Roger P.Baldevia, Jr. INTEGRATE IEDS WITH OPC TECHNOLOGY[J]. Schweitzer Engineering Laboratories, Inc.

[5] 司纪刚. OPCDA服务器与客户端程序开发指南[D].南大傲拓科技(北京)有限公司.

[6] Li Zheng, Hiroyuki Nakagawa. OPC(OLE for Process Control)) Specification and its Developments. SICE 2002. Proceedings of the 41st SICE Annual Conference. 917-920.

[7] 金建新.基于OPC规范的串口数据采集技术的应用[P].华东电力, 2004, vol.32,

Development Medical Intercom System Based on OPC

XU Wen College of Biomedical Engineering, South Central University for Nationalities (Wuhan 430074)

To integrate the medical intercom system into the hospital information system, a two-wire medical intercom system was designed by using the MCU on the basis of OPC. The system provides OPC interface, you can easily use OPC technology to achieve data transmission. Because the host uses two-wire to connect all the extensions, emergent extensions door lights, simplifies the design, while making installation, maintenance to be easy. The system has the advantage of real-time, high reliability, low cost, easy installation, possesses strong practical value.

medical intercom system, OPC technology, server

1006-6586(2011)05-0013-04

R197.324

A

2011-03-09

徐文，硕士，研究方向为信号处理