便携式智能医疗护理系统实验设计

王伊飞，尹红飞，齐 麟，王 伟，沈玉红，房建东

（内蒙古工业大学 信息工程学院，内蒙古 呼和浩特010051）

便携式智能医疗护理系统实验设计

王伊飞，尹红飞，齐 麟，王 伟，沈玉红，房建东

（内蒙古工业大学 信息工程学院，内蒙古 呼和浩特010051）

为进一步完善现有的医院病房有线呼叫系统，改变病房与护士站的信息传递方式，创造更加整洁、便捷、高效的医疗环境，设计了以单片机为核心控制器的医院病房无线呼叫系统。设计主要包括资料收集及调研、软件设计、硬件搭建，联系现有环境的进行功能分析、测试等，确定了具体的功能需求，及需求功能之间优先级的表现形式。单片机作为主控制芯片，YL-100T为无线传输模块，结合矩阵键盘、独立按键、LCD液晶显示、无线通信、信号处理5个部分完成了本次设计。现场测试表明，在空旷区域，系统可以实现500 m无失真传输及处理；在楼宇内，系统可以实现1-5层无失真传输及处理，传输频率为433.078 2 MHz，波特率为4 800 Baud。系统具有可靠性高、成本低、可实现性好及可扩展等技术特点。

无线通信；需求优先级；信号处理；可靠性

医疗呼叫系统发展至今，已经不再是简单的医患之间沟通的工具。在实际应用当中，不仅可用来实现护士站人员与住院患者之间直接、可靠的信息联络，将病人的请求快速传送给护士站，还应兼顾到医院的整体设计，既有特色又具有良好实用性、装饰性的设备将得到越来越广泛的应用。

医疗呼叫系统，一般采用有线通信系统，抗摧毁的能力比较差，安装复杂，检查维修困难，不易扩展，外观不雅等[1]。设计一款能满足大众要求，适合各种服务性行业的紧急呼叫系统，无疑会对改善人们生活起着十分重要的作用。对医院单位而言，在同类行业中，需要对病人进行快速、准确的服务和治疗，这就需要一种能够提高医院工作人员办事效率的设备，而这种便捷服务式的呼叫系统节约了大量的人力，财力[2]。文中介绍一种病房无线呼叫系统，提高了医疗服务水平，系统稳定可靠具有良好的应用前景。

1 系统的功能设计及原理

系统的硬件设计包括发射终端和接收终端，两者均以单片机和YL-100T无线收发器为核心。呼叫病房采用4×4矩阵键盘模拟，如图1所示[3]。每个病房会有一个与之对应的编号，以及4种（该数量可以更改）需求，其中一个为紧急需求，其他需求可以按照情况进行设定。当某一病房产生需求时，发送端会将需求的编号与单位编号捆绑发送至接收端等待处理。此时接收端配套的显示器将产生需求和单位编号等进行显示，方便病患对照。另一方面，在护士站的接收端对接收到的信号重新分为单位编号与需求编号，分别显示。当接收到多个信号时，按照先后顺序进行排序[4]。其显示分为两栏，在第一栏显示优先权最高的单位编号及需求编号，在第二行显示优先权次高的三个需求的单位编号，其余的暂做存储。护士站按下清除键，则当前优先权最高的需求会被清除，同时余下的需求优先权依次提高一位[5]。当接收端收到紧急需求时，会将此需求和其对应单位编号的优先权强制提至第一位。

1.1 矩阵键盘

矩阵键盘是用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键[6]。在发送端使用矩阵键盘来模拟16个真实的病房，键盘编码的1-16来对应病房的1-16号；在接收端矩阵键盘中任意一个按键都可以清除信号。在呼叫的时候16个病房本身并无差别，也不存在优先次序。

这部分的功能是通过在收发端编程实现。具体编程思路为[7]：①判断键盘中是否有按键按下。将全部行线PA4－PA7置低电平输出，然后读PA0－PA3四根输入列线的状态。只要有低电平出现，则说明有键按下，编程时还进行了按键的消抖。②判断闭合键所在位置。在确认有键按下后，依次将4根行线分别置为低电平，即在某根行线置为低电平时，其余行线为高电平，再逐列检查各列线的电平状态，若某列为低电平，则该列线与置为低电平的线交叉处的按键就是闭合的按键。③键盘的编码，即对各个按键进行编号。④完成键盘扫描和处理的程序是系统程序中的一个专用子程序，MCU调用该键盘扫描子程序对键盘进行扫描和处理使用的是中断扫描。当键盘有按键按下时，键盘硬件电路产生一个外部的中断信号，MCU响应外部中断，进行键盘处理[8]。

图1 矩阵键盘原理图

1.2 独立按键

在发送端，使用独立按键的前4个，即K1-K4来模拟每个病房中的需求按键，以便在呼叫时可以传达相应的需求，起到一个辅助作用。其中，按键K1对应需求为清洁，显示为CLEAN；按键K2对应需求为询问事项，显示为MATTER；按键K3对应需求为更换，显示为CHANGE；按键K4对应需求为紧急，显示为URGENT。当某个病房按下K4时，其需求会在接收端优先显示并发出声音警报，这也就使得每个病房都有了优先权，增加了病人呼叫需求的灵活性。

1.3 LCD液晶显示屏

工业字符型液晶，可以显示两行，每行16个字符液晶模块[9]。原理图如图2所示。

图2 LCD液晶显示屏原理图

发送端的显示屏在每个病房（或病床）都会有一块，与按键配套。发送信号时，发送端显示屏显示发送的病房号和对应的发送需求；接收端的显示屏显示对应的房号和需求数字，最多可显示4个病房号，优先显示优先权最高的的病房号 （当有紧急需求时其对应病房号的优先权提至最高），优先权次高的三位在等待显示栏，若排队数大于4，则暂存于寄存器，在处理完当前信号，在对下一信号进行更替。显示方式如图3所示。

图3 发送及接收显示界面

1.4 YL-100T无线传输模块

YL-100T是一款高稳定性，低功耗，高性价比的采用GFSK调制方式的无线透明数据收发模块。其外观结构如图4所示。该模块相对一般模块具有尺寸小，灵敏度高，传输距离远，通讯数率高，内部自动完成通讯协议转换和数据收发控制等特点。可以通过自己的需求灵活配置模块的串行速率，工作信道，发射功率，通讯数率等参数。该模块与单片机接线方式如表1所示。

图4 YL-100T无线传输模块

表1 无线模块与单片机接线端明细表

2 系统的设计结构

2.1 系统硬件结构框图

系统硬件结构框图图5所示[10]。

2.2 系统软件结构

系统软件结构如图7所示[11]。

图5 系统硬件结构框图

图6 电路结构图

图7 系统软件结构图

2.3 系统流程图

系统流程图如图8所示。

图8 系统流程图

3 实测结果分析

经过实验测得的信息数据如表2所示，并且无失真传输，传输频率及波特率均不发生变化。从而推论处该系统可以在医院病房呼叫系统中较好的应用。

表2 传输距离及频率信息数据

4 结束语

文中提出了一种基于单片机的简易无线病房呼叫系统，并从硬件和软件两个方面介绍了系统的相关设计过程，并采用YL-100T芯片作无线收发模块，实现了无线传输及床号信息的正确显示[14]。该系统能够实现医院呼叫所需的一般功能，并且电路结构简单，成本低廉，可靠性高，可作为新一代医疗无线呼叫系统的推广[15]。该系统的扩展性强，可扩展病房、功能需求，集成便捷式终端等，具有很好的开发前景。

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[15]黄小娟，赵静，王乔.病房无线呼叫系统的设计[J].世界产品与技术，2011（6）:53-56.

Experimental design of a portable intelligent medical nursing system

WANG Yi-fei，YIN Hong-fei，QI Lin，WANG Wei，SHEN Yu-hong，FANG Jian-dong
（College of Information Engineering，Inner Mongolia University of Technology，Huhhot 010051，China）

To replace the existing hospital ward cable system call，change the information transfer mode between rooms and nurses station， create a more clean， convenient and efficient medical environment，we designed a hospital ward wireless call system which microcontroller is the core controller.This design includes data collection ，research， software design， hardware structures， function analysis that contact the existing environment， testing， determine the function of the specific needs， and the demand of function between priority form.In this design， Microcontroller is the main control chip， YL-100T for wireless transmission module， in the process of communication， combined with the keyboard matrix，independent keys， LCD display， wireless communication and signal processing five parts to complete the design.Results:field test showed that in the wide area，the system can achieve 500m distortionless transmission and processing in the closed area （buildings）， the system can achieve 1-5 floats distortionlesstransmission， transmission frequency is433.0782Mhz， baud rate for4800Baud.Conclusion:the call system has high reliability， low cost， easy implementation and expansion， so it can be used in place of the existing medical ward calling system.

wireless communication； demand priority； signal processing； reliability

TN92

A

1674－6236（2017）12-0015-04

2016-05-26稿件编号：201605252

王伊飞（1995—），女，蒙古族，内蒙古赤峰人。研究方向：电子信息工程。