病房呼叫系統是用于傳送臨床信息的重要手段，是病人在病床上直接請求幫助的呼叫工具。可以將病人的請求快速傳遞給值班醫生或者護士，并在值班室監控中心電腦上做出相應的信息記錄和警報。病房呼叫系統是提高醫院和病室護理水平的必備設備之一。本文采用兩線制信號和電源疊加的通信方式，主機與各床位呼叫分級僅需要兩根線進行連接，這兩根線既是傳輸線又是各分機的電源線，不但降低了布線成本，而且可以克服無線分機誤報、經常更換分機電池的缺點。同時走廊監控主機和主監控室、手持式監控機可以采用無線的通信方式，既可以方便醫務人員的巡視，同時又降低了主連接線的成本。在實際的醫院病房中有很好的應用前景。
1 系統的總體設計
　系統整體框圖如圖1所示，主要由走廊監控主機及床位呼叫分機、監控室主機、手持式監控機三個部分組成。床位呼叫分機采用信號和電源進行疊加的方式與走廊監控主機相連。走廊監控主機、監控室主機、手持式監控機則采用無線通信方式，可使醫生在接收病人的呼叫信號時更加靈活、方便。

2 硬件設計
2.1  走廊主機
　走廊主機是安裝在病房走廊中的裝置，其結構框圖如圖2所示。信號調制的主要電路通過電源信號線不間斷地向各個床位呼叫機發送計數脈沖和復位脈沖。數碼顯示可以通過按鍵實現顯示控制[1]，在沒有呼叫信號時，顯示實時時間;有呼叫信號的時候顯示病床分機號，并使能聲光報警。利用無線電模塊CC1100發送正在呼叫的床號信息。

　信號調制電路如圖3所示，其主要作用是將單片機的脈沖信號調制到15 V。使用15 V電壓，在長距離傳輸信號的過程中能具有更強的抗干擾能力，以保證系統的穩定。

　圖3中，DATA為復位信號引腳，當DATA引腳為高電平時，三極管Q7、Q6、Q1均不導通，Q4、Q3導通，信號線上的A線電平被拉低，使各個床位呼叫分機全部復位，重新計數。SCLK為計數脈沖引腳，當DATA為低電平、SCLK為高電平時,Q2、Q1、Q6、Q7均導通，在信號線A線上會產生15 V和8 V的疊加電壓，作為床位呼叫分機的計數脈沖信號;當SCLK為低、DATA也為低時,只有Q7和Q6導通,信號線上只有8 V的電壓，此電壓為各床位分機提供電源。其中三極管Q2、Q4、Q7起前級放大作用[2]。電阻R13為27 Ω/1 W的中功率電阻，起短路保護作用。當施工人員在安裝過程中不小心將兩根電線短路，或者在長期使用后，使得電線老化造成兩根電線短路，由于此時有R13電阻,系統將不會形成很大的短路電流而造成床位呼叫分機被燒壞,從而保護了系統的安全。
2.2 床位呼叫機
    床位呼叫機采用計數方式實現床號的呼叫。圖4中使用4個1N4148二極管接成整流電流的形式，其作用是將信號線上的電流進行整流,不區分兩根信號線的正負，這樣可以使得安裝工人便于安裝,不必記得哪根線是正，哪根是負。另外，床位呼叫機還采用三極管串聯穩壓，其過程是:VCC上升→Q3基極電壓上升→Q3集電極電壓下降→Q2基極電壓上升→Q2集電極電壓上升→Q1基極電壓上升→Q1飽和變小→輸出電壓變小→完成穩壓。其中改變電阻R4的阻值可以調節輸出穩壓的電壓值[3]。經實驗，此種穩壓方案能夠產生穩定的電壓，使系統能穩定地工作。而且由于三極管的價格便宜，還可降低系統的成本。
    本系統的叫號分機中使用CD4040計數芯片來對各個床位進行地址編碼。如圖4所示，有CLK引腳輸入計數脈沖，當且僅當計數器計到（QF：QA）為000111時Q7截止，Q6、Q5導通[4]。如果此時床位上的呼叫按鈕S1按下接通，則信號燈將被點亮，并且將信號線上的電平拉低，給走廊主機發送呼叫信號。地址的編碼原理是使用二進制進行編碼，如圖4編碼二極管的連接方式代表的是（QF：QA）＝（000111），故該分機的編號即為7號。

2.3  手持式監控機
　手持式監控機主要是通過CC1100接收呼叫信號,實現聲光報警，并在LCD上顯示。其功能框圖如圖5所示。

2.4 監控室主機
     監控室主機通過CC1100接收到的呼叫信號發送到上位機，由上位機顯示出正在呼叫的床號，并且完成各種操作。其框圖如圖6所示。

3 軟件設計
3.1  走廊主機程序
　走廊主機程序在平時只需要掃描是否有呼叫信號，有即顯示呼叫床位，沒有則顯示實時時間。床位分機控制時序如圖7所示。有脈沖時，引腳SCLK發出計數脈沖，當計數到設定的上限值時，則從RST引腳輸出一個復位脈沖，讓所有床位呼叫機重新計數。如圖7所示，如果在發送到第3個脈沖時，3號床位的呼叫按鈕被按下，則會向走廊主機發送一個脈沖，走廊主機捕獲此脈沖后，即可知道是哪個床位在呼叫，進而作相應的處理。走廊主機控制床位呼叫機流程圖如圖8所示。

3.2 手持式監控機程序
　手持式監控機主要用于接收走廊主機通過無線電發送過來的信號，收到信號時，在顯示出正在呼叫的床位的同時發出相應的聲光報警。因為在醫院中病房分為多個科室，而有可能每個科室都會安裝一個走廊主機，此時手持式監控機就需要能夠有選擇地接收各個科室的呼叫信號，所以手持式監控機要能夠設置監控組號。
　為了避免護士在攜帶手持式監控機的時候由于誤操作而改變監控的組號，使用了長按的處理方式。即只有使用長按模式設置按鍵之后才能對組號進行設置，短按將不會有任何反應。
3.3 監控室主機程序
　監控室主機是安裝在護士站里的接收設備，此設備主要接收由走廊主機通過無線電發送過來的呼叫信號，當接收到呼叫信號之后，立刻通過串口向上位機發送呼叫床號，由上位機進行處理。上位機接到呼叫床號信息后，在屏幕上顯示相應的編號和床位信息。
4 測試結果和實際使用情況
4.1 有線傳輸距離
    實際測試表明，在使用銅絲線時，走廊主機與床位呼叫分機之間的有線通信距離在350 m以下通信穩定，基本無誤碼。當線長增加到400 m以上時，由于信號衰減得過大，造成誤碼率大幅度增加，甚至由于信號幅度太低導致分機不能工作。有線傳輸距離與通信誤碼率的關系如表1所示。

4.2 無線傳輸距離
　在實際測試過程中，空曠環境下，通信距離在780 m以下通信基本上沒有誤碼丟包的情況，在800~900 m之間處于丟包較嚴重區域，超過900 m為嚴重丟包。空曠無線傳輸距離與丟包率的關系如表2所示。

　基于以上兩種測試結果，為了保證通信可靠性，無線的通信距離最好不超過300 m。如果一定要超過這個范圍，可適當增加無線中繼器，這樣系統就可以在大型的醫院使用。目前，該系統在相關醫院應用表明，該系統運行可靠，無誤報率，用戶反映良好。
參考文獻
[1] 張毅剛.單片機原理及應用[M].北京：高等教育出版社出版，2003.
[2] 華成英，童詩白. 模擬電子技術基礎（第四版）[M].北京：高等教育出版社出版，2006.
[3] 邱關源,羅先覺.電路（第五版）[M].北京：高等教育出版社出版，2006.
[4] 閻石.數字電子技術基礎（第五版）[M]. 北京：高等教育出版社出版，2006.