智能呼叫器厂家/武汉智能呼叫器厂家报价

信息时代的医院管理已经从传统的人管模式,向智能化,电子化,信息化, 网络化的高科技管理模式的方向迅猛发展. "医疗呼叫系统"可实现对医院病 房的智能化管理,可实现呼叫,监听,广播,求救报警,信息贮存,显示等功能. 为医院和患者都带来方便.
2 系统主要功能
(1) 设置,普通护理级别,完成呼叫采集功能; (2) 液晶显示功能, (如病房 201 中 1 号床呼叫,主机显示为 2011) ; (3) 语音报号功能,分机呼叫主机时,主机除了有显示功能,语音播报 "2011 号呼叫"; (4) 医护处理身份识别记录功能; (5) 呼叫存储功能; (6) 主从机通信功能.
3 系统设计思路
本系统采用分布式控制系统,在每个病房设置一个从机,进行本病房呼叫信 号采集,报警,显示控制,语音播报等功能;在护士室和医生办公室设置主机, 通过 CAN 总线每个病房的从机又与护士,医生房间的主机相连,完成采集信号的 远传,显示,报警,同时主机把处理信息回馈从机.主机可以通过 232 接口与 PC 机通讯.
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4 系统总体框图
图 1 医疗呼叫系统总体框图
5 系统硬件设计
5.1 控制器选择
根据系统要实现的功能,意法半导体(ST)的 STR71X 系列微控制器中的 STR710FZ2, 它是基于 16/32 位 ARM7TDMI RISC CPU,具体功能如下: (1) 控制器 1)片内集成达 256+16K 的 FLASH 存储器,可加密保护; 2)片内集成 64KB 的 RAM; 3)拥有可以寻址 4 个存储器段的外部存储器接口(EMI) ,支持 SRAM, FLASH 以及 ROM 等存储器类型; 4)支持多种启动方式. (2) 时钟,复位, 电源管理 1)系统采用3.3V 电源供电,I/O 接口的驱动电压也是3.3V; 2)内嵌1.8V 电源稳压器为ARM7TDMI 内核供电; 3) 系统拥有两个外部时钟源: 主时钟和32kHz的备份时钟. 片上集成的PLL 允许16MHz(或者更低)的系统主时钟倍频产生内部系统时钟(50MHz).
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用户可以在较大范围内选择倍频和分频系数,以决定PLL的输出. 4) 16位的看门狗定时器,用于保护应用程序,防止硬件或软件错误,通过 产生复位信号确保成功复位. (3) 嵌套中断控制器 1)能够实现快速的中断响应; 2)支持 32 个中断向量,16 种优先级的 IRQ 中断; 3)支持 2 个可屏蔽的 FIQ 中断源. (4)48 个 I/O 端口 1)30/32/48 个多功能双向 I/O 口线(数量由芯片的封装决定); 2)有 14 个可设为唤醒和中断输入的 I/O. 3)有 8 个高电流 I/O 口(P2.0～P2.7 可吸纳 8mA 的电流) (5)5 个定时器: 1)16 位的看门狗(WTD)定时器; 2)4 个 16 位的定时器:带 2 个输入捕获,2 个输出比较,支持 PWM 及脉 冲计数模式. (6)个通信接口: 1)2 个 I2C 接口(1 个与 SPI 复用) ; 2)4 个 UART 异步串口; 3)智能卡 ISO-7816-3 接口(与 UART1 复用) ; 4)2 个带缓冲同步串口(BSPI) ; 5)CAN 接口(2.0B) ; 6)USB 2.0 全速(12Mb/s)Device 接口,具有挂起和唤醒功能; 7)HDLC(数据链控制器)同步通信接口. (7)4 通道 12 位 A/D 转换器 1)4 个通道所需转变时间:1ms(1000Hz) ; 2)1 个通道所需转变时间:1ms(1KHz) ; 3)转换电压范围:0~2.5V. (8)完整的 JTAG 调试开发工具支持
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5.2 系统硬件结构图
图 2 系统从机结构框图
图 3 系统主机结构框图
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5.3 具体硬件电路设计
5.3.1 电源电路设计 电源是系统正常工作的保障,本系统中所需电源包括 12V,5V,3.3V,电 源电路设计原理图如下: 图 4 中是由 7805 稳压得到+5V 电源,为系统中部分芯片提供电源,由+5V 输出经过 AS1117 输出+3.3V 电源,为 STR710FZ2 及与其相连的芯片提供电源. 图 5 中是为光耦 TLP521 的其中一个控制端提供+12 V 电源,确保系统正常响应 按键动作.
U24 1 J5 1 2 3 4 VD1 4 2 C33 104 +C79 1000u VD3 1 2 3 2N4148 VD4 TVS100 IN GND OUT
7805 VCC + C81 330u C34 104 3
U25 Vin
AS1117 GND Vout
2 C82 10u
V33 R40 C35 104 VSS 1K VD6 LED
12V 3
PBU605
GND
图4
J6
5V,3.3V 电源电路
1
1 2 3 4
VD2 4 2 C36 104 +C80 1000u VCCT
12V 3
1
PBU605
VD5 TVS100 GNDT
图5
12V 电源电路
5.3.2 呼叫电路设计 呼叫电路是系统的关键部分,系统采用 CAN 总线进行主从机通信,是一种 有线传输,每个病室设置一个从机,呼叫信号首先要传送给从机.设置在每个病 床上的呼叫按钮,与从机也有一定的距离,最近也要 1.5 米,最远要 8~10 米, 这就涉及有按键按下信号远传衰减问题,有可能从机不会接收到有键按下的信 号,所以设计呼叫电路部分考虑了两个主要问题:一是从机如何响应远距离的按 键呼叫,一是如何做到系统低功耗.对于个问题,我们采用了光耦电路来解 决了按键动作远传问题,把按键的动作转移到光耦 TLP521 上.为了做到系统低
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功耗,对于呼叫部分采用中断加查询的设计方案.在硬件设计中同一路的呼叫信 号有两路通路,一是经过光耦后传给 D 触发器,D 触发器输出信号作为有键按 下的中断信号再传给从机,一是经过光耦后直接传给从机,作为从机响应中断后 的查询信号.具体电路包括如下几部分:
J1 1 2 3 4 Bed1 Cus1 Cus2 Cus3 GNDT SW1 high SW2 low SW3 no
图6
床位上的按键电路
VCCT U1 Cus1 R1 200 TLP521
VCC
R2
200
AJ1
图7
VCC U14 AJ1 AJ2 AJ3 AJ4 AJ5 AJ6 AJ7 AJ8 2 3 5 6 8 9 11 12 1A 1B 2A 2B 3A 3B 4A 4B 54LS33 VCC U15 AJ9 AJ10 AJ11 AJ12 2 3 5 6 8 9 11 12 1A 1B 2A 2B 3A 3B 4A 4B 54LS33 VCC 4Y 3Y 1Y 2Y GND 14 13 10 1 4 7 VCC 4Y 3Y 1Y 2Y GND 14
光耦电路
VCC 13 10 1 4 7 14 1 2 3 4 5 6 11 12 7 U16 8 74ALS30 U17 4 5 12 13 D1 D2 D3 D4 CLK CLR 74LS175 Q1 Q1 Q2 Q2 Q3 Q3 Q4 Q4 2 3 7 6 10 11 15 14 KEYINT
或非电路
与非电路
AJCLK
9 1
D触发器
图8 按键中断电路
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VCC 8
R26 68K
2 5
VCC
R25 15K
4
R TRIG
Q DIS
U13 3 7 6 555
AJCLK
CVolt
GND 1
THR
C1 0.1u
C2 0.01u
图9
D 处发器的时钟电路
5.3.3 语音电路设计 随着科技的发展,人们已经不满足于键盘输入,屏显输出这样的传统的输入 输出方式,所以具有语音功能的系统也应运而生.在本系统中我们也采用用语音 播报功能.那么就要选择适合的语音芯片,所谓语音芯片,就是在人工或者控制 器的控制下可以录音和放音的芯片.语音信号是模拟量,语音芯片存储播放声音 的基本工作方式为:声音——模拟量——A/D——存储——D/A——模拟量—— 播放.采用此种方式的语音芯片外围电路比较复杂,声音质量也有一定的失真. 而另一类语音芯片采用 EEPPROM 存储方法,将模拟语音数据直接吸写入半导 体存储单元中,不需要加 A/D 和 D/A 变换电路,使用方便,音质自然.目前市 场上的流行的这类语音芯片很多,系统选用美国 ISD 公司的 ISD2560. ISD2560 的主要功能如下: (1)易实现语音录放; (2)高质量,自然的语音还原技术; (3)人工控制或者为控制器控制声音播报,内置微控制器串行通信接口. (4)录音时间可达 60s; (5)录音存放在芯片上的非易失内存单元,提供零功耗信息存储,去(2) 除了电池备份电路; (6)直接级联可以实现更长的录音时间; (7)信息可无电保存 100 年;
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(8)重复录音最多可达 10 万次; (9)具有多段信息处理功能,可分 600 段; (10)自动节电模式,此时电流仅为 1uA; (11)+5V 供电. 本系统的语音电路从机和主机都包括, 主机响应从机的呼叫进行语音播报 如 "2011 呼叫" 从机响应反馈信号语音播报如 , "1 号护士收到" 语音电路如下: .
VCC
R30 1K C74 C71 A0 A1 A2 A3 A4A5 A6 A7 A8 A9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 U8 A0/M0 A1/M1 A2M2 A3/M3 A4/M4 A5/M5 A6/M6 A7 A8 A9 AUXIN VSSD VSSA sp+ ISD2560 R18 0 VCCD P/R XCLK EOM PD CE OVF ANA OUT ANA IN AGC MIC REF MIC IN VCCA SP28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 103 C76 22u IN 103 R22 0 C75 103 R23 0 R24 R26 5.1K REF IN C72 103 C73 103 VCC REF 0 R25 0 R28 10K MP1 + C78 220u
R29 10K
P/R EOM PD CE ISDINT
LS1
+
R27 + C77 470K 4.7u
R19 R20 0 R21 0 0
图 10 语音电路
5.3.4 显示电路设计 系统中除了语音播报功能,还采用了传统的液晶显示,主,从机都有显示, 显示呼叫信息以及处理信息. 液晶模块选择 12864-16 模块,是 128×64 点阵液晶显示模块可以显示各种 字符和图形,与 CPU 直接接口,具有 8 位标准数据总线,6 条控制线和电源线.
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VCLCD
R56
GND 1 VCLCD 2 3 LCDD/I 4 LCDR/W 5 LCDE 6 LCDD0 7 LCDD1 8 LCDD2 9 LCDD310 LCDD411 LCDD512 LCDD613 LCDD714 LCDCS1 15 LCDCS2 16 LCDRES 17 10K 18 19 VCLCD GND 20
U22 GND VCC V0 D/I R/W E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 CS1 CS2 RES VEE SW NC LCD12864-16
图 11 液晶电路
5.3.5 CAN 总线接口电路的设计 系统采用 CAN 总线实现通信, STR710 集成了 CAN2.0 的控制器, 但是没有 集成 CAN 总线驱动器,因此必须进行 CAN 接口电路的设计.目前 CAN 总线驱 动器较多,如 PCA82C250/1,TJA1050,SN65HVD230 等,功能大同小异.近年 来,低功耗成为衡量产品性能的一个重要指标,低电压供电已经成为趋势,因此 设计中采用 TI 公司的 3.3V 器件 SN65HVD230 作为 CAN 总线驱动器. SN65HVD230 作为 CAN 总线驱动器, CAN 控制器和物理总线间的接口, 是 提供对总线数据的差动发送和接收功能.其特点如下: 1)符合 ISO11898 标准; 2)高速率,信号传送率可达到 1Mbps; 3)高质量的信号传输; 4)最多可接 120 个下节点; 5)高达 16KV 的总线/引脚 ESD 保护; 6)未上电节点对总线无任何影响; 7)3.3V 供电; 8)低电流待机 370uA/休眠模式电流 40nA; 9)过热关闭保护; 10)断路自动防故障设计. 在控制器之间实现可靠而有效的双向数据传输而设计的 SN65HVD230 是
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CAN 总线驱动器的理想选择.3.3V CAN 收发器化解了控制电路对 5V 供电电压 的需求,优化了系统的性能.通过对 PCA82C250 业界标准引脚的改进,使整个 系统的性能通过降低功耗,降低元件成本,减小线路板空间及降低散热得到了增 强.可编程斜率控制减小了电磁干扰(EMI) ,提高了信号质量和可靠性,相当 低的维持电流,从而实现了相当低的空闲功耗.接口电路如图 12 所示.
J7 1 2 CAN接 口 CanH CanL C3 30p C4 30p R31 5 R32 5 7 6 5 8 R33 10K U18 CanH TX CanL RX Vref Vcc RS GND SN65HVD230 CanH R34 120 J8 JMP2 CanL 1 CANTX 4 3 VCC 2 GND R35 10
CANRX
图 12
CAN 总线接口电路
5.3.6 串口电路设计 主机信息通过串口可与 PC 机通信,完成数据上传.
V33 C83 103 C84 1 2 14 4 5 6 12 RXD0 15 TXD0 13 10 D1 C81 103 C82 103 EN SHUTDOWN C1+
 VCC ONLINE V+ CVC2+ GND C2STATUS T2IN T1OUT R1OUT R2IN T1IN R1IN R2OUT T2OUT SP3223 20 19 3 7 18 11 17 9 16 8 103 C85 103 VCC 1 6 2 7 3 8 4 9 5 DB9
J7
图 13 UART 接口电路
5.3.7 其他电路设计 系统中还设计了识别医护人员身份的射频电路,记录医护人员响应呼叫后 是谁进行的及时处理. 与传统的接触式IC卡,磁卡相比较,利用射频识别技术(radio frequncy identification)开发的非接触式IC识别器,在系统寿命,防监听,防解密等性能 上具有很大的优势.本系统选用MF RC500作为读写器主芯片.MF RC500是
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Philips公司生产的高集成度TYPE A读写器芯片.其主要性能如下: 1)载波频率为13.56MHz; 2)集成了编码调制和解调解码的收发电路; 3)天线驱动电路仅需很少的外围元件,有效距离可达100mm; 4)内部集成有并行接口控制电路,可自动检测外部微控制器(MCU)的接口 类型; 5)具有内部地址锁存和IRQ线,可以很方便地与MCU接口. 6)集成有64字节的收发FIFO缓存器; 7)内部寄存器,命令集,加密算法可支持TYPE A标准的各项功能,同时支 持MIFARE类卡的有关协议; 8)数字,模拟,发送电路都有各自独立的供电电源. 射频电路如下:
C18 104 R37 820 RX 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 R38 560 RC500RST VMID RX AVSS AVCC VCC GND VCC VCC RC500ALE RC500D7 RC500D6 RC500D5 RC500D4 TX1 L1 1uH C63 150pF TVSS C65 18pF TVSS1 TX11 2 TVSS3 TX12 4 TVSS5 RX1 6 ANT J9 C62 15pF RX1
C60 15pF Y1 13.56M U20 OSCIN IRQ MFIN MFOUT TX1 TVDD TX2 TVSS NCS NWR NRD DVSS D0 D1 D2 D3 OSCOUT RSTPD VMID RX AVSS AUX AVDD DVDD A2 A1 A0 ALE D7 D6 D5 D4
C61 15pF
VMID
1 2 3 4 5 TX1 TVCC 6 7 TX2 8 TVSS RC500CS 9 RC500WR 10 11 RC500RD GND 12 RC500D013 RC500D114 RC500D215 RC500D316 MFINT
TX2
L2 1uH
C64 150pF
C66 22pF
MF RC500
图 14 射频电路
声音报警电路:
VCC U23 BUZZER BUZZERCS R54 200 VT1 8550 1
图 15 报警电路
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在 IC 卡刷卡成功时,短响两下以示成功,且在有紧急呼叫的情况下可以蜂
2
鸣报警.
6 系统软件设计
系统采用主从机分布式控制系统,之间用 CAN 总线实现通信. 1)从机软件主要流程 从机主程序软件流程:
开始 初始化 进入低功耗状态 结束 等待
从机中断程序,包括呼叫信号中断和 CAN 中断. (1) 响应呼叫中断处理程序:
开始 查询按键 调出键值 显示房号, 床号 语音播报 紧急呼叫报警 返回
(2)响应 CAN 中断程序:
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开始 接收主机信息 显示护士身份 语音播报 返回
2)主机软件主要流程 主机住程序软件流程:
开始 初始化 进入低功耗状态 结束 等待
主机响应 CAN 中断程序:
开始 接收从机信息 紧急呼叫报警 显示房号, 床号 语音播报 返回
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7 总结
一个多月的时间已经过去,通过小组全体成员的努力,对呼叫系统有了更深 刻的认识,对于医护人员的护理提出了更加人性化的理念,间接的支持了医院的 医疗改革. 本系统具有医护人员身份识别,语音播报,远端长距离按键输入,液晶显示 以及与 PC 机通讯等功能.本系统采用 D 触发器以及一些逻辑电路来产生按键的 中断,只要有一个按键按下,就会产生中断,则微处理器就开始查询按键号,以 进行语音播报,液晶显示以及 CAN 通信等,如果没有中断,则微处理器进入低功 耗状态,体现了 ARM 系统低功耗设计的理念.医护人员的非接触式 IC 卡则是响 应病人呼叫和取消报警的工具,也可以作为病人投诉的依据.CAN 具有开放的协 议,已经在其他领域得到广泛应用,因此用于医疗呼叫系统,势必带来可观的经 济效益. 总之,通过嵌入式设计大赛,我们了解了 STR71x 系列的 ARM,为以后的开 发项目提供了更好的参考.本系统设计前期工作准备充分,市场调研具有广泛的 应用前景,恳请大赛组织委员会给与支持.

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