基于凌阳单片机病人呼叫系统研究与实现

摘要：设计了以SPCE061A为核心的病人呼叫系统，对该系统的硬件和软件结构进行了相应的描述。通过对病区的数据采集，实现医院医疗人员值班室和病人房之间的通信呼叫联系，具有使用方便、操作简单等特点。

关键词：SPCE061A；数据采集；

中图分类号：TP274.2    文献标识码：A 

传统的病房呼叫（监护）系统普遍采用有线式,不仅布线安装繁琐、维护不便、利用率低,而且实时性差。虽然无线式呼叫（监护）系统没有布线问题,但它的可靠性差,而且无线电波会干扰其它医疗仪器设备,目前大多数医院不采用此类无线呼叫系统。

1 病房呼叫系统的基本要求    

临床求助呼叫（监护）是传送临床信息的重要手段,病房呼叫系统是病人请求值班医生或护士进行诊断和护理的紧急呼叫工具,可将病人的请求快速传送给值班医生或护士,并在值班室的监控中心电脑上留下准确完整的记录,是提高医院和病室护理水平的必备设备之一。呼叫系统的优劣直接关系到病员的安危,历来受到各大医院的普遍重视。它要求及时、准确、可靠、简便可行。

为此，我们采用凌阳高性能16位单片机SPCE061A为系统核心，配以LED及键盘接口专用芯片BC7281B电路模块和MT22G06B彩屏LCD电路模块实现病人呼叫(监护)系统的设计。

2系统的硬件设计

   采用台湾凌阳科技公司推出的高性能16位单片机SPCE061A为核心的系统主要包括2个部分：数据采集从机和系统控制主机，其实现结构框图如图1所示。

图1 病人呼叫(监护)系统框图

    将由8×8键盘矩阵采集到的键值经过BC7281B电路模块输入到从机核心SPCE061A，通过从机简单的点亮呼叫病号对应床号灯和病区内的警示灯，同时报警声响起，然后通过UART高速串行通信线路把相关信息传送到主机核心。主机核心SPCE061A接收到UART的中断信号，主机系统由睡眠状态被唤醒^[1]，进入高速工作状态（最高系统时钟49.152MHz），处理后的相关信息通过8位并行通信口送到MT22G06B彩屏LCD电路模块显示，同时报警警示灯闪烁、报警声响起。医疗人员可以通过控制键盘操作，完成呼叫响应和信息查询等监护工作。

2.1 16位单片机SPCE061A的特点

随着单片机功能集成化的发展，其应用领域也逐渐从传统的控制扩展为控制处理、数据处理以及数字信号处理等领域，凌阳单片机具有低电压、低功耗、性价比高、功能强、指令效率高等优点^[2]。凌阳单片机的主要特点，1)集成度高，易于扩展；2)较强的中断处理能力，支持异常中断、事件中断和软件中断三种类型的中断；3)高效的指令系统。相对51系列单片机来说，程序编程指令特别严密，如在中断控制时必须加reti指令、在子程序结束时必须加retf指令，否则程序会跑飞。而且它有多种中断系统和多种定时器系统，可以根据需要具体选择，灵活性很大。

2.2 LED及键盘接口专用芯片BC7281B电路模块

BC7281系列是8位/16位LED数码管及键盘接口专用控制芯片^[3]。通过外接移位寄存器（典型芯片如74HC164，74LS595等），BC7281B最多可以控制16位数码管或128个独立的LED。BC7281B芯片可以连接最多64键(8×8)的键盘矩阵，内部具有消抖功能，并且具有2种工作模式。它因为采用高速二线接口与MCU进行通信，只占用很少的I/O口资源和主机时间，内部设计的改进（特别是增加了“寄存器保护”模式）使其具有更强的抗干扰性能。

2.3MT22G06B彩屏LCD电路模块

本系统采用的MT22G06B电路模块是一款高画质的低温多晶硅TFT真彩LCD模块^[4]，具有接口简单、编程方便、易于扩展等良好性能。MT22G06B内置专用驱动和控制IC，以驱动IC自己集成显示缓存。无需外部显示缓存。

MT22G系列模块实际上就是将MT22G06/7B的TFT-LCD显示器连接在PCB电路板上，并加在PCB电路板上设计了总线缓冲、保护电路，以及背光限流电路，将显示器不便于与开发板连接的软PCB连接接口引出，并以DIP的双排插针引出模块以便于应用上的连接。为了方便应用上的扩展使用，MT22G系列模块将显示器主供电源和显示器背光电源分开供电。

2.4 从机部分的电路设计

从机部分的电路由从机系统核心SPCE061A、LED数码管及键盘接口控制部分、8×8键盘矩阵和64个LED警示灯模块组成。在键盘扫描和LED驱动部分，使用了 LED 显示及键盘接口芯片BC7281B。电路原理图如图2所示。

图2从机系统电路原理图

2.5 主机部分的电路设计

主机部分的电路由主机系统核心SPCE061A、人机对话显示模块、系统控制键盘模块组成。在显示模块上，选用MT22G06BTFT真彩LCD模块。电路原理图如图3所示。

图3主机系统电路原理图

3 系统软件的设计

该系统软件主要完成以SPCE061A为核心的数据的采集、处理和有线传输。采用模块化程序设计方法，将系统软件的设计主要分为从机模块和主机模块。从机模块主要完成数据的采集和初步处理功能，其中的初始化子模块主要完成从机核心SPCE061A端口配置、设置定时器/计数器的初值、以及中断优先权寄存器等的设定，最后完成从机系统的嵌入式系统内核的启动。数据采集子模块完成数据采集和初步处理，并通过高速串口把数据传送到系统主机。为了最大限度减少系统功耗，在从机系统实时监控一段时间后，如无按键中断发生，则从机系统开始进入睡眠状态^[2]。从机模块的工作流程如图4所示。

主机模块主要完成数据处理和系统控制功能，其中的初始化子模块主要完成主机核心SPCE061A端口配置、设置定时器/计数器的初值、以及中断优先权寄存器等的设定，还有LCD显示的初始化工作，同样最后是完成主机系统的嵌入式系统内核的启动。数据处理子模块完成从机数据的接收和处理，发出提示等待相关人员处理。系统控制子模块提供数据的查询和相关系统设置功能。在主机系统中也设置了减少系统功耗的睡眠功能，在主机系统实时键控一段时间后，如无按键中断和UART通信中断发生，则系统进入睡眠状态。主机模块的工作流程如图5所示。

4结语

与传统的数据采集、处理系统相比较，以高性能新一代单片机SPCE061A为核心，配以LED及键盘接口专用芯片BC7281B和MT22G06B彩屏LCD完成的该数据的采集、处理和有线传输系统，减少了元件从而简化了设计，不仅减少了电路布板的面积，有利于系统小型化和降低开发成本，而且使可靠性能大大增加^[5]。该系统适用于大量的数据采集的场合，使用方便、性能稳定，便于维护。能广泛用于恶劣环境下工业现场的数据采集（开关量）和远程监护系统中相关参数的提取，具有很高的实用价值。

创新点主要在于一方面把应用越来越广泛的SPCE061A单片机自带的数字语音处理应用于医疗设备。另一方面在于对上位机与下位机的通信设计。根据通道方向的不同分别调用不同的函数，从而使得通信更加实时、准确。

参考文献

[1] 张培仁,张志坚,高修峰.十六位单片微处理器原理及应用.北京,清华大学出版社[M].2005: 46~49

[2] 田会方,吴兴强.基于LabVIEW与凌阳SPCE061A实现串口数据采集[J].微计算机信息.2006:6:2.22～25

[3] 北京比高科技公司. BC7281B中文技术手册. 2002(6)

[4] 北京铭正同创科技有限公司.MT22G06B彩屏LCD模组简要介绍.2006(12)

[5] 张立才.基于SPCE061A的多功能信号发生器设计实现[J]. 微计算机信息.2004:20:3.33～35