基于分布式控制的醫(yī)院呼叫通訊系統(tǒng)設(shè)計

摘 要：本文研究內(nèi)容源于某醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院綜合呼叫管理系統(tǒng)的日常運行和維護過程，以及醫(yī)院的迅速發(fā)展及醫(yī)院基礎(chǔ)設(shè)施的擴建所需。希望通過本文的研究可以解決醫(yī)院現(xiàn)存的一些問題，為醫(yī)院的發(fā)展提供一些幫助。

關(guān)鍵詞：分布式控制 通訊系統(tǒng) 系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號：TP31 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（a）-0014-01

醫(yī)院綜合呼叫管理系統(tǒng)，是分布式系統(tǒng)應(yīng)用的一個具體的例子。本文將選擇主流的總線式技術(shù)進行研究。采用總線技術(shù)的醫(yī)院綜合呼叫管理系統(tǒng)，是由多個計算機/微型計算機系統(tǒng)為節(jié)點、通信網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等要素所構(gòu)成的分布式通信控制系統(tǒng)。

主機電路以ATMEL公司的ATMEGA16A型單片機為核心。ATMEGA16A單片機最多可設(shè)置為32個IO端口，用于輸入或輸出數(shù)字信號。在主機上安裝3個按鍵，兩個（CONFIG和SET）用于設(shè)置有效子機的號碼，一個（CLR）用于清除子機的服務(wù)申請。3個按鍵共占用3個IO線。作為單片機的輸入信號，按鍵有效（按鍵被壓下）可以用高電平1表示，也可以用低電平0表示。如果以高電平表示有效，則必須保證平時狀態(tài)（未被壓下）為穩(wěn)定的低電平；如果以低電平表示有效，則必須保證平時狀態(tài)為穩(wěn)定的高電平。這意味著信號的輸入端必須接穩(wěn)定的下拉電阻Rdown或上拉電阻Rup，如圖1所示。ATMEGA16 A單片機的每個IO端口都設(shè)計了上拉電阻Rpu，阻值在20 KΩ～50 KΩ之間（詳見ATMEL公司文檔doc8154，版本號8154 B AVR–07/09，第293頁），通過軟件設(shè)置，可以在輸入時起到上拉的作用，如果用低電平表示按鍵有效，就不必另外連接電阻了。

主機上安裝1個蜂鳴器，用于按鈕提示、錯誤提示等用途；安裝5個LED指示燈，其中3個對應(yīng)于用戶的三種服務(wù)申請，一個作為工作指示燈，一個作為錯誤指示燈；安裝3個七段數(shù)碼顯示器，以顯示1000以內(nèi)的子機號碼。蜂鳴器和LED共占用1+5=6個IO線（數(shù)碼顯示器的情況在下文說明）。在5 V工作條件下，灌電流（Sink current）和拉電流（Source current）能力都可以達到至少20 mA（詳見ATMEL公司文檔doc8154，版本號8154 B AVR–07/09，第293、294頁）。蜂鳴器、LED和數(shù)碼顯示器都是數(shù)字信號驅(qū)動的器件，耗電約5 mA以內(nèi)，可以由單片機的IO口直接驅(qū)動，不需要額外的驅(qū)動芯片。

對數(shù)碼顯示器的驅(qū)動設(shè)計值得注意，是需要硬件電路與控制軟件相結(jié)合的。七段數(shù)碼顯示器實際上是把7個LED發(fā)光管組合在一起，每個發(fā)光管在塑料外殼的遮蔽下發(fā)出“一”字形亮光，7個“一”字排列為數(shù)字“8”的形狀，每次點亮其中的幾個筆畫，就可以顯示出阿拉伯?dāng)?shù)字0～9，以及用戶自行定義的其他字母或符號。市場上的成品顯示器都增加了第8個LED，用于顯示小數(shù)點，但仍然稱為“七段”顯示器。在顯示器內(nèi)部，LED的管腳已經(jīng)事先連接在一起，以減少引線的數(shù)量，二極管的陰極連接在一起作為公共端COM，稱為共陰極型顯示器，COM端通常接低電平驅(qū)動器，或直接連接到地線；與此對應(yīng)的為共陽極型，COM端連接高電平驅(qū)動器或電源正極。由于數(shù)字電路（包括各種單片機）通常在輸出低電平時的電流驅(qū)動能力較強，高電平時驅(qū)動能力很弱，即灌電流（Sink current）的值比拉電流（Source current）要大許多，所以共陽極型顯示器更常用一些。

利用ATMEGA48PA的USART作為異步串行通信接口，同樣具有硬件的地址/數(shù)據(jù)標(biāo)識位，可以方便地實現(xiàn)分布式通信系統(tǒng)。采用SN75LBC174和SN75LBC175芯片作為RS485總線電平轉(zhuǎn)換芯片，與主機相同。子機要裝配3個按鍵、1個蜂鳴器和3個LED指示燈，與主機的設(shè)計方法相同。3個按鍵表示三種不同的服務(wù)申請，LED指示燈作為按鍵的輔助顯示。由于設(shè)置ID號碼的需要，子機上還要安裝一個編碼開關(guān)，以便于人工設(shè)定。子機在通電運行時，首先讀取編碼開關(guān)的值，作為自身的ID號碼。編碼開關(guān)也可以用跳線帽代替。

ATMEGA48PA的仿真調(diào)試方法非常獨特。ATMEL發(fā)明的debugWIRE在線仿真系統(tǒng)，解決了這個問題。debugWIRE只占用單片機的一個管腳，就具有與JTAG仿真完全相同的功能，既可以實現(xiàn)芯片所有功能的仿真運行，也可以對片上的非易失存儲器進行編程燒寫。dW就是debugWIRE方式所使用的信號，該信號通常與復(fù)位端相復(fù)用，等效于不占用管腳資源。AVR芯片的一些硬件功能，是由所謂“熔絲”位控制的，當(dāng)熔絲位被編程為不同的值1或0時，起到禁止（Disable）或使能（Enable）硬件電路，或者在兩個不同的電路模塊之間切換的作用。比如，硬件模塊Brown-out Detector是檢測電源跌落的，如果電源電壓低于設(shè)定值，就強迫單片機復(fù)位。該模塊是由熔絲位BODEN控制的，當(dāng)BODEN為0時，該模塊被使能，為1時則被禁止，相當(dāng)于這個模塊不存在。熔絲位必須在硬件運行之前進行編程，以保證硬件環(huán)境是確定的，而不是變化的。熔絲位的“可編程”，并非是指用戶編寫的C程序或者匯編程序，而是用專門的工具和軟件，通過仿真調(diào)試接口JTAG或者在線編程接口ISP，或者其他方式（高壓并行燒寫等），實現(xiàn)編程燒寫。在設(shè)計硬件時，有必要事先安排熔絲位的燒寫方法。同樣，debugWIRE功能是由熔絲位DWEN控制的，在芯片出廠時默認為禁止?fàn)顟B(tài)，需要通過在線編程ISP來開啟。

參考文獻

[1]劉飛，須文波，潘豐.一種基于簡化OSI模型的主從總線通訊協(xié)議及實現(xiàn)[J].自動化與儀表，1996（3）：41-42.