医用有线呼叫器通信主机的设计

宋国清，董晓辉

（齐齐哈尔高等师范专科学校，黑龙江 齐齐哈尔 161000）

医用有线呼叫器通信主机的设计

宋国清，董晓辉

（齐齐哈尔高等师范专科学校，黑龙江 齐齐哈尔 161000）

文章通过单片机设计一种智能设备，用于住院患者在出现紧急情况或护理要求时，可以使用医用呼叫器直接与护士站的工作人员进行情况反映，实现医护人员在接收到呼叫信号后与患者进行双向语音对讲，及时对患者的需求做出应答。

智能设备；多路模拟；语音选频

住院患者在出现紧急情况或护理要求时，可以使用医用呼叫器直接与护士站的工作人员进行情况反映。医护人员在接收到呼叫信号后，与患者进行双向语音对讲，及时对患者的需求做出应答。使用呼叫器，不但减轻了医护人员的工作强度，同时维护了医院的良好秩序[1]。目前，医用呼叫器主要包括呼叫主机、呼叫分机、电子显示屏和紧急呼叫按钮，现将一经过实际应用的呼叫主机的硬件设计方案进行详细说明。

1 呼叫器系统

呼叫器系统主要组成框如图1所示。

图1 呼叫器系统主要组成框

2 双音多频检测电路

双音多频检测电路如图2所示。双音多频检测采用了MT8870音调译码器，使用该芯片接收从电话机拨码盘电路输出的DTMF信号并进行解码，通过4路Q1-Q4管脚进行二进制形式的编码输出，从而可以识别总共16个编码信号。呼叫器主机CPU接收到输入的编码信号，在CPU中对信号进行识别，将编码数字输出到液晶显示屏，该编码数字可以对应分机号，从而可以对指定的分机进行呼叫[2]。

3 音频功放和提示音乐播放

音频功放采用的是TC8002D，该芯片需要的外围原件较少，不需要耦合电容或者其他缓冲电路直接连接扬声器，可以输出较大的功率。该芯片内部包含两个运算放大器，其中第二级放大电路的增益是固定的，第一级放大电路的增益可以通过外接的两个电阻进行调节，进而可以灵活设置放大器的增益。该芯片是深圳矽源特科技有限公司，相对于国外同类型芯片价格较低，失真度不超过10%，比较适合应用在呼叫器等语音设备。设计中使用该芯片驱动呼叫器主机扬声器分时播放分机呼叫提示音乐或背景广播音乐。此外，该芯片还连接了呼叫器主机CPU的PWM语音输出信号接口，可以有选择地将CPU中以PWM方式存储的语音格式的信号放大输出。提示音乐电路采用了WT588D语音模块，该模块包含一块可以进行多次烧录的语音单片机芯片WT588D，该模块采用一线串口和呼叫器主机进行数据通信，接线简单。呼叫器主机可以对烧录在WT588D语音模块的多条语音进行选择播放，区分主机振铃音乐。可以对分机按照白班和夜班控制不同的输出音量[3]。

图2 双音多频检测电路

4 多路模拟开关电路

模拟开关采用了CD4066BM，具有4路双向的模拟开关，通过对模拟开关各个输入输出之间的互联，实现了多路信号分时使用模拟通道进行数据传输。

（1）使用CD4066BM可以将WT588D语音模块中的语音同时传输到当地扬声器以及呼叫器分机对应的运放电路，经过运放放大后的语音信号通过双绞线传输到远端呼叫器分机，从而使呼叫器分机播放在主机编制的呼叫音乐。

（2）使用CD4066BM在不播放音乐时可以接收外接的音频信号，该音频信号通过模拟开关将音频发送到呼叫器分机对应的运放电路，经过运放放大后的语音信号通过双绞线传输到远端呼叫器分机，从而使呼叫器分机接收并播放外接的音频信号。

可以将话机输出的通话信号经过电话芯片FM106处理输出后，将通话信号发送到呼叫器分机对应的运放电路，经过运放放大后的语音信号通过双绞线传输到远端呼叫器分机，从而使呼叫器分机播放电话机发出的通话信号[4]。

5 带拨号接口的低电压电话机通话电路

外部电话机通过呼叫器主机进行电源供电，电话机的连接线经过接口，与带拨号接口的低电压电话机通话电路芯片FM1062A进行连接，在连接处设计了电话机摘机电路，呼叫器主机CPU可以通过检测电话机摘机电路输出的信号获取电话机的工作状态。FM1062A是双极性集成电路芯片，该芯片具有和电话机的连接接口并且能完成电话机中的各种语音功能。该芯片可以对外围电路提供直流电源，电路的电源电压能够采用较宽的工作范围，可以在电压降低到1.6 V时继续进行工作，可以进行多个电话机的并联使用。FM1062A是上海复旦微电子有限公司生产的一款芯片，相对于国外同类型芯片价格较低，可以替代VG1062和TEA1602等芯片。电话机输出的语音信号接入到FM1062A经过处理后连接到了多路模拟芯片进行输出，远端呼叫器分机进过连接线路发送来的语音信号经过放大后连接到了FM1062A，经过处理后发送给电话机。通过该带拨号接口的低电压电话机通话电路芯片，呼叫器主机借助于电话，可以与远端的呼叫器分机进行双向对讲和通话，及时了解患者情况和患者的请求。

6 语音选频电路

LM567为通用锁相环电路音调译码器，当输入信号存在于由LM567外围原件电路设置的通带内时，LM567的输出管脚提供晶体管饱和导通的对地导通通路，该开关信号通过外接三极管和CPU的输入端口连接，从而可以检测选频范围内的音频信号。此外，使用LM567可做精密的音调控制开关。芯片内部电路由I与Q检波器构成，由电压控制振荡器驱动振荡器确定译码器中心频率。用外接元件独立设定中心频率带宽和输出延迟。LM567外围选频电路采用电容、电阻和可调电位器组成，通过电容和电阻可以计算出中心频率，检测频率的带宽是中心频率的百分数，结合输入的电压范围就可以确定具体的带宽范围。使用可调电位器进行语音选频设计，方便了后期呼叫器的整定。

7 音频放大电路

音频放大电路如图3所示。音频放大电路采用通用的运算放大器LM324，该语音信号对运放的速度和电压输出范围等要求不高，此外该运放价格较低。运算放大器的电源采用TL431基准电压源实现。该基准源有较大的电压输入范围、较大的输出电流，此外，可以通过外接电阻调节输出电压，是非常理想的基准源。使用TL431为运放单独供电，有效地防止了外部干扰噪声通过电源干扰运放音频信号。音频放大电路接收呼叫器分机发送来的语音信号，进行放大后输出到带拨号接口的低电压电话机通话电路芯片进行接收。同时接收多路模拟芯片发送来的信号进行放大后输出到分机连接接口，从而可以呼叫分机。

图3 音频放大电路

[1] 伦志新，王蕾.基于LabVIEW和Multism的病床呼叫器的设计与实现[J].唐山学院学报，2013（3）：71-74.

[2] 李阳军，彭侨，杨洁，等.病房呼叫器的设计与研究[J].品牌，2015（5）：168-169.

[3] 汤拓.数字电子技术—病房呼叫器的设计方法[J].通讯世界，2015（3）：183.

[4] 汤兆龙.基于Zigbee的病床呼叫和输液监控系统的设计[J].湖北科技学院学报，2014（3）：28-29.

Design of medical wired pager communication host

Song Guoqing, Dong Xiaohui
（Qiqihar Teachers College, Qiqihar 161000, China）

In this paper, an intelligent device is designed by single chip microcomputer, which can be used by medical calling device to directly re fl ect the situation of staff in nurses’ station when there are emergencies or nursing demands in hospitalized patients. After receiving the call signal, patients with two-way voice intercom, in time to respond to the needs of patients.

smart device; multi-channel simulation; voice frequency selection

宋国清（1979— ），男，河北藁城人，讲师，硕士；研究方向：嵌入式应用开发。