摘 要：介紹了一種失常生物信號(hào)緊急自動(dòng)撥號(hào)報(bào)警裝置的硬件電路、軟件編程和系統(tǒng)整體調(diào)試。該裝置由單片機(jī)和其他外圍電路構(gòu)成，分為四個(gè)功能模塊：模擬摘掛機(jī)、語(yǔ)音錄放、信號(hào)音判別和DTMF雙音多頻撥號(hào)自動(dòng)發(fā)送。實(shí)驗(yàn)證明，該裝置的軟、硬件設(shè)計(jì)能夠通過(guò)功能調(diào)試，可以達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的功能。

關(guān)鍵詞：失常生物信號(hào);單片機(jī);自動(dòng)報(bào)警;雙音多頻

中圖分類(lèi)號(hào)：R318.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1004373X(2008)1512304

Emergency Automatic Dialing Alarm System for Abnormal Biological Signal

WANG Jian，LI Tiangang，HOU Zhen

(School of Life Science and Technology，Xi′an Jiaotong University，Xi′an，710049，China)

Abstract：A new emergency automatic dialing alarm system for abnormal biological signals is introduced here，including hardware circuit，software procedure and integrated debugging.The alarm system is composed of single chip microcomputer and other necessary peripheral circuits.There are four functional modules contained in the system，including simulated off-hooking and hanging up，dialogue recording and playing，signal tone distinguishing and DTMF signal sending.The hardware/software design can reach function of the design by debugging.

Keywords：abnormal biological signal;single chip microcomputer;auto-alarm;dual tone multiple frequencies

隨著現(xiàn)代工作和生活壓力的加大，各類(lèi)疾病的患病率也日益增高。面對(duì)越來(lái)越多的疾病治療與護(hù)理需求，僅僅依靠醫(yī)院是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足的^［1-3］。因此，面向家庭的生物信號(hào)監(jiān)護(hù)與報(bào)警裝置就成為家庭監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。生物信號(hào)以心電信號(hào)的研究最為廣泛，其失常類(lèi)型主要包括心搏停止、心臟漏搏、極度心動(dòng)過(guò)速、極度心搏過(guò)緩等。本文所設(shè)計(jì)的報(bào)警裝置在失常生物信號(hào)的觸發(fā)信號(hào)下，能夠自動(dòng)撥打多個(gè)預(yù)置電話(huà)號(hào)碼進(jìn)行語(yǔ)音求救，從而使病人能夠得到及時(shí)救助。

1 裝置整體設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的失常生物信號(hào)緊急自動(dòng)撥號(hào)報(bào)警裝置由單片機(jī)構(gòu)成主控部分，接收外部信息進(jìn)行判斷，并對(duì)外部接口電路進(jìn)行指令控制。接口電路主要包括模擬摘掛機(jī)電路、語(yǔ)音錄放電路、DTMF收發(fā)電路和其他外圍電路。接口電路實(shí)現(xiàn)的功能主要包括：模擬摘掛機(jī)控制、求救錄音錄放、DTMF信號(hào)音判別和DTMF自動(dòng)撥號(hào)發(fā)送。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

所設(shè)計(jì)的失常生物信號(hào)緊急自動(dòng)撥號(hào)報(bào)警裝置硬件電路包括三個(gè)模塊：

(1) 由單片機(jī)AT89S51構(gòu)成的控制電路主要實(shí)現(xiàn)接收外部信息、對(duì)外部電路進(jìn)行控制的功能；

(2) 由DTMF收發(fā)芯片MT8888ce構(gòu)成的DTMF收發(fā)電路主要實(shí)現(xiàn)DTMF信號(hào)音判別和DTMF自動(dòng)撥號(hào)發(fā)送功能；

(3) 由語(yǔ)音芯片ISD1420構(gòu)成的語(yǔ)音錄放電路主要實(shí)現(xiàn)求救錄音錄制和播放功能。

如圖1所示，當(dāng)單片機(jī)的P1.7管腳檢測(cè)到來(lái)自病人生理參數(shù)異常的觸發(fā)信號(hào)時(shí)，單片機(jī)啟動(dòng)繼電器，將摘機(jī)電阻接入電話(huà)線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)模擬摘機(jī)。單片機(jī)將MT8888ce設(shè)置為呼叫處理模式。這樣電話(huà)線(xiàn)上的信號(hào)音就通過(guò)1∶2的變壓器、電橋整流、運(yùn)算放大器TL084的放大，最后輸入到MT8888ce芯片。該信號(hào)音在MT8888ce內(nèi)被限幅轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)頻率的方波。該方波信號(hào)通過(guò)IRQ/CP端輸入到P3.4管腳。單片機(jī)通過(guò)T0在2.8 s內(nèi)的計(jì)數(shù)值，判斷該信號(hào)音的類(lèi)型。如該信號(hào)音不是撥號(hào)音，則單片機(jī)控制繼電器實(shí)現(xiàn)模擬掛機(jī)再重新摘機(jī)；如該信號(hào)音是撥號(hào)音，則單片機(jī)啟動(dòng)自動(dòng)撥號(hào)程序。此時(shí)單片機(jī)設(shè)置MT8888ce工作在允許發(fā)送DTMF信號(hào)的突發(fā)模式，然后將電話(huà)號(hào)碼對(duì)應(yīng)的DTMF信號(hào)發(fā)送出去。該DTMF信號(hào)經(jīng)過(guò)LM324的放大，最后由變壓器耦合到電話(huà)線(xiàn)上并傳送到交換機(jī)，由交換機(jī)實(shí)現(xiàn)撥號(hào)。為了判斷號(hào)碼是否撥通，可以再次設(shè)置MT8888ce工作在呼叫處理模式并檢測(cè)信號(hào)音。如此時(shí)的信號(hào)音不是回鈴音，則掛機(jī)再重新?lián)艽螂娫?huà)；否則就等待對(duì)方摘機(jī)。對(duì)方摘機(jī)，單片機(jī)P1.1管腳變?yōu)榈碗娖?，控制語(yǔ)音芯片播放求救錄音。錄音播放完后繼續(xù)撥打下個(gè)電話(huà)。所有的電話(huà)號(hào)碼撥打完后，單片機(jī)控制程序重新開(kāi)始，繼續(xù)進(jìn)行新的一輪撥號(hào)循環(huán)，直至病人得到救助。

2.1 模擬摘掛機(jī)電路硬件設(shè)計(jì)

如圖2所示，模擬摘掛機(jī)電路主要由一個(gè)三極管開(kāi)關(guān)電路控制繼電器的開(kāi)關(guān)，繼電器控制接入電話(huà)線(xiàn)兩端一個(gè)300 Ω(1 W)的電阻。摘掛機(jī)信令由單片機(jī)通過(guò)控制P1.0變?yōu)榈碗娖綄?shí)現(xiàn)。因?yàn)镽16電阻僅為300 Ω，因而電話(huà)線(xiàn)回路電流變大，控制電路向交換機(jī)發(fā)出模擬摘機(jī)的信號(hào)，交換機(jī)響應(yīng)摘機(jī)信號(hào)，完成電話(huà)線(xiàn)路接通。

2.2 語(yǔ)音錄放電路硬件設(shè)計(jì)

圖3所示語(yǔ)音錄放電路中，語(yǔ)音錄放電路通過(guò)控制P1.1清零，可以將語(yǔ)音芯片內(nèi)部事先錄好的病人病情、地址等信息以語(yǔ)音方式告知電話(huà)線(xiàn)的對(duì)方，以確保病人能得到及時(shí)救助。

2.3 DTMF收發(fā)電路硬件設(shè)計(jì)

如圖4所示，DTMF收發(fā)電路主要由單片機(jī)AT89S51、DTMF收發(fā)芯片MT8888ce、雙電源供電運(yùn)放TL084、全橋整流電橋、1∶2變壓器、單電源供電運(yùn)放LM324以及其他電阻電容元件構(gòu)成。

信號(hào)音判別功能的具體工作原理：模擬摘機(jī)后，交換機(jī)會(huì)發(fā)出撥號(hào)音信號(hào)。單片機(jī)將MT8888ce置為呼叫處理模式。電話(huà)線(xiàn)上的信號(hào)音通過(guò)1∶2變壓器、全橋整流電橋、運(yùn)放TL084，最后輸入到MT8888ce的DTMF IN端。MT8888ce芯片對(duì)輸入的信號(hào)音進(jìn)行限幅，在IRQ/CP端輸出與輸入信號(hào)音頻率一致的方波信號(hào)。該方波信號(hào)連入單片機(jī)的T0計(jì)數(shù)中斷管腳(P3.4)。根據(jù)T0在2.8 s內(nèi)的方波計(jì)數(shù)值即可判別信號(hào)音的類(lèi)型。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件總體設(shè)計(jì)功能模塊圖

圖5為所設(shè)計(jì)的失常生物信號(hào)緊急自動(dòng)撥號(hào)報(bào)警裝置的軟件功能模塊圖。

3.2 軟件實(shí)際工作流程圖

圖6為所設(shè)計(jì)裝置的實(shí)際工作程序流程圖。

在圖6的程序開(kāi)始時(shí)，為了避免單片機(jī)P0，P1，P2，P3口的管腳電壓可能引起的某些誤操作，首先應(yīng)該進(jìn)行系統(tǒng)初始化。此后，程序采用查詢(xún)方式判別P1.7管腳是否有病危觸發(fā)信號(hào)。如有觸發(fā)信號(hào)，則調(diào)用50 ms延時(shí)程序消除由噪聲、干擾等引起的錯(cuò)誤觸發(fā)。如延時(shí)后仍有觸發(fā)信號(hào)，則將P1.0清零，實(shí)現(xiàn)模擬摘機(jī)。然后將MT8888ce置為呼叫處理模式，調(diào)用信號(hào)音判別子程序，判斷電話(huà)線(xiàn)上的信號(hào)音是否為撥號(hào)音。如不是撥號(hào)音，則掛機(jī)再重新模擬摘機(jī)；否則將MT8888ce置為突發(fā)模式，取出預(yù)置號(hào)碼進(jìn)行發(fā)送。一組號(hào)碼發(fā)送完畢后，再次將MT8888ce置為呼叫處理模式，調(diào)用信號(hào)音判別子程序進(jìn)行信號(hào)音判別。如果該信號(hào)音不是回鈴音，則掛機(jī)再重新摘機(jī)；否則證明電話(huà)已經(jīng)撥通，應(yīng)該等待對(duì)方摘機(jī)。對(duì)方摘機(jī)后，通過(guò)將P1.1清零可以實(shí)現(xiàn)求救錄音的5次播放。錄音播放完畢，繼續(xù)撥打下一組電話(huà)號(hào)碼。

4 結(jié) 語(yǔ)

報(bào)警系統(tǒng)大多應(yīng)用于煤氣、火災(zāi)以及家庭防盜報(bào)警，而幾乎沒(méi)有在社區(qū)醫(yī)療監(jiān)護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用。本文所設(shè)計(jì)的失常生物信號(hào)緊急自動(dòng)撥號(hào)報(bào)警裝置用于家庭監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中的生物信號(hào)失常報(bào)警，填補(bǔ)了這一空缺。本文利用先進(jìn)的DTMF收發(fā)集成芯片MT8888ce及其他芯片實(shí)現(xiàn)電話(huà)自動(dòng)撥號(hào)和語(yǔ)音報(bào)警功能，外圍電路非常簡(jiǎn)單，系統(tǒng)功能比較完善。

參 考 文 獻(xiàn)

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