徐文 中南民族大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院 (武漢 430074）

基于OPC技術(shù)的醫(yī)院呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐文 中南民族大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院 (武漢 430074）

為了更好地將呼叫系統(tǒng)融入醫(yī)院集成管理系統(tǒng)，在OPC接口技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的兩線制醫(yī)院呼叫系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供OPC接口，可以方便地利用OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；系統(tǒng)采用二線制，所有分機(jī)、緊急呼叫分機(jī)和門燈皆并聯(lián)其上，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，同時(shí)使得安裝、維護(hù)非常方便。系統(tǒng)實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高、成本低、安裝方便，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

醫(yī)院呼叫系統(tǒng) OPC技術(shù) 服務(wù)器

0 引言

醫(yī)院呼叫系統(tǒng)是病員請(qǐng)求護(hù)理幫助的工具，是醫(yī)院的必需設(shè)備之一。借助呼叫系統(tǒng)，護(hù)理人員可以隨時(shí)隨地了解病員的需求；對(duì)病員的呼叫信息記錄、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)，可幫助解決醫(yī)療糾紛；在多病員請(qǐng)求幫助時(shí)可選擇最緊急最優(yōu)先的病員予以處理；由于具備保存未處理請(qǐng)求的功能，不會(huì)使求助病員被遺忘，等等。這些功能大大減輕了護(hù)理人員的工作量，同時(shí)提高了救護(hù)質(zhì)量。臨床呼叫求助裝置是傳送臨床信息的重要手段，關(guān)系到病員安危，因此醫(yī)院呼叫系統(tǒng)歷來受到各大醫(yī)院的重視[1][2]。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)院智能化集成管理已成為一種趨勢(shì)[3]。醫(yī)院智能化集成管理系統(tǒng)應(yīng)該包含很多子系統(tǒng)，包括數(shù)字化影像系統(tǒng)、檢驗(yàn)信息系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、一卡通系統(tǒng)、消防報(bào)警系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等。但是現(xiàn)在大量工程實(shí)例是：所謂的全面智能化就是將各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的疊加，各個(gè)子系統(tǒng)之間相互獨(dú)立，各個(gè)子系統(tǒng)有自己的管理軟件和數(shù)據(jù)庫，缺乏一個(gè)統(tǒng)一高效的中央集成管理系統(tǒng)。采用基于OPC技術(shù)的集成系統(tǒng)方案，有效地解決了這一問題[4][5]。OPC標(biāo)準(zhǔn)有利于醫(yī)院所有設(shè)備硬件驅(qū)動(dòng)和軟件通信采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[6]，有利于將醫(yī)院信息系統(tǒng)一體化，便于醫(yī)院信息系統(tǒng)的外延擴(kuò)展及升級(jí)，也便于系統(tǒng)維護(hù)。

在OPC技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)一套醫(yī)院呼叫系統(tǒng)，提供OPC標(biāo)準(zhǔn)接口，利用OPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，有助于將我們所設(shè)計(jì)的醫(yī)院呼叫系統(tǒng)融入醫(yī)院集成信息管理系統(tǒng)。

1 OPC介紹

OPC是開放、高效通信機(jī)制的產(chǎn)物，它包含一套標(biāo)準(zhǔn)的接口、屬性和方法，適用于過程控制。OPC規(guī)范了接口函數(shù)，不管現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以何種形式存在，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問，從而保證軟件對(duì)客戶的透明性，使多個(gè)過程控制設(shè)備之間進(jìn)行通訊，而無需專門的控制軟件。OPC規(guī)范基于Microsoft OLE/ COM(Object Linking and Embedding/ Component ObjetModel)，同時(shí)OLE/COM的擴(kuò)展遠(yuǎn)程OLE自動(dòng)化與DCOM(Distributed Component Object)技術(shù)支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，因此可以將OPC客戶、服務(wù)器在物理上分開，分布于網(wǎng)絡(luò)的不同節(jié)點(diǎn)上。

通常來說，OPC提供了對(duì)于不同廠商的設(shè)備和軟件包的內(nèi)部連接能力。在OPC誕生以前，企業(yè)中的應(yīng)用程序與設(shè)備驅(qū)動(dòng)之間的關(guān)系如下圖1(a)所示，不同的應(yīng)用程序和不同的廠商的硬件驅(qū)動(dòng)程序之間存在著大量的連接問題，需要開發(fā)各種特定的通信驅(qū)動(dòng)。OPC標(biāo)準(zhǔn)的制定，使得所有的通信連接問題變得簡(jiǎn)單，它提供一種內(nèi)似總線的形式，如下圖1(b)所示，這樣，應(yīng)用起來就變得簡(jiǎn)單、輕巧，應(yīng)用程序只需要知道如何從OPC數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)(OPC Client)，設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序只需要知道如何以簡(jiǎn)單的格式提供數(shù)據(jù)(OPC Server)。

2 醫(yī)院呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

醫(yī)院呼叫系統(tǒng)由一臺(tái)主機(jī)和若干分機(jī)構(gòu)成，如下圖2所示。其中主機(jī)放置在護(hù)士站，分機(jī)分別置于病房的各個(gè)床位旁。分機(jī)完成住院病人呼叫信號(hào)采集、顯示等功能；主機(jī)完成接收、處理分機(jī)呼叫請(qǐng)求，進(jìn)行確認(rèn)、應(yīng)答、打開語音通話，同時(shí)可將呼叫信息顯示和存儲(chǔ)等功能；同時(shí)主機(jī)對(duì)外提供OPC硬件接口，用于采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。

本呼叫系統(tǒng)采用二線制，即主機(jī)和分機(jī)僅用兩根線相連，這兩根線構(gòu)成的總線既用于主機(jī)對(duì)分機(jī)的供電，又完成雙向的數(shù)據(jù)通信和語音通信功能。且這兩根線接線不分極性，使得安裝、維護(hù)非常方便。

本呼叫系統(tǒng)主機(jī)對(duì)外提供RS-232接口，利用串口和OPC DA服務(wù)器進(jìn)行通信。OPC服務(wù)器通過串口采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)[7]。

2.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主機(jī)和分機(jī)均采用單片機(jī)作為控制器，利用單片機(jī)的多地址編碼技術(shù)，使得分機(jī)完全通用，分機(jī)地址可以現(xiàn)場(chǎng)在線編碼，即插即用，便于擴(kuò)展。整個(gè)系統(tǒng)采用在多機(jī)通信中非常流行的串行通信方式，精心設(shè)計(jì)了一套完善的通信協(xié)議，有效地解決了二線制串行通信中的數(shù)據(jù)碰撞問題和系統(tǒng)中數(shù)字呼叫信號(hào)和模擬音頻信號(hào)間的相互干擾問題。該系統(tǒng)在程序設(shè)計(jì)中采用“有限狀態(tài)機(jī)模型”的思想實(shí)現(xiàn)了模塊化編程，同時(shí)保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性；采用“主機(jī)查詢”方式，有效地解決了多個(gè)分機(jī)同時(shí)呼叫主機(jī)引起沖突的問題。在呼叫系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)上，完成了廣播、群呼、LED數(shù)碼顯示、全雙工對(duì)講基本功能，還可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)護(hù)理級(jí)別設(shè)置、無阻礙呼叫以及系統(tǒng)故障自檢功能，使得系統(tǒng)具有極大的可靠性。

2.3 主、分機(jī)通信單元電路設(shè)計(jì)

醫(yī)院呼叫系統(tǒng)的核心功能就是要實(shí)現(xiàn)主機(jī)和分機(jī)之間的通信，這樣一來，主機(jī)與分機(jī)之間的通信單元電路是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，下面將分別對(duì)主、分機(jī)通信單元電路作簡(jiǎn)單介紹。

(1)發(fā)送單元

主機(jī)發(fā)給分機(jī)的是電壓形式的信號(hào)。為了使用兩根線路完成主機(jī)對(duì)各分機(jī)的供電和通信任務(wù)，采用了將通信信號(hào)和供給分機(jī)的直流電相疊加的傳輸方式。主機(jī)對(duì)分機(jī)的數(shù)據(jù)通過單片機(jī)直接控制可調(diào)電源模塊，以控制總線電壓的變化，完成數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送；語音信號(hào)經(jīng)過放大濾波后，直接通過可調(diào)電源模塊輸出。

分機(jī)發(fā)送單元與主機(jī)發(fā)送單元相似，不過分機(jī)發(fā)給主機(jī)的是電流形式的信號(hào)。

(2)接收單元

主機(jī)接收單元主要完成對(duì)分機(jī)呼叫的數(shù)據(jù)信號(hào)和分機(jī)語音信號(hào)的接收。因?yàn)榉謾C(jī)發(fā)送的是電流形式的信號(hào)，在接收分機(jī)信號(hào)的時(shí)候，需要先經(jīng)過總線電流檢測(cè)電路，得到分機(jī)發(fā)送的信號(hào)，再通過帶通濾波來分離數(shù)據(jù)信號(hào)和語音信號(hào)，數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過放大和濾波后，送入鑒頻器，解調(diào)為數(shù)字信號(hào)發(fā)送到單片機(jī)；語音信號(hào)經(jīng)過放大和濾波后，直接發(fā)送到主機(jī)電話機(jī)。

3 醫(yī)院呼叫系統(tǒng)OPC DA數(shù)據(jù)服務(wù)器

基于OPC的數(shù)據(jù)訪問都是通過OPC服務(wù)器與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行交互的，如圖3所示，因此OPC服務(wù)器的開發(fā)是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

OPC服務(wù)器主要由兩部分組成，OPC標(biāo)準(zhǔn)接口的實(shí)現(xiàn)和與硬件設(shè)備的通信。由于本醫(yī)院呼叫系統(tǒng)對(duì)外提供RS-232接口，可直接使用此接口用來與OPC服務(wù)器通信，通過此串口實(shí)現(xiàn)醫(yī)院呼叫系統(tǒng)與OPC服務(wù)器的數(shù)據(jù)傳輸和共享。OPC服務(wù)器的開發(fā)必須以O(shè)PC規(guī)范為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)對(duì)象及其接口。因此OPC接口是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

ATL(Active Template Library)是Visual C++提供的一套基于模板的C++類庫，利用這些模塊類，可以快速開發(fā)COM組件程序。它的內(nèi)部的模板類實(shí)現(xiàn)了COM的一些基本特征，比如一些基本的COM接口IUnknown、IClassFactory、IDispatch等，也支持COM的一些高級(jí)特征，如雙接口(dual interface)、連接點(diǎn)(connection point)、ActiveX等。

利用ATL開發(fā)的OPC DA Server接口設(shè)計(jì)：① OPC Server，它是一個(gè)COM接口，需要為其設(shè)計(jì)以下接口：

4 系統(tǒng)測(cè)試

利用單片機(jī)構(gòu)成的二線制呼叫系統(tǒng)，既解決了四線制呼叫系統(tǒng)安裝維護(hù)困難的問題，又解決了無線呼叫系統(tǒng)易受外界干擾的問題。實(shí)驗(yàn)證明，在多個(gè)分機(jī)同時(shí)呼叫主機(jī)的情況下，主機(jī)都可以可靠、穩(wěn)定地接收和應(yīng)答。在本系統(tǒng)測(cè)試中，在極端的情況下，50個(gè)分機(jī)同時(shí)呼叫主機(jī)，主機(jī)也能夠可靠、穩(wěn)定地處理所有的呼叫請(qǐng)求，同時(shí)優(yōu)先處理護(hù)理級(jí)別較高的分機(jī)請(qǐng)求。

打開OPC SERVER軟件，在本機(jī)OPC SERVER的基礎(chǔ)上增加如下圖4所示的標(biāo)簽，并且設(shè)置好串口通信的參數(shù)，將醫(yī)院呼叫系統(tǒng)連接到本地服務(wù)器，同時(shí)設(shè)置更新速率，在此我們?cè)O(shè)置為1ms，即每1ms讀取一次醫(yī)院呼叫系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

圖4 醫(yī)院呼叫系統(tǒng)OPC DA Server 串口設(shè)置

圖5為醫(yī)護(hù)呼叫系統(tǒng)OPC服務(wù)器在某段時(shí)間采集到的呼叫數(shù)據(jù)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明：該服務(wù)器能夠可靠地與硬件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

圖5 醫(yī)院呼叫系統(tǒng)顯示界面

5 結(jié)論

在研究OPC技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一套基于單片機(jī)的二線制的醫(yī)院呼叫系統(tǒng)，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、工作可靠且成本較低，可以方便、實(shí)時(shí)利用PC機(jī)采集呼叫信息：病人呼叫時(shí)間、護(hù)理人員應(yīng)答時(shí)間等。通過這些數(shù)據(jù)可以分析醫(yī)院的服務(wù)質(zhì)量；統(tǒng)計(jì)病人對(duì)應(yīng)鈴的滿意度；對(duì)病員的呼叫記錄、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)，可幫助解決醫(yī)療糾紛；更為重要的是，開發(fā)基于串口的醫(yī)院呼叫系統(tǒng)OPC服務(wù)器，可以方便地兼容醫(yī)院集成化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)醫(yī)院各種監(jiān)控組態(tài)軟件的無縫集成。

[1] KANG Hao-chen, WANG Jian-guo. Design of a simple ward call system. INFORMATION OF MEDICAL EQUIPMENT, 2006, vol21(9),p102-102.

[2] Ma YanHao. Relization Methods of Bed Coding for Medical Calling System. China Medical Equipment, 2005, P41-42.

[3] 丁仁聲. 醫(yī)院集成化信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[P].中國(guó)醫(yī)院統(tǒng)計(jì), vol 13,2006, P37-41.

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Development Medical Intercom System Based on OPC

XU Wen College of Biomedical Engineering, South Central University for Nationalities (Wuhan 430074)

To integrate the medical intercom system into the hospital information system, a two-wire medical intercom system was designed by using the MCU on the basis of OPC. The system provides OPC interface, you can easily use OPC technology to achieve data transmission. Because the host uses two-wire to connect all the extensions, emergent extensions door lights, simplifies the design, while making installation, maintenance to be easy. The system has the advantage of real-time, high reliability, low cost, easy installation, possesses strong practical value.

medical intercom system, OPC technology, server

1006-6586(2011)05-0013-04

R197.324

A

2011-03-09

徐文，碩士，研究方向?yàn)樾盘?hào)處理