一種失常生物信號(hào)緊急自動(dòng)撥號(hào)報(bào)警裝置

1、一種失常生物信號(hào)緊急自動(dòng)撥號(hào)報(bào)警裝置王健，李天鋼，侯圳(西安交通大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 陜西 西安 710049)隨著現(xiàn)代工作和生活壓力的加大，各類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)不能滿足的。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，其失常類型主要包括心搏停止、心臟漏搏、極度心動(dòng)過速、極度心搏過緩等。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

2、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

3、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)電阻接人電話線，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。這樣電話線上的信號(hào)音就通過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IRQCP端輸入到P3.4管腳。單片機(jī)通過T0在2.8 s內(nèi)的計(jì)數(shù)值，判斷該信號(hào)音的類型。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

4、允許發(fā)送DTMF信號(hào)的突發(fā)模式，然后將電話號(hào)碼對(duì)應(yīng)的DTMF信號(hào)發(fā)送出去。該DTMF信號(hào)經(jīng)過LM324的放大，最后由變壓器耦合到電話線上并傳送到交換機(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?；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)榈碗娖剑刂普Z(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。所有的電話號(hào)碼撥打完后，單片機(jī)控制程序重新開始，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)三極管開關(guān)電路控制繼電器的

5、開關(guān)，繼電器控制接入電話線兩端一個(gè)300 (1 W)的電阻。摘掛機(jī)信令由單片機(jī)通過控制P1.0變?yōu)榈碗娖綄?shí)現(xiàn)。因?yàn)镽16電阻僅為300 ，因而電話線回路電流變大，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)，完成電話線路接通。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)音方式告知電話線的對(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、

6、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。電話線上的信號(hào)音通過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IRQCP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

7、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，判斷電話線上的信號(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，而幾乎沒有在社區(qū)醫(yī)療監(jiān)護(hù)領(lǐng)