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(多图) 医院护理呼叫通讯系统设计及防冲突算法研究

宁波大学 林雪明?? 2009年11月06日 ?? 收藏0

  医院护理呼叫系统是传输临床信息的重要手段,是提高护理人员的工作效率和保证医院服务质量的有效途径,也是提高医院信息化管理水平的重要措施。本系统采用模块化设计,具备易操作性、易维护性、易扩展性等特点。系统采用三层结构,分别是后台服务器层、护士工作站层和病区呼叫系统层。病区呼叫系统由一台主机和多台分机组成,采用RS485通讯总线相连,实现各种病房呼叫信息、卫生间呼叫信息和电生理检测数据的采集,并通过主机和护士工作站连接。护士工作站由普通PC机组成,其功能是响应和处理各类呼叫信息。后台服务器和护士工作站之间采用通用以太网连接,呼叫和处理信息可以以电子文档形式存储在后台服务器中。本文主要讨论病区呼叫系统的通讯系统设计。

  1 通讯系统体系结构

  一个病床呼叫分机管理一间病房的呼叫信息,包括卫生间呼叫和病床呼叫等。每个呼叫点均有呼叫按钮、取消按钮和LED指示灯。呼叫分机还留有电生理信息标准接口,可以连接心电图仪、呼吸机和血压仪等生理检测设备,以监视和记录病人的生理信息。病区呼叫系统主机放置在护士工作站内,负责整个系统的控制与通信。呼叫主机一边将病房的呼叫信息传输到LED显示屏上并蜂鸣提醒,一边把呼叫信息传输到PC机。系统为护士工作站PC机提供良好的人机界面,可以向医护人员显示系统的工作状态,病员的基本医疗信息和呼叫信息以及一些基本的处理数据功能。

  病区呼叫系统结构如图1所示。病区呼叫系统主机和病房呼叫系统分机以MCS-51单片机为主控制器,分机之间通过RS-485通讯总线相连。RS-485是美国电气工业联合会(EIA)制定的利用平衡双绞线作传输线的多点通讯标准,它采用差分信号进行传输,具有传输速率高、传送距离远、可靠性高、扩展容易等特点。RS485通讯器件采用MAX487-CP,MAX487是MAXIM公司生产的用于RS485和RS422通信的差分总线小功率收发器,它含有一个驱动器和一个接收器,具有驱动器/接收器使能功能,输入阻抗为1/4负载,总线节点数为128,即每个的驱动器可驱动128个标准负载。MAX487的驱动器设计成限斜率方式,使输出信号边沿不至于过陡,以避免在传输线产生过多的高频分量,从而有效扼制了干扰现象。

病区呼叫系统结构

  系统通讯的数据帧格式参考 MS/TP 协议标准, 具体设计如下:

MS/TP 协议标准

  前同步码 2 字节:55H,0FFH;帧类型 1 字节;目的地址1字节;源地址1字节;头部CRC 1字节;数据 8 字节;数据 CRC 2字节。一帧数据共16字节,128位。

  2 基于“错时退避”策略的防冲突算法

  在一台病房分机请求发送数据的同时,另一台病房分机请求发送数据,或在一台病房分机在发送数据的过程中,另一台病房分机请求发送数据,都就会造成通讯冲突。为了防止因通讯冲突而造成的数据传输错误,本系统参考CSMA/CD(Carrier Scnse Multiple Access /Collision Detect)技术。CSMA/CD即载波监听多路访问/冲突检测,它的工作原理可用8个字来表示:“先听后说,边听边说”。病房呼叫分机在发送数据前,先检测信道是否空闲,若空闲,则发送数据。在发送数据的同时,仍继续监听信道,以检测是否存在冲突。一旦检测到冲突,就立即停止发送,并向总线上发一串阻塞信号,通知总线上其他各有关站点停止数据传输。这样,通道容量就不致因白白传送已受损的帧而浪费。CSMA/CD的工作流程如图2所示。

CSMA/CD的工作流程

  一般而言,普通网络上传输的信息量比较大,因此,普通网络追求的是信道的使用率和信息的吞吐量。生理呼叫系统的传输信息量很小,系统要求的是信息传输的实时性,同时又互不干扰。要解决这个问题,必须尽可能避免重复冲突现象的发生。即要求如果发生多台通讯冲突现象,各分机的退避时间应不同。本文分别讨论的延时退避算法和冲突退避算法有“错时退避”的特点,能有效地解决重复冲突问题。

  2.1 延时退避算法

  系统采用“先听后说”的工作方式,分机在发送呼叫信息前,先监听信道状态。如果信道忙,说明有其他分机正在占用信道传输数据。根据前述数据帧格式,一帧数据共128位,一台分机传输数据所需的时间为:T=128 bit/波特率。

  因此,本次数据传输还需占用0到T的信道时间。为了避免同时监听到信道空闲而发生的冲突现象,各分机采用下列延时退避公式决定延时监听时间:

公式

  上式中,ti为第i台分机的延时时间,n是分机的总台数,rand(0,1)为一个0到1的随机数,E是应急呼叫设置位(若为应急呼叫,则设置E为1)。系统将卫生间呼叫默认设置为应急呼叫,一些重症病人的呼叫也可由系统呼叫主机设定设置为应急状态。

  分机i以ti的间隔时间监听信道,当监听到信道处于空闲状态时,即可进行到工作流程的下一步。


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医院? 护理呼叫? 通讯? RS485?

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