基于PLC 的智能病床呼叫系统设计

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[摘要] 目的: 丰富病床呼叫系统的控制方式, 在满足病房与护士站实时通信同时, 能够方便地了解各病区的情况, 实
现医院对全院的病房科学化管理。方法: 采用可编程控制器替代单片机作为核心控制件, 设计实现新型智能病床呼叫
系统。结果: 实验结果表明, 用可编程控制器构成的病床呼叫智能系统结构更简单, 更易于推广。结论: 可编程控制器
智能病床呼叫系统可以及时、准确、可靠地实现病房呼叫管理, 具有良好的应用前景。
[关键词] 病床呼叫系统; PLC; 病房管理

Design on Intelligent Sickbed Calling System Based on PLC
LI Shu- xiong1, LI Tuo2
(1.Tianjin Electron Communication Profession Technique College, Tianjin 300132, China;2.College of Software, Nankai
University, Tianjin 300071, China)
Abstr act Objective To enrich the control ways of Sickbed Calling System. Except for real time communication between
sickrooms and the nursing station, situations in every sickroom are excepted to be learned conveniently, thus realizing
scientific sickroom management of the hospital. Methods The Calling System of Sickbed was designed by using
programmable controller instead of singlechip control system. Results The experiment demonstrated that the Sickbed
Calling System designed by programmable controller was simpler and more popular. Conclusion Calling System of Sickbed
designed by programmable controller can realize the management of Sickbed Calling System promptly and accurately. It has
a bright application future.[Chinese Medical Equipment Journal, 2008, 29( 7) : 21- 22, 25]
Key words Sickbed Calling System, PLC, sickroom management
1 引言
患者在住院期间, 可能会在任意时间请求医生或护士进行诊断
或护理。临床求助呼叫是传送临床信息的重要手段, 病床呼叫系统
是患者向值班医生或护士发出紧急呼叫的工具, 要将患者的请求快
速传送给值班医生或护士, 并在护士站的监控中心留下准确完整的
记录, 是提高医院和病室护理水平的必备设备之一。病床呼叫系统
要求及时、准确、可靠, 简便可行, 利于推广, 其性能的优劣直接关系
到病员的安危, 因此历来受到各大医院的普遍重视。
目前, 医院病床呼叫装置大多由单片机及低压电力线等传输
媒质所构成。本研究拟从可编程控制器( PLC) 的应用出发, 提出
一种以PLC 为核心的智能化病床呼叫系统。该系统利用PLC 特
殊的I/O 接口, 使系统构成更加简单, 充分展示了它的特色和应
用前景。该系统具有呼叫、灯光报警、振铃、显示排队、优先权设定
等功能, 可满足医院对病房管理和护理的要求。该系统还可以通
过计算机将全院各病区呼叫子系统连接一起, 构成病房监护管理
中心, 使病区管理更趋规范和合理。本系统设计已于2007 年获得
国家专利( 专利号为: 200720095411.9) 。
2 系统设计方案
病床呼叫系统由从机、主机等两部分组
成。从机( 呼叫源) 即病床按钮, 主机包括
PLC 及显示和监护系统, 如图1 所示。
呼叫源每张病床配备一个, 呼叫源一般
放在病床床头。患者有呼叫请求时, 按下手
持式按钮向护士站呼叫。主机中PLC 工作
方式为循环扫描方式, 在系统程序控制下, PLC 顺序读入输入端口各
呼叫源的状态, 并且不断地循环扫描。一旦有呼叫按钮按下, PLC 立
即响应, 通过设置的程序实现对系统的控制: 点亮床头指示灯和手柄
按钮指示灯, 护士站显示呼叫病床号, 启动振铃, 并通过报警指示灯
指出病房号; 同时, 在病房通道显示器上显示呼叫病床号。此外, 还
将显示某个时间段内患者呼叫次数。主机监控系统响应后, 将出现
相应的声、光报警指示, 以便提示医护人员尽快赶到现场。
系统采用主从结构形式后, 主机中的PLC 还可以通过网线与计
算机相接, 将多个护士站联网构成病房监护管理中心。
3 系统软件流程图
系统软件流程图如图2 所示。流程图概要:
( 1) 为方便患者使用, 呼叫按钮采用手持式单按钮结构。当患者
收稿日期: 2008- 03- 28 修回日期: 2008- 05- 22
作者简介: 李树雄( 1954- ) , 男, 天津人, 副教授,
主要从事自动控制、PLC 教学与研究等工作。
THESIS & RESEARCH REPORT 研究论著
21
医疗卫生装备·2008 年7 月第29 卷第7 期
Chinese Medical Equipment Journal·Vol.29 No.7 July 2008
输入点说明输出点说明
X0 1 号病床呼叫按钮Y0 1 号病床呼叫按钮指示灯
X1 护士站响应按钮YI 1 号病床指示灯
X2 护士站复位按钮Y2 护士站病房报警指示灯
WYI 病床号七段显示输出
WY2 患者呼叫次数七段显示输出
表1 I/O 地址分配表
图3 网络信息传输途径
图2 系统软件流程图
第1 次按下按钮时, 病床指示灯、手柄按钮指示灯点亮, 提示患者已
发出呼叫请求。但监控系统并不立即响应, 延迟6 s 后监控系统才自
行启动。如果是患者误操作, 在6 s 时间内第2 次按下按钮可解除呼
叫, 同时关断病床指示灯、手柄按钮指示灯。目前病房中使用的呼叫
按钮大多为双按钮, 一个呼叫, 另一个关断, 通过颜色来区分。显然,
对重病卧床的患者来说, 分辨其不同作用十分不便。在PLC 的程序
中利用记忆功能, 记录下按钮被按动的先后次序, 使得用单按钮启动
呼叫和解除呼叫成为可能。
( 2) 在患者呼叫时监控系统启动, 护士站病房报警指示灯开始闪
烁, 振铃启动, 同时护士站和病房通道显示器显示呼叫病床号, 指示
医护人员立即响应。执行医护人员首先按动响应按钮切断振铃, 将
闪烁病房报警指示灯变为常亮, 同时启动对讲机, 可以向患者发出询
问或直接到现场处理。常亮的病房号指示灯用来表明医护人员已经
响应患者的呼叫, 或正在现场处理中。医护人员处理完毕, 通过复位
按钮清除所有信号。被清除信号包括病床指示灯、手柄按钮指示灯、
护士站病房报警指示灯、对讲机。护士站显示器和通道显示器可以
显示当前的时间或被消隐。
( 3) 为增加实时处理能力, 当医护人员在响应某一呼叫时, 允许
其他患者呼叫。此时护士站相应的病房报警指示灯开始闪烁、振铃
启动, 同时显示出新的病床号。而前一次呼叫的病房报警指示灯仍
然常亮。闪烁和常亮指示灯的区别为: 闪烁灯告知相应的病房有患
者呼叫, 常亮灯记录了另一病房有医护人员正在现场处理中。
( 4) 为提高医院的科学化管理, 掌握所辖病区患者护理情况, 也
便于了解当班医护人员的工作强度, 本系统增加了在某个时间段内
对患者呼叫次数统计。可以根据院方要求, 任意设定统计时间, 如8 h
或24 h 等。在锁定时间内将随时显示该病区的呼叫次数。呼叫次数
加“1”信号取自医护人员处理完呼叫后的复位按钮, 以保证记录的准
确性。
4 网络信息传输
每一病区构成一个呼叫子系统, 全院各病区呼叫子系统与计算
机可组成网络, 通过软件设计实现呼叫系统的病床信息管理, 形成病
房监护管理中心。由医院管理部门及时了解和掌握各病区的工作情
况, 调配医护人员。网络信息传输途径如图3 所示。
5 系统特点
目前, 医院病房中使用的呼叫装置有无线式和有线式两种形式。
其中, 有线式一般是采用单片机作为核心控制部件。本研究提出的
呼叫系统也属于有线式, 但是核心部件为PLC, 该系统主要解决了目
前呼叫系统中存在的以下问题:
(1) 无线式呼叫系统由于需要“发射”和“接收”两个系统, 存在传输
距离、可靠性、设备体积与价格、占用无线频道资源以及发射的电磁波可
能会影响医疗设备的正常使用等问题。因此, 目前医院中很少采用。
( 2) 单片机构成的呼叫系统如果采用低压电力线作为传输媒质,
必须解决信息衰减、电平转换、信息耦合、滤波等问题, 使得外围接口
电路非常复杂。在软件设计上还要确定单片机与外设之间的通信方
式, 以保证在任意时刻只要有呼叫源发出请求系统立刻响应。软件
设计和硬件设计的繁琐, 给开发和维护带来了极大不便。
近年来, PLC 的功能不断趋向于计算机化, 价格不断下降, 体积
不断缩小。特殊的I/O 接口可以使呼叫按钮直接与PLC 输入相接, 输
出可以直接带报警器、显示装置等。与计算机联网通信十分方便。独
具特色的编程方式, 非常易于普及。PLC 的应用已不再局限于工业控
制领域, 在其他控制领域也获得广泛应用。
6 流程中几个关键环节的程序设计
智能病床呼叫系统采用松下FP0 可编程控制器实现, 该机型可
靠性高, 维修方便, 价格低廉, 指令集功能强大, 扩展容易, I/O 模块
可根据需要配置。
6.1 单按钮控制的实现
以一个病床呼叫为例, 进行I/O 地址分配, 如表1 所示。采用
F132 取反指令设计的单按钮控制梯形图如图4 所示。
6.2 患者呼叫次数统计(!!下转第25 页!!)
研究论著THESIS & RESEARCH REPORT
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医疗卫生装备·2008 年7 月第29 卷第7 期
Chinese Medical Equipment Journal·Vol.29 No.7 July 2008
图5 患者呼叫次数统计梯形图
患者呼叫次数统计梯形图如图5 所示, 程序中设定统计时间为8 h。
7 结论
本系统经实验验证, 表明呼叫及时、准确、可靠, 可以满足医院
的病房管理和护理要求, 同时充实了病床呼叫系统的控制方式。与
单片机控制相比, 其结构更简单, 利于推广。相信随着PLC 的功能不
断增强, 价格不断下降, 基于PLC 的智能病床呼叫系统将会走入医
院病房。
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图5 主程序流程图
图6 智能起立床实物图
5 结论
经过仔细地调试和实验, 整个智能起立床系统能够非常稳定地
工作。床体的角度除了1°左右的误差外, 能得到很好的控制, 数码管
的显示稳定;MP3 播放模块能准确地控制播放第几首乐曲; 后备电
源在断市电的时候能够稳定及时地为系统提供工作用电, 未出现单
片机意外复位或其他异常现象; 24C01 读写正常; 继电器动作可靠。
该仪器已在生物医学领域成功应用, 其实物照片如图6 所示。
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