一种失常生物信号紧急自动拨号报警装置

摘 要：介绍了一种失常生物信号紧急自动拨号报警装置的硬件电路、软件编程和系统整体调试。该装置由单片机和其他电路构成,分为四个功能模块：模拟摘挂机、语音录放、信号音判别和DTMF双音多频拨号自动发送。实验证明，该装置的软、硬件设计能够通过功能调试，可以达到设计所要求的功能。

关键词：失常生物信号;单片机;自动报警;双音多频

中图分类号：R318.6 文献标识码：B 文章编号：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

随着现代工作和生活压力的加大，各类疾病的患病率也日益增高。面对越来越多的疾病治疗与护理需求，仅仅依靠医院是远远不能满足的［1-3］。因此，面向家庭的生物信号监护与报警装置就成为家庭监护系统的一个重要组成部分。生物信号以心电信号的研究最为广泛，其失常类型主要包括心搏停止、心脏漏搏、极度心动过速、极度心搏过缓等。本文所设计的报警装置在失常生物信号的触发信号下，能够自动拨打多个预置电话号码进行语音求救，从而使病人能够得到及时救助。

1 装置整体设计

本文所设计的失常生物信号紧急自动拨号报警装置由单片机构成主控部分，接收外部信息进行判断，并对外部接口电路进行指令控制。接口电路主要包括模拟摘挂机电路、语音录放电路、DTMF收发电路和其他电路。接口电路实现的功能主要包括：模拟摘挂机控制、求救录音录放、DTMF信号音判别和DTMF自动拨号发送。

2 硬件电路设计

所设计的失常生物信号紧急自动拨号报警装置硬件电路包括三个模块：

(1) 由单片机AT89S51构成的控制电路主要实现接收外部信息、对外部电路进行控制的功能；

(2) 由DTMF收发芯片MT8888ce构成的DTMF收发电路主要实现DTMF信号音判别和DTMF自动拨号发送功能；

(3) 由语音芯片ISD1420构成的语音录放电路主要实现求救录音录制和播放功能。

如图1所示，当单片机的P1.7管脚检测到来自病人生理参数异常的触发信号时，单片机启动继电器，将摘机电阻接入电话线，实现模拟摘机。单片机将MT8888ce设置为呼叫处理模式。这样电话线上的信号音就通过1∶2的变压器、电桥整流、运算放大器TL084的放大，最后输入到MT8888ce芯片。该信号音在MT8888ce内被限幅转换成对应频率的方波。该方波信号通过IRQ/CP端输入到P3.4管脚。单片机通过T0在2.8 s内的计数值，判断该信号音的类型。如该信号音不是拨号音，则单片机控制继电器实现模拟挂机再重新摘机；如该信号音是拨号音，则单片机启动自动拨号程序。此时单片机设置MT8888ce工作在允许发送DTMF信号的突发模式，然后将电话号码对应的DTMF信号发送出去。该DTMF信号经过LM324的放大，最后由变压器耦合到电话线上并传送到交换机，由交换机实现拨号。为了判断号码是否拨通，可以再次设置MT8888ce工作在呼叫处理模式并检测信号音。如此时的信号音不是回铃音，则挂机再重新拨打电话；否则就等待对方摘机。对方摘机，单片机P1.1管脚变为低电平，控制语音芯片播放求救录音。录音播放完后继续拨打下个电话。所有的电话号码拨打完后，单片机控制程序重新开始，继续进行新的一轮拨号循环，直至病人得到救助。

2.1 模拟摘挂机电路硬件设计

如图2所示，模拟摘挂机电路主要由一个三极管开关电路控制继电器的开关，继电器控制接入电话线两端一个300 Ω(1 W)的电阻。摘挂机信令由单片机通过控制P1.0变为低电平实现。因为R16电阻仅为300 Ω，因而电话线回路电流变大，控制电路向交换机发出模拟摘机的信号，交换机响应摘机信号，完成电话线路接通。

2.2 语音录放电路硬件设计

图3所示语音录放电路中，语音录放电路通过控制P1.1清零，可以将语音芯片内部事先录好的病人病情、地址等信息以语音方式告知电话线的对方，以确保病人能得到及时救助。

2.3 DTMF收发电路硬件设计

如图4所示，DTMF收发电路主要由单片机AT89S51、DTMF收发芯片MT8888ce、双电源供电运放TL084、全桥整流电桥、1∶2变压器、单电源供电运放LM324以及其他电阻电容元件构成。

信号音判别功能的具体工作原理：模拟摘机后，交换机会发出拨号音信号。单片机将MT8888ce置为呼叫处理模式。电话线上的信号音通过1∶2变压器、全桥整流电桥、运放TL084，最后输入到MT8888ce的DTMF IN端。MT8888ce芯片对输入的信号音进行限幅，在IRQ/CP端输出与输入信号音频率一致的方波信号。该方波信号连入单片机的T0计数中断管脚(P3.4)。根据T0在2.8 s内的方波计数值即可判别信号音的类型。

3 系统软件设计

3.1 软件总体设计功能模块图

图5为所设计的失常生物信号紧急自动拨号报警装置的软件功能模块图。

3.2 软件实际工作流程图

图6为所设计装置的实际工作程序流程图。

在图6的程序开始时，为了避免单片机P0,P1,P2,P3口的管脚电压可能引起的某些误操作，首先应该进行系统初始化。此后，程序采用查询方式判别P1.7管脚是否有病危触发信号。如有触发信号，则调用50 ms延时程序消除由噪声、干扰等引起的错误触发。如延时后仍有触发信号，则将P1.0清零，实现模拟摘机。然后将MT8888ce置为呼叫处理模式，调用信号音判别子程序，判断电话线上的信号音是否为拨号音。如不是拨号音，则挂机再重新模拟摘机；否则将MT8888ce置为突发模式，取出预置号码进行发送。一组号码发送完毕后，再次将MT8888ce置为呼叫处理模式，调用信号音判别子程序进行信号音判别。如果该信号音不是回铃音，则挂机再重新摘机；否则证明电话已经拨通，应该等待对方摘机。对方摘机后，通过将P1.1清零可以实现求救录音的5次播放。录音播放完毕，继续拨打下一组电话号码。

4 结 语

报警系统大多应用于煤气、火灾以及家庭防盗报警，而几乎没有在社区医疗监护领域的应用。本文所设计的失常生物信号紧急自动拨号报警装置用于家庭监护系统中的生物信号失常报警，填补了这一空缺。本文利用先进的DTMF收发集成芯片MT8888ce及其他芯片实现电话自动拨号和语音报警功能，电路非常简单，系统功能比较完善。

参 考 文 献

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