基于LabVIEW和Multism的病床呼叫器的設計與實現(xiàn)

倫志新，王 蕾

（唐山學院a．計算機中心；b．信息工程系，河北 唐山063009）

隨著科技水平和醫(yī)療水平的進步，病床呼叫器已經成為醫(yī)院不可缺少的監(jiān)護設備，它對于病人和醫(yī)療人員之間的信息溝通起到了至關重要的作用，能夠有效地保證病人及時得到醫(yī)護人員的看護和醫(yī)治。［1］目前，大部分實現(xiàn)病床呼叫的程序存在設計復雜，不易遠程操作等問題。［2］

LabVIEW是一種基于圖形化編程語言的虛擬儀器軟件工具，與Multisim仿真軟件共同屬于美國NI公司，利用它們組建儀器測試系統(tǒng)可以有效簡化程序的設計。［3］本設計利用LabVIEW和Multisim仿真軟件建立了病床呼叫系統(tǒng)，通過設計流程圖模型提出兩種實現(xiàn)方案，對比說明LabVIEW和Multisim相結合的設計方案能有效地簡化系統(tǒng)電路，節(jié)省信號仿真時間，且系統(tǒng)測試穩(wěn)定。

1 流程圖模型的創(chuàng)建

LabVIEW程序開發(fā)分前面板、程序框圖以及圖標／連接器3部分。［4］由前面板實現(xiàn)用戶輸入和顯示電路輸出功能，程序框圖實現(xiàn)用于控制前面板而添加的圖形化函數，圖標／連接器是子VI實現(xiàn)被其它VI調用的接口，也是子VI在其它程序框圖中被調用的節(jié)點表現(xiàn)形式，一般情況下隱含不顯示連接器?；贚abVIEW和Multism的病床呼叫器流程圖如圖1所示，主要由優(yōu)先編碼器和附加門電路實現(xiàn)10路病床呼叫功能。

圖1 病床呼叫器流程圖模型

用戶可以通過測試顯示驅動74LS248使能端子觀察數碼顯示是否正常，本系統(tǒng)用2片8線－3線優(yōu)先選擇器74LS148擴展成10線－4線的優(yōu)先編碼器，輸入端子對低電平有效觸發(fā)，其結果由共陰數碼管顯示。本文通過單純的LabVIEW設計方案與LabVIEW，Multisim相結合的設計方案進行對比說明電路設計過程，以及突出兩仿真軟件結合使用的優(yōu)勢。

2 基于LabVIEW的方案設計與實現(xiàn)

第一種設計方案，僅使用LabVIEW編程實現(xiàn)系統(tǒng)設計。LabVIEW使用圖形化的編程語言，其包括多種函數庫、布爾顯示和測量儀表，設計系統(tǒng)VI的過程是在前面板和程序框圖之間建立正常通信交換的過程。［3］在設計復雜系統(tǒng)時，為了使流程圖清晰簡潔可以把部分內容設計成子VI，即具有不同功能的子程序，通過圖標／連線板實現(xiàn)數據的調用。

2.1 基于LabVIEW子VI實現(xiàn)

2.1.1 優(yōu)先選擇器子VI實現(xiàn)

病床呼叫器中74LS148優(yōu)先選擇器高位片對輸入優(yōu)先級別高的2個輸入端有效，低位片對輸入優(yōu)先級別低的8個輸入端有效，根據74LS148編碼表，在高位片的輸入均無有效電平時，低位片工作，則將高位的輸出選通端Ys接低位片的輸入選通端S。由于74LS148優(yōu)先選擇器和74LS248數碼驅動器結構較復雜，控件選板中沒有可直接用的內容，所以有必要設計對應的2個子VI。在前面板使用控件選板設計9個開關輸入量和5個布爾輸出量，在程序框圖窗口利用Functions＞＞Programming＞＞Boolean添加邏輯關系，通過連線實現(xiàn)74LS148低位片邏輯功能，如圖2所示。

圖2 優(yōu)先選擇器子VI程序框圖

2.1.2 數碼顯示驅動器子VI實現(xiàn)

數碼管顯示有共陰和共陽兩類。［5］假如本系統(tǒng)使用共陰極數碼管顯示床位號，則顯示譯碼器應選擇驅動共陰極數碼管的顯示譯碼器芯74LS248，來驅動共陰極數碼管的顯示。74LS248的輸入為4位8421碼，即有4個輸入端A，B，C，D。允許的10種輸入分別為0000～1001。在前面板設計7個開關輸入量、7個控件指示燈組成數碼管以及7個圓形指示燈代表a～g端子輸出狀態(tài)，在程序框圖窗口添加邏輯關系，通過連線實現(xiàn)74LS248邏輯功能，如圖3所示。

圖3 數碼驅動器子VI程序框圖

設計74LS148和74LS248兩個芯片子VI的電路，需要單獨連接實現(xiàn)電路的內部結構，接線復雜，連線點多，工作量較大。

2.2 基于LabVIEW主程序的實現(xiàn)

2.2.1 前面板的實現(xiàn)

前面板是由輸入、輸出控制和顯示三部分組成，通過設置輸入數值來觀察輸出量。［6］前面板直接面向用戶，是病床呼叫器的核心，因此在設計這部分時，要考慮界面美觀整潔，易操作，便于讀取數據等方面。

根據設計要求和74LS148芯片功能，10個按鍵輸入端分別為低電平有效，高位片S置低電平有效；2片優(yōu)先選擇器的低3位輸出端經過74LS00與非芯片，使輸出的信號送入74LS248顯示芯片的C，B，A端子，顯示的D端子由高位片的15端子取反決定；74LS248的7個輸出端a～g分別于共陰極數碼管的7個陽極a～g連接，前面板設計如圖4所示。

2.2．2 主程序框圖的實現(xiàn)

程序框圖是圖形化代碼，前面板對象在程序框圖中顯示為接線端，通過添加函數控件、顯示控件、連線等實現(xiàn)系統(tǒng)功能。在程序框圖窗口中利用Functions＞＞Programming＞＞Boolean加邏輯關系，并通過創(chuàng)建連線板調用子VI，實現(xiàn)10個病床呼叫器的功能。程序框圖如圖5所示。

3 基于LabVIEW和Multisim的方案設計與實現(xiàn)

第二種設計方案，在LabVIEW和Multisim之間建立聯(lián)合仿真調試［4］，利用LabVIEW圖形化顯示控件在前面板設置開關和顯示結果，設計前界面過程與第一種設計方案效果一致，如圖4所示。在程序框圖設計中由于利用了Multisim聯(lián)合調試，簡化了復雜子VI設計過程，提高了電路信號傳遞效率。

圖4 病床呼叫器的前面板

圖5 基于LabVIEW的主程序框圖

3.1 基于Multisim電路VI的實現(xiàn)

設計Multisim電路模型可以實現(xiàn)對系統(tǒng)電路的設計與調試。在仿真電路中添加接口HB／SC，用以與LabVIEW引擎之間的數據交換，并對LabVIEW Co－simulation Terminals設置多個電壓 HB／SC口，在Negative Connection將IO1～IO13設為輸入端口，分別代表呼叫開關和芯片使能開關，將IO14～IO20設為輸出端口，代表輸出段碼指示燈，如圖6所示。保存固定路徑，便于LabVIEW調用。

圖6 Multism電路VI實現(xiàn)

3.2 基于LabVIEW和Multisim程序框圖的實現(xiàn)

在程序框圖設計中，使用LabVIEW控制與仿真環(huán)實現(xiàn)在程序框圖對MultisimVI的調用。首先通過在VI中添加Control﹠Simulation Loop和Halt Simulation函數控制仿真循環(huán)，利用Multisim Design設置窗口添加MultisimVI電路，以及利用Configure Simulation Parameters窗口設置參數，方便調節(jié)呼叫器信號仿真運行時間，如圖7所示。通過調用設計與調試于一體的Multisim Design VI，避免了對復雜子VI的設計，同時提高了信號傳輸效率。

圖7 基于LabVIEW和Multisim的主程序框圖

4 測試結果分析

前面利用兩種方案對病床呼叫器進行設計，實現(xiàn)了等效的系統(tǒng)功能和相同的前界面。在第二種設計方案中，程序框圖的設計過程得到明顯簡化。下面利用基于LabVIEW和Multisim設計方案進行系統(tǒng)功能測試。

圖4為病床呼叫器數碼管驅動燈測試LT＝0，測試燈用來檢測數碼管各段能否正常發(fā)光，當低電平有效時，譯碼器輸出全部為高電平，七段發(fā)光二極管全部點亮，其它使能按鍵輸入處于無效狀態(tài)。

圖8為74LS148優(yōu)先選擇器高位片S＝1，根據芯片功能表判斷該片YEX＝YS＝1，則低位片S＝1，使兩片輸出端子全部置1送入74LS00與非門，共陰顯示驅動芯片測試端送高電平無效，數碼顯示管顯示0。

圖8 優(yōu)先選擇器高位片S＝1

圖9為74LS148優(yōu)先選擇器高位片置低電平有效，芯片測試端送高電平無效，系統(tǒng)能接收按鍵輸入信號。當多使能端同時置有效信號，10線－4線優(yōu)先選擇器只對請求信號級別高的信號做出響應，如圖9所示，2，3，7端同時送入送低電平，數碼管顯示7。

圖9 病床呼叫器多輸入端置有效信號

經過測試，電路前面板添加多種控件直觀動態(tài)顯示病床呼叫器電路工作過程。系統(tǒng)運行穩(wěn)定，界面友好整潔。

5 結論

LabVIEW虛擬軟件具有圖形化軟件設計的靈活性和與多種專業(yè)軟件自由連接的便捷性。Multisim是專業(yè)電子設計仿真軟件，擁有各類仿真儀器儀表。將兩種軟件有機結合的設計方案，實現(xiàn)了10路病床呼叫器，對比單純基于Lab－VIEW的設計方案，有效簡化了設計電路，縮短了仿真時間，友好的用戶界面有助于人機交流。如果利用網頁發(fā)布VI，可以實現(xiàn)電路的遠程控制，本設計為病床呼叫器的實現(xiàn)提供了一條新的途徑。

［1］ 李樹雄．基于PLC的智能病床呼叫系統(tǒng)設計［J］．醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2008，29（7）：21－22．

［2］ 曾進輝．基于DTMF的醫(yī)院護理呼叫系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［D］．長沙：湖南大學，2007：7－10．

［3］ 劉俊．基于LabVIEW 結合 Multisim的仿真［J］．重慶工學學院報：自然科學版，2008（8）：31－33．

［4］ 唐艷云，林梅金．基于LabVIEW環(huán)境的電路實驗仿真研究［J］．裝備制造技術，2011（3）：50－52．

［5］ 王國罡．無線病房呼叫系統(tǒng)主控機與便攜式應答器的設計與研究［D］．昆明：昆明理工大學，2011：7－12．

［6］ 陳錫輝．LabVIEW 8．20從入門到精通［M］．北京：清華大學出版社，2007：221－226．