一種無源呼叫應答系統及方法與流程
2023-05-29 16:03:41 1
本發明涉及通信領域，特別涉及呼叫應答的應用領域。
背景技術：
在醫院管理中，病人需要呼叫醫務人員為其查看狀況。在最開始的醫院管理中使用的人工照看的方式，但隨著醫院管理的不斷優化出現了醫用病房呼叫管理系統，該系統的出現大大提高了醫護人員的工作效率，在相同病房規模的情況下，只需要少數醫護人員就能完成所有的工作。
傳統的醫用病房呼叫系統是通過有線的方式，將各個病床的呼叫終端連接到醫護人員駐守處，即護士站，當病人按下呼叫終端時，在護士站中的醫護人員就能夠看到呼叫信息，就能夠及時的去查看病人的情況。雖然傳統的病房呼叫系統極大的優化了醫院對病人的管理、能夠滿足可靠、及時的要求，但是其仍存在布線複雜、費用高昂、易出故障、難維護的問題。
隨著技術的發展，近幾年出現了使用無線技術的呼叫系統。這些無線呼叫系統絕大部分都使用的zigbee無線傳輸網絡，將其作為本身系統的數據傳輸方式。當然也有部分解決方案選擇使用的是2.4g等無線傳輸技術。然而在現有的所有種類的無線呼叫系統中，呼叫終端要麼需要電源供電，要麼需要電池供電的方式。使用電源供電的意味著呼叫終端的布置必須要在擁有電源的地方，極大的限制了呼叫終端的布置，尤其是對於臨時需要設置呼叫終端的地方；而使用電池供電的呼叫終端，雖然終端布置限制上有了很大的改善，但是使用電池供電有個通病：需要更換電池。每年需要投入相當多的資金用在呼叫系統更換電池方面，增加了使用成本，並且在系統維護上也增加了一定的難度，因為維護人員在維修呼叫終端時需要去查找具體的需要維護的呼叫終端。
因此，為了解決有線呼叫系統的布線複雜、費用高昂以及無線呼叫系統中因為電源而引起的一系列問題，本發明提出了一種基於無線技術和微能技術的新型醫用無源呼叫應答系統及其使用方法。
技術實現要素：
本發明的目的旨在至少解決上述缺陷，提供了一種無源呼叫應答系統和方法。所述無源呼叫應答系統包括：
數據管理區和無線傳感覆蓋網絡區；
所述數據管理區進一步包括：計算平臺和網關，所述網關用於連接數據管理區和無線傳感覆蓋網絡區；
所述無線傳感覆蓋網絡區進一步包括：匯聚節點和呼叫終端；所述匯聚節點和呼叫終端通過第一無線網絡進行通信；所述匯聚節點通過第二無線網絡與數據管理區的網關進行通信；
當所述呼叫終端發出呼叫信息時，所述匯聚節點通過第一無線網絡接收所述呼叫信息，將所述呼叫信息通過第二無線網絡發送給所述數據管理區中的網關，所述網關接收到所述呼叫信息後，通過通信網絡發送給所述計算平臺，所述計算平臺接收所述呼叫信息後，通過人機界面將所述呼叫信息進行展示。
根據本發明的一實施例，所述呼叫終端包括微控制單元模塊，無線通信傳輸模塊，微能收集模塊和外部電源接口。
根據本發明的一實施例，所述呼叫終端在工作時，由微能收集模塊利用機械能產生的電力為微控制單元模塊和無線傳輸模塊進行供電。
根據本發明的一實施例，當對呼叫終端進行初始化時，通過外部電源連接呼叫終端上的外部電源接口為為微控制單元模塊和無線傳輸模塊進行供電。
根據本發明的一實施例，所述匯聚節點和呼叫終端進行通信的無線網絡為2.4g無線網絡，所述匯聚節點與數據管理區的網關進行通信的無線網絡為433m無線網絡。
根據本發明的一實施例，所述微能收集模塊進一步包括：機械開關裝置、永磁體、線圈和電源處理電路。
根據本發明的一實施例，提供了當對呼叫終端進行按壓時，所述微能收集模塊的機械開關裝置帶動綁定的永磁體，永磁體的磁通量發生變化，從而讓纏繞在永磁體上的線圈產生瞬時電流，所述產生的電流經過電源處理電路的處理後為呼叫終端進行供電。
根據本發明的一實施例，所述匯聚節點進一步包括：電源、第一無線傳輸模塊、微控制單元模塊、第二無線傳輸模塊和顯示模塊。
本發明還提供了一種無源呼叫應答方法，所述無源呼叫應答方法包括：初始化流程和正常工作流程；
所述初始化流程進一步包括：
當呼叫終端需要進行終端初始化工作時，呼叫終端由外部供電模塊供電，其中所述供電時間大於閾值t；
當呼叫終端上電後加載晶片flash中保存的通道號和延時變量t，通過所述通道號指示的通道發送呼叫信息key，並與延時變量t自加，當延時變量t>t閾值，則進入終端初始化過程；
通過led燈提示進入到呼叫終端初始化流程，終端發送通道匹配信息，發送後等待匯聚節點回復ack數據；
判斷接收的ack數據長度len是否大於0，如果大於零，則表示接收到匯聚ack數據，否則切換通道再次發送通道匹配信息，一直保持輪詢通道發送匹配信息，直到接收到滿足條件的ack數據；
所述正常工作流程進一步包括：
當呼叫終端正常工作時，呼叫終端通過微能模塊為終端其它部件供電，終端在上電後對延時變量t賦值，加載晶片flash中保存的通道號，進行延時變量t自加，並發送呼叫信息key；
完成信息key發送完後，計算延時變量t是否大於閾值t，當t小於t閾值則重複t自加和發送呼叫信息key的步驟，其中閾值t為大於微能模塊能夠供電的時間值。
根據本發明的一實施例，切換通道的判斷條件進一步包括，判斷組網回執命令ack_ch_on和信號強度，當未接收到組網回執命令ack_ch_on，或者信號強度小於閾值強度時則切換通道，再次發送通道匹配信息；
當接收的數據長度len大於0、接收到組網回執命令ack_ch_on以及信號強度大於閾值強度時，則將當前通道號保存到晶片flash作為數據通信通道號，終端初始化過程結束，通過led燈提示終端初始化過程結束，呼叫終端進入到正常工作流程。
本發明的無源呼叫應答系統，具有如下效果，1、因為不需要電源，因此使用壽命延長，同時降低了使用成本，2、本發明的無源呼叫應答系統的呼叫終端能自動初始化進行了簡化，初始化效率提高，3、本發明的無源呼叫應答系統使用數據無線傳輸，無需布線，擴展了無源呼叫應答系統的應用場景，4、豐富的組網方式，可以根據實際情況選擇可靠性高的組網方式，也可以選擇成本低的組網方式，同時實現雙向通信。
附圖說明
此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，並不構成對本發明的限定。在附圖中：
圖1是本發明的無源呼叫應答系統的示意圖；
圖2是本發明的呼叫終端示意圖；
圖3是本發明的微能收集模塊結構圖；
圖4是本發明的匯聚節點示意圖；
圖5是本發明的無源呼叫應答方法工作流程圖；
圖6是本發明的匯聚節點工作流程圖。
具體實施方式
本發明的無源呼叫應答系統，主要包括如下部件：
a)微能供電：呼叫終端通過其自身的微能收集模塊，將使用者按壓呼叫終端時的動能轉換成電能，從而實現替代電源為控制、通信模塊等供電的，解決了因電源或是電池供電引起的一系列問題；
b)無線傳感網通道匹配：當需要對呼叫終端進行通道初始化時，通過為呼叫終端進行外部供電，在供電一段時間後呼叫終端自動進入到無線傳感網通道匹配流程，一段時間後完成通道自動匹配，在以後的數據傳輸中呼叫終端將通過匹配後的通道發送呼叫信息；
c)通道自動選擇：在呼叫終端進行通道初始化時，呼叫終端會輪詢所有的通道，當接收到匯聚節點返回的消息時，通過判斷返回信息是不是匯聚節點的通道匹配信息、是不是反饋給自己的信息、反饋信息的信號強度是否大於閾值，若這三種情況都滿足，則將當前匹配通信通道保存到晶片flash中作為以後數據通信通道；
d)低功耗處理：整個呼叫終端都採用的低功耗晶片，使得微能收集模塊產生的能量能夠滿足多次呼叫信息的發送，進而保證了呼叫信息能夠完整的發送到匯聚節點，增加了數據傳輸的可靠性；
e)匯聚節點數據展示：當匯聚節點接收到呼叫終端信息時，不管是通道匹配請求還是呼叫信息都將在匯聚節點上的led屏上顯示；
f)配套軟體管理：針對該新型醫用無源呼叫應答系統，配套使用一個軟體進行床位、呼叫、監護為一體的管理軟體，通過此軟體可在任何地點進行呼叫信息的監控，提高系統擴展性和可移動性。
圖1是本發明無源呼叫應答系統的示意圖。本發明的無源呼叫應答系統可以應用於多個場景，而並不僅限於醫用場景。但為了更好的描述本系統，本實施例將結合醫用環境進行說明。
如圖1所示，本發明的無源呼叫應答系統由數據管理區和無線傳感網絡覆蓋區組成。兩者通過在數據管理區中的網關機有機的組成一個整體。在數據管理區中由安放在護士站的計算機和網關機兩個組成，兩者通過internet網絡連接起來。在無線傳感網絡區中主要由安裝在病房門口與走廊之間的匯聚節點和安裝在病房中每個病床旁的呼叫終端組成，兩者通過無線網形成一個有機的整體，所述無線組網方式可以是現有的任一無線組合方式，本發明選用2.4g和433m無線網進行說明。每個匯聚都通過433m無線網絡與數據管理區的網關進行連接。最終呼叫終端、匯聚節點、網關三者組成了一個樹狀結構的無線傳感網絡。
在整個系統工作時，當用戶按下呼叫終端開關，按壓開關的動能轉換成電能驅動開關中的其他模塊工作，從而發出呼叫信息；呼叫信息通過2.4g匯聚到匯聚節點，匯聚節點將收集到的信息進行處理將其轉換成433m通信數據，然後數據通過433m上傳到網關；網關將無線傳感網絡區域上傳的信息轉換成能夠在internet網中傳輸的數據，最終數據通過internet網絡傳輸到與網關相連的計算機中，計算機收到呼叫信息後，最終通過彈窗、語音播報等多種人機互動形式通知計算機旁的醫護人員。
圖2所示為本發明的醫用無源呼叫應答系統中的呼叫終端示意圖。如圖2所示，在呼叫終端中有mcu模塊、2.4g無線通信傳輸模塊、微能收集模塊、led燈以及外部電源接口組成。整個系統在正常工作時由微能收集模塊利用機械能產生的電力為mcu模塊、2.4g無線傳輸模塊供電。當需要對呼叫終端進行初始化時，則通過外部電源連接呼叫終端上的外部電源接口為mcu模塊和2.4g無線傳輸模塊供電。在整個呼叫終端中，mcu模塊除了對數據進行適當的處理外，還作為中控晶片控制2.4g無線傳輸模塊的數據發送與接收，以及控制led燈在不同狀態下進行不同的燈狀態的展示。
圖3是本發明的微能收集模塊結構圖。如圖3所示，整個微能收集模塊由機械開關裝置、永磁體、線圈和電源處理電路組成。發電的原理是基於電磁感應即因磁通量變化產生感應電動勢的現象。當用戶需要呼叫時按壓開關，機械開關裝置帶動與之綁定的部分永磁體一起發生運動，使得永磁體中磁通量發生變化，從而讓纏繞在永磁體上的線圈產生瞬時電流，產生的電流經過電源處理電路的處理最終成為能夠被呼叫終端其他模塊利用的電能。
圖4是本發明的匯聚節點示意圖。如圖4所示，匯聚節點包括電源、2.4g無線傳輸模塊、mcu模塊、433m無線傳輸模塊和led顯示模塊。其中電源為其他所有的模塊供電。mcu模塊控制2.4g無線傳輸模塊和433m無線傳輸模塊實現數據在不同傳輸協議間的傳輸。此外mcu模塊還控制led顯示模塊顯示傳輸的具體信息。
圖5是本發明的無源呼叫應答方法工作流程圖。在圖5中包含了呼叫終端的兩種工作方式的流程：正常工作流程和終端初始化流程。
在呼叫終端正常工作時，呼叫終端通過微能模塊為終端其他部分供電。終端在上電後則對延時變量t賦值，加載晶片flash中保存的通道號，隨後進行延時變量t自加操作和發送呼叫信息key。在完成信息key發送完後，盤點t是否大於t閾值，其中延時t閾值為絕對大於微能模塊能夠供電的時間值。當t小於t閾值則重複t自加操作和發送呼叫信息key的過程。
當呼叫終端需要進行終端初始化工作時，呼叫終端由外部供電模塊供電。此時呼叫終端能夠獲得相對於微能供電更長的供電時間，時間長度遠遠大於t閾值。當呼叫終端上電後則開始加載晶片flash中保存的通道號和對延時變量t賦值，隨後通過該通道號發送呼叫信息key和延時變量t自加。在運行一段時間後延時變量t>t閾值，此時進入到終端初始化過程。通過led燈長閃爍的方式提示進入到呼叫終端初始化流程。此時終端發送通道匹配信息，發送後等待一段時間用來等待接收匯聚節點回復的ack數據，且等待時長大於能夠正常接收數據的時間長度。等待一段時間後,判斷接收ack數據的數據長度變量len是否大於0，小於等於0則表示沒有收到ack數據，切換通道再次發送通道匹配信息，一直輪詢通道發送匹配信息，直到接收到匯聚ack數據。當接收ack數據的數據長度變量len大於0時則解析數據，查看ack是否為傳輸給自己的、是否是組網回執命令ack_ch_on、信號強度是否大於閾值。當三個條件有一個或多個不滿足時則切換通道，再次發送通道匹配信息，而當三個條件都滿足時則將當前通道號保存到晶片flash作為之後的數據通信通道號，此時終端初始化就完成了，通過led燈長閃爍提示終端初始化過程結束，隨後呼叫終端進入到正常工作流程。
圖6是本發明匯聚節點工作流程圖。如圖6所示，匯聚節點在正常工作後就進入一直等待數據接收的流程。當2.4g模塊接收到數據後，mcu解析接收到的數據，當數據中的控制命令是key時，則表示該數據為呼叫信息，mcu將數據轉換後通過433m模塊發送到網關機；當控制命令為ack_ch則表示該數據為呼叫終端的通道匹配信息，此時匯聚節點的mcu則通過2.4g模塊發送包含ack_ch_on和id的回覆ack數據。在以上兩種情況進行之後，匯聚節點都會通過mcu控制led屏顯示出具體的信息，然後回到等待數據接收的狀態。而當解析的控制命令不是上述兩種情況時，則不做任何處理直接回到等待數據接收的狀態。
對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
應該注意到並理解，在不脫離前述權利要求所要求的本發明的精神和範圍的情況下，能夠對上述詳細描述的本發明做出各種修改和改進。因此，要求保護的技術方案的範圍不受所給出的任何特定示範教導的限制。