基于现场总线的医院病房全开放分布式监护系统

2. 现场总线技术特点以及运用在医院病房全开放分布式监护系统中的优点

由于传统总线系统存在的不足，我们分析了自控领域内多年来发展并应用成熟的现场总线技术的特点，将其引入医院病房监护，构成医院病房全开放分布式监护系统能够很好的克服传

统总线系统的不足。

现场总线（Fieldbus）是80年代末、90年代初国际上发展形成的，按照ISO/OSI国际标准组织的开放系统互连模型提供网络服务，用于现场仪表与控制系统和控制室之间的一种全分散、全数字化、智能、双向、多变量、多点、多站的通信系统。现场总线系统在技术上具有以下特点：

（1）系统的开放性　开放系统是指通信协议公开,各不同厂家设备之间可进行互连并实现信息交换。现场总线开发者就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。这里的开放是指对相关标准的一致性、公开性,强调对标准的共识与遵从。一个开放系统,它可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。一个具有总线功能的现场总线网络，系统必须是开放的；开放系统把系统集成的权利交给了用户。用户可按自己的需要和考虑，把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。

（2）互可操作性与互用性　这里的互可操作性，是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，可实行点对点，一点对多点的数字通信。而互用性则意味着对不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。

（3）现场设备的智能化与功能自治性　它将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。

（4）系统结构的高度分散性　由于现场设备本身可完成自动控制的基本功能，导致现场总线已构成一种新的全分布式控制系统的体系结构。从根本上改变了现有DCS集中与分散相结合的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了可靠性。

（5）对现场环境的适应性　工作在现场设备前端，作为工厂网络底层的现场总线，是专为现场环境工作而设计的，它可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现送电与通信，并可满足本质安全防爆要求等。

在现代化的大中型医院经营管理过程中，网络将成为连接医院内部各个部门，并与外部交流信息的重要基础设施。一个完整高效的医院经营管理信息网络系统，对于医院经营管理现代化信息化智能化，提高医院的就疹监护管理效率，都起着十分重要的作用。医院病房的监护系统属于医院管理信息网络一个子系统，因此，医院对各个病房的监控护理最适合于利用现场总线构成底层局域网，实现医生、护士与病员之间实时可靠的通信，并且还可以利用病房现场医疗、诊断、监控等设备的智能化对病员的护理监测实现自动化。而且由于现场总线的以上特点，特别是现场总线系统结构的简化，使其在医院病房监护系统的设计、安装、正常运行及其维护，都体现出优越性。

(1) 节省硬件数量与投资；

(2) 节省安装费用；

(3) 节省维护开销；

(4) 用户具有高度的系统集成主动权；

(5) 提高了系统的准确性与可靠性；

(6) 设计简单，易于重构；

3. 基于CAN总线的医院病房全开放分布式监护系统模型及其软硬件组成

CAN是目前唯一被批准为国际标准的现场总线，它有如下基本特点：

（1）CAN协议遵循ISO/OSI模型采用了其中的物理层、数据链路层和应用层的三层结构。

（2）CAN的通信速率为：5Kbps/10km，1Mbps/40m，节点数可达110个，传输介质可以是双绞线，光纤等。

（3）CAN的信号传输采用短帧结构，每一帧有效字节数为8个，这样传输时间短，受干扰的概率低。并且，当CAN节点发生严重错误时，CAN具有自动关闭节点的功能，自动切断与总线的联系，使总线上的其它节点及其通信不受影响。所以，具有较强的抗干扰能力

（4）CAN节点采用点对点，一点对多点以及广播几种发送和接受数据，可实现全分布式多机系统，并且无主从之分

（5）CAN采用非破坏的总线仲裁技术

（6）CAN能支持防爆区

因此，CAN（ControllerAreaNetwork）总线是被公认为最有前途的现场总线之一。通常基于CAN总线的智能测控系统如图3所示：



根据病房监护特点：一般需要至少一个中央监控站由监护主管医生负责全局性的监控、其次每道楼层设置护士值班室对所负责的床位作实时监控和护理以及各个病房病号病床现场在线监测等构成，因此，可以将整个监护系统分成为：管理级——监护级——现场级等三个层次。基于CAN总线的系统结构如图4所示：

它由上位监控PC机作为管理级（主管医生办公室内）、护士智能监护节点作为监护级（各个楼道护士值班室内，假设m层楼道）以及病床现场测控节点作为现场级（病房病床，假设n个病床）。

下面就系统构成硬件及其软件组成分别做一简单介绍：