現場總線作為近些年來首先在工控領域發展起來的一種新型技術，目前尚未被廣泛應用于醫院病房監護領域。CAN（Controller Area Network）總線是被公認為最有前途的現場總線之一，其在病房監護全開放分布式系統中的應用，將具有很重要的現實革新意義。該文主要通過CAN總線實現中央監護站對病床現場監控器之間點對點的通信，從硬件的設計、軟件的實現來完成系統功能。該系統通信設計簡單易行，易于在醫院內進行廣泛的推廣。

數字化醫院是我國現代醫療發展的新趨勢，數字化醫院系統是醫院業務軟件、數字化醫療設備、網絡平臺所組成的三位一體的綜合信息系統，數字化醫院工程有助于醫院實現資源整合、流程優化，降低運行成本，提高服務質量、工作效率和管理水平。根據醫院的要求，本著高水準、高質量，提高產品的性能價格比，在設計上充分體現建設者的意圖，同時考慮到今后使用者的使用、維護、保養的方便性，設計了該系統的總體方案。本方案分為兩部分：病房呼叫系統和病房監護系統。醫院監護系統便是住院管理系統中的一個底層分布式監控局域網。這些所謂的總線式監護系統，由于采用的都是傳統串行通信協議，只能實現點對點之間的通信，構成系統的節點受主設備負荷限制，擴展性很差，而現場總線作為近些年來首先在工控領域發展起來的一種新型技術。

1.醫院病房分布式監護系統的發展及其現狀

各種微計算機的監護儀及監護系統，起初的這種監護系統一般采用專用器件，形成一個獨立系統，不提供與外部系統的接口，不能進行遠程監護。隨著數字通信技術的迅速發展和應用，適應遠程信息傳輸的串行通信技術逐漸成熟并得到廣泛應用，醫院病房監護系統開始引入了串行通信技術，利用分布在各個病房的現場監護儀器設備實現對病人生理參數作實時數據采集，通過串行通信接口進行對數據信息的遠距離傳輸，借助遠程計算機經醫務人員對數據參數進行分析處理形成病人醫囑信息，傳輸給護士值班員對病人執行臨床監護，同時護士值班員也可以在值班室得到病人實時監護請求信息以及簡單的監護反饋信息。

最先采用的串行通信協議是RS-232接口標準，系統結構如圖1所示，該系統采用一般的雙絞線做傳輸介質，實現中心監護站對病人床邊監護儀之間點對點的通信，但整個系統隨著監護病人數量增多，聯網線路太多，而且由于RS-232接口標準出現較早，通信上存在一些不足之處，主要有以下四點：

（1）接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與TTL電平不兼容故需使用電平轉換電路方能與TTL電路連接。

（2）傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率為20Kbps.

（3）接口使用一根信號線和一根信號返回線而構成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。

（4）傳輸距離有限，最大傳輸距離標準值為50英尺，實際上也只能用在50米左右。

針對RS-232的不足，于是就不斷出現了一些新的接口標準，RS-485就是其中之一，并且在病房監護領域很快得到應用，系統結構如圖所示。

智能儀表是隨著80年代初單片機技術的成熟而發展起來的，現在世界儀表市場基本被智能儀表所壟斷。究其原因就是企業信息化的需要，企業在儀表選型時其中的一個必要條件就是要具有聯網通信接口。最初是數據模擬信號輸出簡單過程量，后來儀表接口是RS232接口，這種接口可以實現點對點的通信方式，但這種方式不能實現聯網功能。隨后出現的RS485解決了這個問題。它具有如下優點：

（1）RS-485接口信號電平比RS-232降低了，不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。

（2）RS-485的數據最高傳輸速率為10Mbps.

（3）RS-485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強，即抗噪聲干擾性好。

（4）RS-485接口的最大傳輸距離標準值為4000英尺，實際上可達3000米，另外RS-232接口在總線上只允許連接1個收發器，即單站能力。而RS-485接口在總線上是允許連接多達32個收發器。即具有多站能力，這樣用戶可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設備網絡。

雖然優點很多，但是和現場總線構成的全開放分布式系統相比較，本身仍然存在一些無法克服的缺陷：

（1）硬件上檢錯、糾錯、和錯誤定位能力較弱，系統自身的監控和維護功能差；

（2）無總線脫離功能，一旦某個節點上的RS-485收發器短路或發生嚴重錯誤，整個總線將不能正常工作；

（3）硬件上沒有緩存功能；

（4）數據通信方式為命令響應式，致使系統靈活性差；

（5）RS-485總線在空閑時需要在總線上維持一個固定的電流，這對器件的壽命和功耗都產生影響

（6）RS-485總線網的設備間要想互通信息只有通過“主（Master）”設備中轉才能實現，而這種總線網絡中只允許存在一個主設備，其余全部是從（Slave）設備，因此各個節點之間不具有互可操作性，并且無法構成多主冗余系統，系統可靠性差；

（7）RS-485總線不具有開放式互聯網的特點，還不能構成全開放分布式的互聯通信網絡系統。

2.現場總線技術特點以及運用在醫院病房全開放分布式監護系統中的優點

由于傳統總線系統存在的不足，我們分析了自控領域內多年來發展并應用成熟的現場總線技術的特點，將其引入醫院病房監護，構成醫院病房全開放分布式監護系統能夠很好的克服傳統總線系統的不足。

現場總線是指以工廠內的測量和控制機器間的數字通訊為主的網絡，也稱現場網絡。也就是將傳感器、各種操作終端和控制器間的通訊及控制器之間的通訊進行特化的網絡。原來這些機器間的主體配線是ON/OFF、接點信號和模擬信號，通過通訊的數字化，使時間分割、多重化、多點化成為可能，從而實現高性能化、高可靠化、保養簡便化、節省配線（配線的共享）?，F場總線系統在技術上具有以下特點：

（1）系統的開放性開放系統是指通信協議公開，各不同廠家設備之間可進行互連并實現信息交換。現場總線開發者就是要致力于建立統一的工廠底層網絡的開放系統。這里的開放是指對相關標準的一致性、公開性，強調對標準的共識與遵從。一個開放系統，它可以與任何遵守相同標準的其它設備或系統相連。一個具有總線功能的現場總線網絡，系統必須是開放的；開放系統把系統集成的權利交給了用戶。

（2）互可操作性與互用性這里的互可操作性，是指實現互連設備間、系統間的信息傳送與溝通，可實行點對點，一點對多點的數字通信。

（3）現場設備的智能化與功能自治性它將傳感測量、補償計算、工程量處理與控制等功能分散到現場設備中完成，僅靠現場設備即可完成自動控制的基本功能，并可隨時診斷設備的運行狀態。

（4）系統結構的高度分散性由于現場設備本身可完成自動控制的基本功能，導致現場總線已構成一種新的全分布式控制系統的體系結構。

（5）對現場環境的適應性工作在現場設備前端，作為工廠網絡底層的現場總線，是專為現場環境工作而設計的，它可支持雙絞線、同軸電纜、光纜、射頻、紅外線、電力線等，具有較強的抗干擾能力，能采用兩線制實現送電與通信，并可滿足本質安全防爆要求等。

一個完整高效的醫院經營管理信息網絡系統，對于醫院經營管理現代化信息化智能化，提高醫院的就疹監護管理效率，都起著十分重要的作用。醫院病房的監護系統屬于醫院管理信息網絡一個子系統，因此，醫院對各個病房的監控護理最適合于利用現場總線構成底層局域網，并且還可以利用病房現場醫療、診斷、監控等設備的智能化對病員的護理監測實現自動化。而且由于現場總線的以上特點，特別是現場總線系統結構的簡化，使其在醫院病房監護系統的設計、安裝、正常運行及其維護，都體現出優越性。

（1）節省硬件數量與投資；

（2）節省安裝費用；

（3）節省維護開銷；

（4）用戶具有高度的系統集成主動權；

（5）提高了系統的準確性與可靠性；

（6）設計簡單，易于重構；

3.基于CAN總線的醫院病房全開放分布式監護系統模型及其軟硬件組成

CAN是控制器局域網絡（Controller Area Network， CAN）的簡稱，是由研發和生產汽車電子產品著稱的德國BOSCH公司開發了的，并最終成為國際標準（ISO118？8）。是國際上應用最廣泛的現場總線之一。在北美和西歐，CAN總線協議已經成為汽車計算機控制系統和嵌入式工業控制局域網的標準總線，并且擁有以CAN為底層協議專為大型貨車和重工機械車輛設計的J1939協議。近年來，其所具有的高可靠性和良好的錯誤檢測能力受到重視，被廣泛應用于汽車計算機控制系統和環境溫度惡劣、電磁輻射強和振動大的工業環境它有如下基本特點：

（1）CAN協議遵循ISO/OSI模型采用了其中的物理層、數據鏈路層和應用層的三層結構。

（2）CAN的通信速率為：5Kbps/10km，1Mbps/40m，節點數可達110個，傳輸介質可以是雙絞線，光纖等。

（3）CAN的信號傳輸采用短幀結構，每一幀有效字節數為8個，這樣傳輸時間短，受干擾的概率低。并且，當CAN節點發生嚴重錯誤時，CAN具有自動關閉節點的功能，自動切斷與總線的聯系，使總線上的其它節點及其通信不受影響。所以，具有較強的抗干擾能力。

（4）CAN節點采用點對點，一點對多點以及廣播幾種發送和接受數據，可實現全分布式多機系統，并且無主從之分。

（5）CAN采用非破壞的總線仲裁技術。

（6）CAN能支持防爆區。