基于單片機的無線病房呼叫器設(shè)計

臨床求助呼叫是傳送臨床信息的重要手段，病房呼叫器是病人請求值班醫(yī)生或護士進行診斷或護理的緊急呼叫工具，可將病人的請求快速傳送給值班醫(yī)生或護士，并在值班室的監(jiān)控中心電腦上留下準確完整的記錄，是提高醫(yī)院和病室護理水平的必備設(shè)備之一。呼叫系統(tǒng)的優(yōu)劣直接關(guān)系到病員的安危，歷來受到各大醫(yī)院的普遍重視。

它要求及時、準確可靠、簡便可行、利于推廣。我國傳統(tǒng)的病房呼叫系統(tǒng)采用的多是有線傳輸，存在著安裝布線復(fù)雜，檢查維修困難，抗干擾能力差，病房擴建不易及費用高，不雅觀的缺陷。為克服以上的不足，本研究介紹一種無線的病房呼叫器，其使用專用的射頻模塊，并使用單片機控制。

這樣不但解決了復(fù)雜布線等問題，更能提高醫(yī)療服務(wù)水平，適應(yīng)現(xiàn)代社會需求。

1 硬件電路設(shè)計

本設(shè)計方案由呼叫器和主機構(gòu)成，使用射頻收發(fā)芯片，使系統(tǒng)工作在頻段433 MHz附近。系統(tǒng)使用單片機編碼/解碼，每個呼叫器有一個唯一的識別碼，并且識別碼可以隨時修改。當用戶按發(fā)射鍵后，識別碼被發(fā)射出去，等待接收器的響應(yīng)，主機接收到服務(wù)申請后，根據(jù)識別碼鑒別出是由哪一臺呼叫器發(fā)出的申請，并給出聲音提示和顯示呼叫器的識別號。如果有幾個呼叫器在短時間里同時呼叫，主機則按照先后順序存儲起來，再按順序輪換顯示。

呼叫分機和接收主機的連接組成框圖如圖1和圖2所示。分機由撥碼開關(guān)來控制地址位的設(shè)置，當掃描到呼叫按鈕按下時，其地址被讀入單片機，經(jīng)過處理后再送至發(fā)射芯片發(fā)射。分機用來進行呼叫，使用單片機完成編碼，分機的核心電路即是單片機與射頻芯片的連接電路。主機負責(zé)接收分機發(fā)來的信號，并進行解碼、顯示和報警。

主機上還設(shè)有鍵盤用于翻查、刪除記錄，所以主機上應(yīng)接有鍵盤、顯示和報警電路。

圖1 呼叫分機原理框圖

圖2 接收主機原理框圖

1.1 分機電路設(shè)計

分機是由一個8位的撥碼開關(guān)、單片機、無線收發(fā)芯片及相應(yīng)外圍電路構(gòu)成。分機使用便攜式設(shè)計，采用電池供電，在選用元件時除需要考慮到功耗和體積外，還需要考慮芯片工作的最低電壓的問題，所以單片機選用Arr89c2051,它在3V的電壓下就能穩(wěn)定工作，而且其具有AT89C51的內(nèi)核，指令系統(tǒng)也一樣，分機上所需要的I/O接口也很少，因此使用AT89C2051完全能滿足要求。

1.1.1 分機號碼設(shè)定電路的設(shè)計

分機采用8位撥碼開關(guān)手動定位來確定分機的地址，如圖3所示。

若需要將分機移至別的病床，則只需要改變撥盤開關(guān)的狀態(tài)，即可改變分機的號碼。

圖3 分機號碼設(shè)定電路

1.1.2 分機nRF401與AT89C2051主連接電路的設(shè)計

nRF401有休眠（Standby）、接收（RX）和發(fā)射（1x）3種工作狀態(tài)。由nRF401的引腳功能可知，這3種狀態(tài)問的切換由PWR-UP、TXEN的狀態(tài)可以確定。DIN、Dout是串行通信El,分別與單片機的串行通信口相連。CS腳則選擇工作頻率。nRF401與單片機的連接電路如圖4所示。在分機上有1個信息確認燈，在信息發(fā)送成功后確認燈閃亮1s,可以由單片機的I/O口直接點亮。限流電阻選用100Ω,工作電流即可以滿足要求。

圖4收發(fā)模塊與單片機連接電路

1.2 主機電路設(shè)計

從系統(tǒng)的原理框圖可知，主機硬件電路分為電源電路、顯示電路、報警電路、鍵盤電路等部分。

1.2.1 nRF401與AT89C2051連接電路的設(shè)計

主機工作時也要進行狀態(tài)切換、頻率選擇和串行通信，實現(xiàn)的方法與分機的一樣，所以連接電路和分機的也一樣，這里給出nRF401的連接圖，如圖5所示。

圖5 nRF401的連接

1.2.2 顯示電路的設(shè)計

P1.5,P1.6和P1.7端口分別控制數(shù)碼管的個位、十位和百位的供電，當相應(yīng)的端口變成低電平時，相應(yīng)的三極管會導(dǎo)通，+5V的電源通過驅(qū)動三極管給數(shù)碼管相應(yīng)的位供電，這時只要鎖存器口送出數(shù)字的顯示代碼，數(shù)碼管就能正常顯示數(shù)字。因為要顯示幾位不同的數(shù)字，所以必須用動態(tài)掃描的方法來實現(xiàn)。該系統(tǒng)的顯示部分采用LED共陽極接法，采用動態(tài)顯示。首先將顯示的個十百位分別存放，然后逐個取出進行顯示。為了防止閃爍，每位LED顯示160 us.為了防止重影，當一位顯示完畢后立刻將其關(guān)閉，然后進行下一位的顯示。LED顯示電路如圖6所示。

圖6 LED顯示電路

1.2.3 鍵盤電路設(shè)計

主機上的鍵盤總共需要2個，即翻查鍵和刪2軟件設(shè)計除鍵，連接圖見圖7。

圖7 主機鍵盤電路

1.2.4 報警電路的設(shè)計

主機在接受到呼叫信號后，首先進行報警告知值班人員。報警電路可以用單片機P2.0輸出1 kHz和500 Hz的音頻信號經(jīng)放大后驅(qū)動揚聲器，發(fā)出報警信號，報警發(fā)聲電路見圖8。

圖8 主機報警發(fā)聲電路

2 軟件設(shè)計

整個軟件的設(shè)計分為主程序和顯示、報警與鍵盤操作等子程序設(shè)計。主程序設(shè)計中包括通信協(xié)議和收發(fā)程序的設(shè)計。為獲得主機和呼叫器之間較大的通信速率，當單片機的系統(tǒng)時鐘頻率為12 MHz時，我們將串口的波特率選定在19.2 kb/s。

2.1 主機軟件流程

主機開機便進行初始化，然后進入數(shù)據(jù)接收狀態(tài)等待。當接收到呼叫信號后，便進行存儲，然后調(diào)用顯示子程序進行循環(huán)顯示，給呼叫器發(fā)送出回應(yīng)信號，發(fā)送完畢后，射頻芯片再次置于接受狀態(tài)等待信息，其總流程如圖9所示。

圖9 主機流程

2.2 分機軟件流程

分機在開機后首先初始化，然后就進入休眠狀態(tài)以節(jié)省電能。系統(tǒng)查詢掃描發(fā)射鍵，如果沒有按下則繼續(xù)等待。如果掃描到發(fā)射鍵被按下，系統(tǒng)便掃描撥碼開關(guān)的狀態(tài)以確定地址碼，然后將射頻芯片置于發(fā)射狀態(tài)，并且開始傳送地址碼。地址碼傳送完畢后再將射頻芯片回復(fù)到接收狀態(tài)等待確認信息，確認信息收到后點亮確認燈1 s,然后休眠狀態(tài)等待，如此循環(huán)工作，總流程如圖10所示。

圖10 分機流程

本文中僅附帶主機主程序，作為對主機軟件設(shè)計的參考。

主機主程序：

3 結(jié)束語

本呼叫器的硬件設(shè)計電路結(jié)構(gòu)十分簡潔，成本低廉，能實現(xiàn)醫(yī)院呼叫所需的一般功能，但不能完全排除遇到主機忙而導(dǎo)致呼叫失敗的情況。一但由于分機上有一個確認燈，遇到呼叫失敗的情況，呼叫后確認燈不會閃亮，則需要用戶再次呼叫一次。該硬件和軟件設(shè)計方案已通過實驗檢驗，各項參數(shù)穩(wěn)定，功耗低，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，通信誤碼率低，具有很好的開發(fā)應(yīng)用前景。