基于語音和紅外遙控的無線病床呼叫控制系統(tǒng)*

“基于語音和紅外遙控的無線病床呼叫控制系統(tǒng)”是一種適合醫(yī)院病房、養(yǎng)老院等場景的產(chǎn)品，用于醫(yī)護人員與病人溝通的專用呼叫設備，是提高醫(yī)院護理水平的必備設備。當多個病人呼叫醫(yī)護人員時，不需要無線路由器、交換機設備，也不需要實際布線。

作者簡介：林偉杰（1999—），廣東臺山，工業(yè)機器人專業(yè)，主要研究：機器人技術、自動控制技術，郵箱：1070205064@qq.com。

1   系統(tǒng)硬件電路的設計

圖1 是基于STC89C52RC 單片機的無線病床呼叫控制系統(tǒng)框圖。以STC89C52RC 單片機為核心，通過語音信息和紅外信息發(fā)射與接收模塊傳送信號，經(jīng)過單片機的控制程序處理，當病人用語音信息或紅外信息呼叫醫(yī)護人員時，醫(yī)護值班室內顯示病人的1 個或多個床位號，醫(yī)護人員看到呼叫信息后，可以按下遙控信息響應鍵，取消呼叫，實現(xiàn)病人和醫(yī)護人員的無線遠距離溝通。

1.1 STC89C52RC單片機主從控制

“基于語音和紅外遙控的無線病床呼叫控制系統(tǒng)”采用STC89C52RC 單片機( 工業(yè)級芯片，工作環(huán)境溫度-55~125 ℃ )，其內置晶振及復位電路，使CPU 具有極強的抗干擾能力，對環(huán)境適應能力極強[1]。整個控制系統(tǒng)分成兩部分：一部分置于病房內，獲取病人的就診信息，為從機控制；另一部分置于醫(yī)護人員工作室，病人將病情通過紅外遙控信息或語音信息提供給醫(yī)護人員，為主機控制，兩者之間進行主從通信。

STC89C52RC 單片機串行口的數(shù)據(jù)傳送為全雙工傳送方式，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收可同時進行，接收、發(fā)送數(shù)據(jù)均可以查詢或中斷方式工作，方便實現(xiàn)雙機和多機通信^[2]。

單片機內部的串行接口有1 個發(fā)送緩沖器和1 個接收緩沖器，它們在物理上是獨立的。圖2 為“基于語音和紅外遙控控制控制系統(tǒng)”的STC89C52RC 單片機控制主從機電路。

1.2 紅外遙控電路

紅外遙控系統(tǒng)分發(fā)射與接收兩部分，用編/ 解碼專用集成電路芯片控制操作，發(fā)射部分包括按鍵鍵盤矩陣、編碼調制、LED 紅外發(fā)送器。發(fā)射電路由編碼器輸出指令碼信號，經(jīng)調制器調制為載波信號，形成包含功能信息的高頻脈沖串，經(jīng)過放大推動紅外線發(fā)光二極管D發(fā)射出脈沖為38 kHz 的載波頻率^[3]。

接收部分包括光、電轉換放大器、解調、解碼電路，將接收到的紅外遙控信號經(jīng)放大、調制和整形后輸出功能指令信號，送到STC89C52RC單片機進行識別與處理，即送入STC89C52RC 單片機的P3.2 腳進行處理，如圖3 所示。

1.3 語音控制電路

采用WTK6900B02 V2.03-P2 語音識別模塊， 芯片為20 引腳DIP 雙列直插。功能包括：語音識別、播報、RX/TX 標準串口通信、9 600 bit/s 波特率、PWMP/PWMN 輸出，可直接驅動0.5 W/8 Ω 或1 W/8 Ω 揚聲器^[5]。該芯片能夠將語音信息采集并進行處理，將結果返回至STC89C52RC 單片機，通過外部存儲器完成語音信息的輸出。該芯片集處理器數(shù)模轉換器、語音輸入/輸出接口于一體，無需進行語音訓練就可實現(xiàn)關鍵詞識別并以字符串的形式進行傳遞，語音數(shù)據(jù)識別準確率高，0.5 m 內識別率90% 以上，可用語音指令控制輸出，再通過單片機串口控制播放指定音量，單片機串口接入喇叭作為輸出端。圖3 是語音識別模塊與STC89C52RC 單片機連接電路。輸入接入麥克風MIC_IN，聲音輸出部分有功率放大環(huán)節(jié)，為患者使用語音呼叫提供極大的方便，語音提示器音質好，功能強，使用起來很簡單。

2   系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)

2.1 STC89C52RC單片機主從程序設計

STC89C52RC 單片機工作在串行方式3時， 實現(xiàn)多機通信功能，即1 臺主機與多臺從機信息交流。通信只在主從機之間進行，從機與從機之間不能直接通信。主從兩機的時鐘頻率為11.059 2 MHz，波特率設定為9 600 bit/s，采用奇偶校驗檢驗差錯。

1）主機：將片外RAM50H~70H 內容逐一向從機發(fā)送，發(fā)送前奇偶效驗位放在TB8 中。一幀發(fā)送完畢后，如收到從機回送“數(shù)據(jù)發(fā)送正確（00H）”的應答信號，則可以發(fā)送下一個數(shù)據(jù)；若是“數(shù)據(jù)不準確（FFH）”的應答信號，則重新發(fā)送原來的數(shù)據(jù)，直至發(fā)送正確為止。

2）從機：接收主機發(fā)送的數(shù)據(jù)并逐一寫入片內RAM50H~70H。每接收1 幀信息后進行奇偶效驗，并與接收到的第九位數(shù)據(jù)RB8 對比；對比正確則向主機回復“數(shù)據(jù)正確（00H）”的應答信號，否則回復“數(shù)據(jù)不準確（FFH）”的應答信號，直至接收完所有數(shù)據(jù)。

圖4 是主機、從機通信程序流程框圖。

2.2 語音控制程序設計

語音控制采用WTK6900B02 V2.03-P2 語音識別模塊，上電后，客戶通過串口給WTK6900B02 語音識別模塊發(fā)送指令^[4]，播放SPI Flash 中的音頻，如果成功播放，WTK6900B02語音識別模塊會通過串口輸出“01”，如果因為輸入指令有誤，無法播放則輸出“02”，并且在播放的時候將BUSY 腳的電平拉高，播放完畢或無法播放時將BUSY 腳的電平拉低，圖5 是語音識別與紅外遙控程序流程框圖。

2.3 紅外遙控程序設計

紅外發(fā)射是通過單片機的P3.2 口來控制555 輸出端調制后的38 kHz 信號的輸出與否，形成載波以控制紅外發(fā)射頭的發(fā)射。接收程序采用外部中斷0 和下降沿觸發(fā)方式，定時器T0 采用工作模式1，為16 位計數(shù)。如圖5 所示，首先初始化紅外接收端口，然后檢測是否收到紅外信息，如果接收到紅外信號即調用接收子程序，然后通過LED 數(shù)碼顯示當前病人呼叫號。

對醫(yī)院單位而言，“基于語音和紅外遙控的無線病床呼叫控制系統(tǒng)”提供快而準的呼叫服務，極大地提高了醫(yī)護人員的辦事效率，便捷的呼叫控制系統(tǒng)節(jié)約了大量人力、財力。對醫(yī)務人員而言，免去了無數(shù)次的來回奔波，維護了醫(yī)院的安靜環(huán)境，及時而準確地為病人提供服務。對病人及其家屬而言，也不用親自走到醫(yī)護站告知護士，更不用在各個病房到處尋找護士。即使是在沒有家屬陪伴的情況下，病人也能及時呼叫得到護理。只需輕輕一按遙控器或語言呼叫，無論是在床上還是走廊，都能傳達呼叫的信號。醫(yī)護人員只要在LED 數(shù)碼顯示屏上觀察就能看到病人呼叫，便能立刻派醫(yī)護人員去查看和護理。

參考文獻：

[1] 彭偉.單片機C語音程序設計實訓100例——基于8051+Proteus仿真[M].北京:電子工業(yè)出版社，2012.

[2] 祝常紅,彭堅.數(shù)據(jù)采集與處理技術[M].北京:工業(yè)電子出版社,2008.

[3] 劉承磊.基于超聲波與紅外感應的智能跟隨旅行箱[J].電子世界,2018(9):170+172.

[4] 蘇珍.基于SMT32系統(tǒng)的智能語音控制的垃圾桶設計[J].機電信息,2019(18):142-143.

[5] 杜丹陽.智慧養(yǎng)老系統(tǒng)語音控制終端設計[J].工業(yè)控制計算機,2018(31):142-143.

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年5月期）