基于ZigBee的無(wú)線(xiàn)病房呼叫系統便攜端設計

圖4-1 給出了CC2420 外圍電路圖。芯片本振信號既可由外部有源晶體提供，也可由內部電路提供。由內部電路提供時(shí)需外加晶體振蕩器和兩個(gè)負載電容，電容的大小取決于晶體的頻率及輸入容抗等參數。本文采用16MHz 晶振，電容值為22pF.如果使用外部時(shí)鐘，直接從XOSC16_Q1 引腳引入，XOSC16_Q2 引腳保持懸空；如果使用內部晶體振蕩器，晶體接在XOSC16_Q1 和XOSC16_Q2 引腳之間。射頻輸入/輸出匹配電路主要用來(lái)匹配芯片的輸入輸出阻抗，使其輸入輸出阻抗為50Ω，同時(shí)為芯片內部的PA 及LNA 提供直流偏置。

CC2420 通過(guò)4 線(xiàn)SPI 總線(xiàn)（SI、SO、SCLK、CSn）設置芯片的工作模式，并實(shí)現讀/寫(xiě)緩存數據，讀/寫(xiě)狀態(tài)寄存器等。通過(guò)控制FIFO 和FIFOP 管腳接口的狀態(tài)可設置發(fā)射/接收緩存器。CC2420 射頻信號的收發(fā)采用差分方式進(jìn)行傳輸，其最佳差分負載是115+j180Ω阻抗匹配電路應該根據這個(gè)數值進(jìn)行調整。

CC2420 具有內部發(fā)送接收（T/R）開(kāi)關(guān)電路，這就使得天線(xiàn)接口的匹配極為容易。RF 采用差動(dòng)連接；單集天線(xiàn)需要使用不平衡變壓器。通過(guò)外接直流通路，連接引腳TXRX_SWITCH到RF_P 和RF_N,實(shí)現PA 和LNA 的偏置。

CC2420 是一個(gè)半雙工的RF 芯片，在同一時(shí)刻只處于一種工作狀態(tài)，或者出于發(fā)送狀態(tài)，或者處于接收狀態(tài)；CC2420 有15 個(gè)命令寄存器，每個(gè)寄存器都有一個(gè)固定的地址；CC2420的發(fā)送緩沖與接收緩沖是分開(kāi)的：TXFIFO 為128 字節，RXFIFO 為128 字節。

TXFIFO 與RXFIFO 的讀寫(xiě)可以通過(guò)兩種方式進(jìn)行：

寄存器方式：通過(guò)讀寫(xiě)TXFIFO 寄存器（0x3E）操作128 字節的TXFIFO 通過(guò)讀寫(xiě)RXFIFO寄存器（0x3F）操作128 字節的RXFIFO.

RAM 方式：直接對具體RAM 地址的讀寫(xiě)來(lái)操作指定地址的RAM 數據。

TXFIFO 中同一時(shí)刻只能有一個(gè)等待發(fā)送的數據幀，RXFIFO 中同一時(shí)刻可以有多個(gè)接受到的數據幀，只要這些數據幀的總長(cháng)度不超過(guò)128 字節。CC2420 使用SFD、FIFO、FIFOP 表示收發(fā)數據的狀態(tài)。

5 ZigBee 組網(wǎng)設計

ZigBee 無(wú)線(xiàn)病房呼叫系統是為了彌補現有病房呼叫系統的不足、改善病房環(huán)境、減輕醫生、護士的工作量、更好的為病人服務(wù)而專(zhuān)門(mén)設計開(kāi)發(fā)的一套病房呼叫系統。房間內的呼叫節點(diǎn)采用星型網(wǎng)絡(luò )連接，由其中一個(gè)節點(diǎn)作為ZigBee 路由器，負責與中心網(wǎng)絡(luò )的連接和數據中繼轉發(fā)；所有的ZigBee 路由器組成一個(gè)星型與樹(shù)型結合的混合網(wǎng)絡(luò )，再與ZigBee中心節點(diǎn)連接，中心節點(diǎn)設置在管理中心，構建成一個(gè)完整的ZigBee 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。當病人發(fā)出的服務(wù)請求會(huì )通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳到中心端，醫生或護士可以通過(guò)中心端獲得病人的信息，對請求作出及時(shí)處理。

我們給出如下具體實(shí)現步驟：第一步：初始化硬件驅動(dòng)和MAC 層。第二步：掃描信道獲得并處理環(huán)境信息。節點(diǎn)根據信道掃描的結果作出加入網(wǎng)絡(luò )或新建PAN 網(wǎng)絡(luò )的判斷，如果節點(diǎn)決定新建PAN 網(wǎng)絡(luò )，那么執行第三步，否則調到第五步。第三步：建立PAN 網(wǎng)絡(luò )。其中包括以下過(guò)程：信道能量掃描、短地址信息選取、選擇PAN 網(wǎng)絡(luò )ID、初始化網(wǎng)絡(luò )設置。第四步：允許接收節點(diǎn)的入網(wǎng)請求。該部分處理關(guān)聯(lián)指示原語(yǔ)，父節點(diǎn)執行完第四步后，節點(diǎn)己做好數據傳輸的準備，將不再執行第五步到第六步。第五步：加入PAN 網(wǎng)絡(luò )。在這一步中，子節點(diǎn)先發(fā)布一個(gè)網(wǎng)絡(luò )查找原語(yǔ)currentPrimitive=NLME_NETWORK_DISCOVERY.request,之后子節點(diǎn)的MAC 層就會(huì )執行一次主動(dòng)掃描返回NLME_NETWORK_DISCOVERY.confirm,函數會(huì )據此更新鄰接表，子節點(diǎn)就可以從搜索到的網(wǎng)絡(luò )中選擇一個(gè)父節點(diǎn)加入。第六步：數據傳輸。當子節點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò )后，子節點(diǎn)和父節點(diǎn)就可以進(jìn)行通信了。

6 結束語(yǔ)

本文從醫院對病房呼叫系統的實(shí)際需要出發(fā)，提出了無(wú)線(xiàn)病房呼叫系統便攜端的硬件整體設計方案，設計出無(wú)線(xiàn)病房呼叫系統便攜端的總體框圖及硬件設計，給出了該系統的組網(wǎng)方案及實(shí)現步驟。該方案具有低成本、低功耗、高可靠性和可擴展性等方面的優(yōu)點(diǎn)。