單片機控制的無(wú)線(xiàn)病房呼叫器設計方案

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生或護士進(jìn)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生或護士，并在值班室的監控中心電腦上留下準確完整的記錄，是提高醫院和病室護理水平的必備設備之一。呼叫系統的優(yōu)劣直接關(guān)系到病員的安危，歷來(lái)受到各大醫院的普遍重視。

它要求及時(shí)、準確可靠、簡(jiǎn)便可行、利于推廣。我國傳統的病房呼叫系統采用的多是有線(xiàn)傳輸，存在著(zhù)安裝布線(xiàn)復雜，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(guān)的缺陷。為克服以上的不足，本研究介紹一種無(wú)線(xiàn)的病房呼叫器，其使用專(zhuān)用的射頻模塊，并使用單片機控制。

這樣不但解決了復雜布線(xiàn)等問(wèn)題，更能提高醫療服務(wù)水平，適應現代社會(huì )需求。

1 硬件電路設計

本設計方案由呼叫器和主機構成，使用射頻收發(fā)芯片，使系統工作在頻段433 MHz附近。系統使用單片機編碼/解碼，每個(gè)呼叫器有一個(gè)唯一的識別碼，并且識別碼可以隨時(shí)修改。當用戶(hù)按發(fā)射鍵后，識別碼被發(fā)射出去，等待接收器的響應，主機接收到服務(wù)申請后，根據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(gè)呼叫器在短時(shí)間里同時(shí)呼叫，主機則按照先后順序存儲起來(lái)，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(kāi)關(guān)來(lái)控制地址位的設置，當掃描到呼叫按鈕按下時(shí)，其地址被讀入單片機，經(jīng)過(guò)處理后再送至發(fā)射芯片發(fā)射。分機用來(lái)進(jìn)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。主機負責接收分機發(fā)來(lái)的信號，并進(jìn)行解碼、顯示和報警。

主機上還設有鍵盤(pán)用于翻查、刪除記錄，所以主機上應接有鍵盤(pán)、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 分機電路設計

分機是由一個(gè)8位的撥碼開(kāi)關(guān)、單片機、無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片及相應外圍電路構成。分機使用便攜式設計，采用電池供電，在選用元件時(shí)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(wèn)題，所以單片機選用Arr89c2051,它在3V的電壓下就能穩定工作，而且其具有AT89C51的內核，指令系統也一樣，分機上所需要的I/O接口也很少，因此使用AT89C2051完全能滿(mǎn)足要求。

1.1.1 分機號碼設定電路的設計

分機采用8位撥碼開(kāi)關(guān)手動(dòng)定位來(lái)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(pán)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，即可改變分機的號碼。

圖3 分機號碼設定電路

1.1.2 分機nRF401與AT89C2051主連接電路的設計

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(wèn)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(gè)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(diǎn)亮。限流電阻選用100Ω,工作電流即可以滿(mǎn)足要求。

圖4收發(fā)模塊與單片機連接電路

1.2 主機電路設計

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

1.2.1 nRF401與AT89C2051連接電路的設計

主機工作時(shí)也要進(jìn)行狀態(tài)切換、頻率選擇和串行通信，實(shí)現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 顯示電路的設計

P1.5,P1.6和P1.7端口分別控制數碼管的個(gè)位、十位和百位的供電，當相應的端口變成低電平時(shí)，相應的三極管會(huì )導通，+5V的電源通過(guò)驅動(dòng)三極管給數碼管相應的位供電，這時(shí)只要鎖存器口送出數字的顯示代碼，數碼管就能正常顯示數字。因為要顯示幾位不同的數字，所以必須用動(dòng)態(tài)掃描的方法來(lái)實(shí)現。該系統的顯示部分采用LED共陽(yáng)極接法，采用動(dòng)態(tài)顯示。首先將顯示的個(gè)十百位分別存放，然后逐個(gè)取出進(jìn)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(jìn)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(pán)電路設計

主機上的鍵盤(pán)總共需要2個(gè)，即翻查鍵和刪2軟件設計除鍵，連接圖見(jiàn)圖7。

圖7 主機鍵盤(pán)電路

1.2.4 報警電路的設計

主機在接受到呼叫信號后，首先進(jìn)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)放大后驅動(dòng)揚聲器，發(fā)出報警信號，報警發(fā)聲電路見(jiàn)圖8。

圖8 主機報警發(fā)聲電路

2 軟件設計

整個(gè)軟件的設計分為主程序和顯示、報警與鍵盤(pán)操作等子程序設計。主程序設計中包括通信協(xié)議和收發(fā)程序的設計。為獲得主機和呼叫器之間較大的通信速率，當單片機的系統時(shí)鐘頻率為12 MHz時(shí)，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(kāi)機便進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入數據接收狀態(tài)等待。當接收到呼叫信號后，便進(jìn)行存儲，然后調用顯示子程序進(jìn)行循環(huán)顯示，給呼叫器發(fā)送出回應信號，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(kāi)機后首先初始化，然后就進(jìn)入休眠狀態(tài)以節省電能。系統查詢(xún)掃描發(fā)射鍵，如果沒(méi)有按下則繼續等待。如果掃描到發(fā)射鍵被按下，系統便掃描撥碼開(kāi)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(kāi)始傳送地址碼。地址碼傳送完畢后再將射頻芯片回復到接收狀態(tài)等待確認信息，確認信息收到后點(diǎn)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，作為對主機軟件設計的參考。

主機主程序：

3 結束語(yǔ)

本呼叫器的硬件設計電路結構十分簡(jiǎn)潔，成本低廉，能實(shí)現醫院呼叫所需的一般功能，但不能完全排除遇到主機忙而導致呼叫失敗的情況。一但由于分機上有一個(gè)確認燈，遇到呼叫失敗的情況，呼叫后確認燈不會(huì )閃亮，則需要用戶(hù)再次呼叫一次。該硬件和軟件設計方案已通過(guò)實(shí)驗檢驗，各項參數穩定，功耗低，系統運行穩定，通信誤碼率低，具有很好的開(kāi)發(fā)應用前景。