基于語(yǔ)音和紅外遙控的無(wú)線(xiàn)病床呼叫控制系統*

“基于語(yǔ)音和紅外遙控的無(wú)線(xiàn)病床呼叫控制系統”是一種適合醫院病房、養老院等場(chǎng)景的產(chǎn)品，用于醫護人員與病人溝通的專(zhuān)用呼叫設備，是提高醫院護理水平的必備設備。當多個(gè)病人呼叫醫護人員時(shí)，不需要無(wú)線(xiàn)路由器、交換機設備，也不需要實(shí)際布線(xiàn)。

作者簡(jiǎn)介：林偉杰（1999—），廣東臺山，工業(yè)機器人專(zhuān)業(yè)，主要研究：機器人技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)，郵箱：1070205064@qq.com。

1   系統硬件電路的設計

圖1 是基于STC89C52RC 單片機的無(wú)線(xiàn)病床呼叫控制系統框圖。以STC89C52RC 單片機為核心，通過(guò)語(yǔ)音信息和紅外信息發(fā)射與接收模塊傳送信號，經(jīng)過(guò)單片機的控制程序處理，當病人用語(yǔ)音信息或紅外信息呼叫醫護人員時(shí)，醫護值班室內顯示病人的1 個(gè)或多個(gè)床位號，醫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(shí)現病人和醫護人員的無(wú)線(xiàn)遠距離溝通。

1.1 STC89C52RC單片機主從控制

“基于語(yǔ)音和紅外遙控的無(wú)線(xiàn)病床呼叫控制系統”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(gè)控制系統分成兩部分：一部分置于病房?jì)?，獲取病人的就診信息，為從機控制；另一部分置于醫護人員工作室，病人將病情通過(guò)紅外遙控信息或語(yǔ)音信息提供給醫護人員，為主機控制，兩者之間進(jìn)行主從通信。

STC89C52RC 單片機串行口的數據傳送為全雙工傳送方式，數據的發(fā)送和接收可同時(shí)進(jìn)行，接收、發(fā)送數據均可以查詢(xún)或中斷方式工作，方便實(shí)現雙機和多機通信^[2]。

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

1.2 紅外遙控電路

紅外遙控系統分發(fā)射與接收兩部分，用編/ 解碼專(zhuān)用集成電路芯片控制操作，發(fā)射部分包括按鍵鍵盤(pán)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(guò)放大推動(dòng)紅外線(xiàn)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(jìn)行識別與處理，即送入STC89C52RC 單片機的P3.2 腳進(jìn)行處理，如圖3 所示。

1.3 語(yǔ)音控制電路

采用WTK6900B02 V2.03-P2 語(yǔ)音識別模塊， 芯片為20 引腳DIP 雙列直插。功能包括：語(yǔ)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(dòng)0.5 W/8 Ω 或1 W/8 Ω 揚聲器^[5]。該芯片能夠將語(yǔ)音信息采集并進(jìn)行處理，將結果返回至STC89C52RC 單片機，通過(guò)外部存儲器完成語(yǔ)音信息的輸出。該芯片集處理器數模轉換器、語(yǔ)音輸入/輸出接口于一體，無(wú)需進(jìn)行語(yǔ)音訓練就可實(shí)現關(guān)鍵詞識別并以字符串的形式進(jìn)行傳遞，語(yǔ)音數據識別準確率高，0.5 m 內識別率90% 以上，可用語(yǔ)音指令控制輸出，再通過(guò)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(yǔ)音識別模塊與STC89C52RC 單片機連接電路。輸入接入麥克風(fēng)MIC_IN，聲音輸出部分有功率放大環(huán)節，為患者使用語(yǔ)音呼叫提供極大的方便，語(yǔ)音提示器音質(zhì)好，功能強，使用起來(lái)很簡(jiǎn)單。

2   系統軟件的實(shí)現

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(shí)， 實(shí)現多機通信功能，即1 臺主機與多臺從機信息交流。通信只在主從機之間進(jìn)行，從機與從機之間不能直接通信。主從兩機的時(shí)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“數據發(fā)送正確（00H）”的應答信號，則可以發(fā)送下一個(gè)數據；若是“數據不準確（FFH）”的應答信號，則重新發(fā)送原來(lái)的數據，直至發(fā)送正確為止。

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

圖4 是主機、從機通信程序流程框圖。

2.2 語(yǔ)音控制程序設計

語(yǔ)音控制采用WTK6900B02 V2.03-P2 語(yǔ)音識別模塊，上電后，客戶(hù)通過(guò)串口給WTK6900B02 語(yǔ)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(yǔ)音識別模塊會(huì )通過(guò)串口輸出“01”，如果因為輸入指令有誤，無(wú)法播放則輸出“02”，并且在播放的時(shí)候將BUSY 腳的電平拉高，播放完畢或無(wú)法播放時(shí)將BUSY 腳的電平拉低，圖5 是語(yǔ)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(guò)單片機的P3.2 口來(lái)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(shí)器T0 采用工作模式1，為16 位計數。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(guò)LED 數碼顯示當前病人呼叫號。

對醫院?jiǎn)挝欢?，“基于語(yǔ)音和紅外遙控的無(wú)線(xiàn)病床呼叫控制系統”提供快而準的呼叫服務(wù)，極大地提高了醫護人員的辦事效率，便捷的呼叫控制系統節約了大量人力、財力。對醫務(wù)人員而言，免去了無(wú)數次的來(lái)回奔波，維護了醫院的安靜環(huán)境，及時(shí)而準確地為病人提供服務(wù)。對病人及其家屬而言，也不用親自走到醫護站告知護士，更不用在各個(gè)病房到處尋找護士。即使是在沒(méi)有家屬陪伴的情況下，病人也能及時(shí)呼叫得到護理。只需輕輕一按遙控器或語(yǔ)言呼叫，無(wú)論是在床上還是走廊，都能傳達呼叫的信號。醫護人員只要在LED 數碼顯示屏上觀(guān)察就能看到病人呼叫，便能立刻派醫護人員去查看和護理。

參考文獻：

[1] 彭偉.單片機C語(yǔ)音程序設計實(shí)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.數據采集與處理技術(shù)[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系統的智能語(yǔ)音控制的垃圾桶設計[J].機電信息,2019(18):142-143.

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

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年5月期）