以單片機(jī)為核心的病房無線呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

丁文祥

摘 要 該系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心輔以無線輸入電路、LED顯示電路和BPMS報(bào)警電路，在每個(gè)病床設(shè)置無線發(fā)射按鍵，當(dāng)患者有需要時(shí)，按下按鍵，此時(shí)值班室給醫(yī)護(hù)人員報(bào)警提示，顯示屏可顯示此患者的床位號(hào)。本文對(duì)該系統(tǒng)的硬件和軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相應(yīng)的描述，介紹了系統(tǒng)的功能特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 單片機(jī) 無線呼叫系統(tǒng) 硬件和軟件結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

病床呼叫系統(tǒng)是一種應(yīng)用于醫(yī)院病房、養(yǎng)老院等地方，用來聯(lián)系溝通醫(yī)護(hù)人員和病員的專用呼叫系統(tǒng)，是提高醫(yī)護(hù)水平的必備設(shè)備之一。針對(duì)傳統(tǒng)有線呼叫系統(tǒng)布線較多、維護(hù)不便及容易出現(xiàn)各種故障的弊端，我們以AT89C51單片機(jī)為核心輔以無線傳輸電路、LED顯示電路和BPMS報(bào)警電路設(shè)計(jì)了病房無線呼叫系統(tǒng)，以期提供一個(gè)成本低、效率高、操作方便和易于安裝維護(hù)的快捷系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

采用美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能AT89C51單片機(jī)為系統(tǒng)的核心，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)。輔以無線傳輸電路、LED顯示電路和BPMS報(bào)警電路，其實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.1 AT89C51單片機(jī)的特點(diǎn)

隨著單片機(jī)功能集成化的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸從傳統(tǒng)的控制擴(kuò)展為控制處理、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)字信號(hào)處理等領(lǐng)域，AT89C51單片機(jī)具有低電壓、低功耗、性價(jià)比高、功能強(qiáng)、指令效率高等優(yōu)點(diǎn)。其主要特點(diǎn)：（1）集成度高，易于擴(kuò)展；（2）較強(qiáng)的中斷處理能力，支持異常中斷、事件中斷和軟件中斷三種類型的中斷；（3）高效的指令系統(tǒng)。相對(duì)51系列單片機(jī)來說，程序編程指令特別嚴(yán)密，如在中斷控制時(shí)必須加reti指令、在子程序結(jié)束時(shí)必須加retf指令，否則程序會(huì)跑飛。而且它有多種中斷系統(tǒng)和多種定時(shí)器系統(tǒng)，可以根據(jù)需要具體選擇，靈活性很大。

1.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸模塊的選擇

數(shù)據(jù)傳輸模塊采用NewMsg_DS18B20模塊，如圖2。無線收發(fā)器工作電壓為2.9～3.6V，工作在433/868/915 MHz的ISM頻段，最大數(shù)據(jù)速率為100 Kb/s。芯片內(nèi)部由1個(gè)完全集成的頻率調(diào)制器、1個(gè)帶解調(diào)器的接收器、1個(gè)功率放大器、1個(gè)晶體振蕩器和1個(gè)調(diào)節(jié)器組成。ShockBurst工作模式的特點(diǎn)是自動(dòng)產(chǎn)生前導(dǎo)碼，VCC可以很容易通過SPI接口進(jìn)行編程配置電流消耗很低，在發(fā)射功率為+10 dBm時(shí)，發(fā)射電流為30 mA，接收電流為12.5 mA。

1.3 系統(tǒng)供電電源模塊的選擇

系統(tǒng)采用ASM1117-3.3電源3.3 V電壓供電。如圖3所示。無線傳輸模塊和AT89C51單片機(jī)皆為低功耗器件。核心部件LM1117-3.3是一個(gè)低壓差電壓調(diào)節(jié)器系列。壓差在1.2 V輸出，此時(shí)相應(yīng)的負(fù)載電流為800mA。

2系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

2.1 初始化配置

初始化配置分為以下3個(gè)部分：（1）編寫SPIWRITE和SPIREAD子函數(shù)，即通過軟件為單片機(jī)配置SPI功能。（2）初始化DS18B20的射頻配置寄存器。這些寄存器中有很多信息，必須根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行配置。設(shè)計(jì)中DS18B20外接16 MHz晶體，XOF應(yīng)配置為01，PA2PWB為發(fā)射功率，RX2 RED2 PWB為接收靈敏（下轉(zhuǎn)第41頁）（上接第39頁）度，可根據(jù)需要配置。另外還有發(fā)送地址、接收地址、發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的長度，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用配置。（3）配置DS18B20的發(fā)送地址，最多4B發(fā)送端的發(fā)送地址應(yīng)與接收端設(shè)備的接收地址相同。在實(shí)際工作中，DS18B20可以自動(dòng)濾除地址不相同的數(shù)據(jù)，只有地址匹配且校驗(yàn)正確的數(shù)據(jù)才會(huì)被接收，并存儲(chǔ)在接收數(shù)據(jù)寄存器中。

2.2 發(fā)送數(shù)據(jù)

DS18B20發(fā)送數(shù)據(jù)前，通過調(diào)用SPI寫函數(shù)，在待機(jī)模式下先把待發(fā)數(shù)據(jù)填進(jìn)發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器。然后把DS18B20的TRX_CE、TX_EN引腳都置為高電平，數(shù)據(jù)就會(huì)自動(dòng)通過天線發(fā)送出去。為了數(shù)據(jù)可靠地傳輸，將射頻配置寄存器中的自動(dòng)重發(fā)位（AUTO_RE_TRAN）設(shè)為有效，這樣在TRX_ CE被置高的時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)一直在重復(fù)不斷的發(fā)送。程序中設(shè)計(jì)延時(shí)500 ms，之后拉低TRX_CE引腳，回到待機(jī)模式。

2.3 接收數(shù)據(jù)

AT89C51把DS18B20的TRX_CE引腳置為高電平，TX_EN引腳置為低電平后，即開始接收數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)中可設(shè)定在一定的時(shí)間內(nèi)一直判斷DS18B20的DR引腳是否變高，若為高，則證明接收到了有效數(shù)據(jù)，可以退出接收模式；若一直沒有接收到，待時(shí)間到也退出接收模式。退出后在待機(jī)模式，單片機(jī)把DS18B20內(nèi)部的接收數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)讀出，即接收到的有效數(shù)據(jù)。

與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)相比較，以高性能新一代單片機(jī)AT89C51為核心，輔以無線傳輸電路、LED顯示電路和BPMS報(bào)警電路的采集、處理無線傳輸系統(tǒng)，減少了元件從而簡化了設(shè)計(jì)，有利于系統(tǒng)小型化和降低開發(fā)成本，而且使可靠性能大大增加。該系統(tǒng)適用于大量的數(shù)據(jù)采集的場合，使用方便、性能穩(wěn)定，便于維護(hù)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳希球.電子技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用.北京：科學(xué)出版社，2012（2）.

[2] 葉夢雄.基于MCS-51單片機(jī)的無線病房呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì).數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2010（8）.

[3] 劉寶靜.基于單片機(jī)的病房呼叫系統(tǒng)的設(shè)計(jì).商業(yè)文化（下半月），2011（06）.