基于NRF24L01的病床無(wú)線呼叫系統(tǒng)

劉小兵 楊杰 譚道軍

摘要：隨著物質(zhì)生活水平的步步上升，人們對(duì)醫(yī)療服務(wù)水平的要求變得越來(lái)越高。在養(yǎng)老院和醫(yī)院等地方，病床呼叫系統(tǒng)作為聯(lián)系病員和醫(yī)護(hù)人員的專用呼叫系統(tǒng)，成為了醫(yī)院護(hù)理的必需設(shè)備之一。本項(xiàng)目以STC89C52單片機(jī)為控制核心，利用NRF24L01射頻模塊進(jìn)行無(wú)線傳輸，開(kāi)發(fā)出低成本、低功耗、相對(duì)較遠(yuǎn)的傳輸距離以及能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定通信的醫(yī)院病房無(wú)線呼叫系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：無(wú)線病床呼叫；NRF24L01；STC89C52單片機(jī) 作為傳送病床及時(shí)信息的重要手段之一，病房呼叫系統(tǒng)可以把病人的請(qǐng)求及時(shí)迅速的傳送給值班的醫(yī)護(hù)人員，同時(shí)能在醫(yī)院的的醫(yī)護(hù)監(jiān)控中心主機(jī)上留下完整且準(zhǔn)確的信息記錄，成為了完善醫(yī)院的護(hù)理水平的必需設(shè)備之一。呼叫系統(tǒng)的好壞會(huì)關(guān)系到病人的病態(tài)安危，一直以來(lái)廣受各個(gè)醫(yī)院的高度關(guān)注。它要求準(zhǔn)確可靠并且及時(shí)的傳達(dá)消息，同時(shí)設(shè)備需要簡(jiǎn)單而且利于推廣。而傳統(tǒng)無(wú)線式的病房呼叫系統(tǒng)可靠性較差，并且發(fā)出的無(wú)線電波會(huì)干預(yù)到其它的醫(yī)療儀器設(shè)備，所以目前大部分的醫(yī)院不使用無(wú)線呼叫系統(tǒng)。本病房無(wú)線呼叫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了Nordic公司新推出的NRF24L01射頻芯片，并且有低功耗的單片機(jī)STC89C52控制完成實(shí)現(xiàn)短距離無(wú)線數(shù)據(jù)通信的優(yōu)勢(shì)。該設(shè)計(jì)具有成本低、功耗低、傳輸速度快、軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔簡(jiǎn)單和以及通信穩(wěn)定可靠穩(wěn)定等特點(diǎn)。1 芯片資料簡(jiǎn)介1.1無(wú)線收發(fā)模塊無(wú)線收發(fā)模塊是由挪威（Nordic）公司的NRF24L01芯片以及其外圍電路組成。NRF24L01作為單片射頻收發(fā)芯片，工作在2.4～2.5GHz世界通用的ISM頻段，工作電壓范圍為1.9～3.6V，通過(guò)SPI輸入數(shù)據(jù)，最高速率可達(dá)10Mbit/s，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)到2Mbit/[8]，而且還有自動(dòng)應(yīng)答以及自動(dòng)再發(fā)射的功能。芯片加入了增強(qiáng)式的ShockBurst技術(shù)，輸出功率以及通信頻道可以由程序設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行配置。配置寄存器能夠?qū)RF24L01配置為發(fā)射、接收、空閑和掉電這四種工作的模式。1.2 LCD1602液晶顯示模塊LCD1602 是一種工業(yè)字符型液晶，可以同時(shí)顯示32個(gè)字符（16列2行）。日常生活中，液晶顯示器對(duì)于我們而言并不陌生。液晶顯示模塊已經(jīng)成為了多數(shù)電子產(chǎn)品的顯示器件，比如在萬(wàn)用表、計(jì)算器以及大多家用電子有顯示器的產(chǎn)品中均可以看到，主要顯示出數(shù)字、圖形和專用符號(hào)。在人機(jī)交流界面中，常見(jiàn)的輸出顯示方式有：發(fā)光管、液晶顯示器和LED數(shù)碼管。1.3 STC89C52單片機(jī)簡(jiǎn)介 STC89C52是一種功耗低、性能高的CMOS8位微控制器，其有8K的可編程Flash存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器使用的是高密度且非易失性技術(shù)，這樣會(huì)和工業(yè)80C51系列的產(chǎn)品的指令和引腳十分兼容。STC89C52有如下的標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)的Flash、256字節(jié)的RAM、32 位的I/O 口線、看門狗定時(shí)器、2個(gè)數(shù)據(jù)指針、3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)、全雙工串行口、片內(nèi)的晶振及時(shí)鐘電路。2 與功能實(shí)現(xiàn)2.1 總體方案設(shè)計(jì)基于NRF24L01無(wú)線病床呼叫系統(tǒng)主要是由主機(jī)部分和從機(jī)部分組成。從機(jī)部分主要是完成病床病號(hào)端的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)的傳輸。主機(jī)部分主要完成接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理、顯示以及實(shí)現(xiàn)報(bào)警，發(fā)射端和接收電路端的距離可達(dá)到100m。接收到從機(jī)發(fā)過(guò)來(lái)的信號(hào)時(shí)，發(fā)光二極管和蜂鳴器會(huì)發(fā)出聲光來(lái)報(bào)警，提醒有病人正在呼叫，護(hù)理員按下主機(jī)的呼應(yīng)鍵，取消對(duì)應(yīng)的呼叫。按照功能設(shè)計(jì)的要求，本系統(tǒng)主要由6個(gè)模塊構(gòu)成：主控制器、按鍵電路、無(wú)線發(fā)送電路、無(wú)線接收電路、LCD1602液晶顯示電路、聲光報(bào)警以及電源電路。病房無(wú)線呼叫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如下圖1所示： 2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)首先安裝電池，同時(shí)打開(kāi)兩個(gè)開(kāi)關(guān)的電源，通電后檢查各個(gè)部件線路接線，觀察是否有問(wèn)題出現(xiàn)，例如是否有短路，是否有錯(cuò)件接漏，查看各個(gè)原件的引腳情況以及是否與電路圖一致，通電后是否有漏電情況，觀察是否有不當(dāng)?shù)牟僮饕鸬脑l(fā)熱以及燒壞的可能，自己調(diào)整然后開(kāi)始測(cè)試。打開(kāi)主機(jī)和從機(jī)的開(kāi)關(guān)，主機(jī)和從機(jī)電源指示燈會(huì)持續(xù)閃爍，而液晶顯示模塊開(kāi)關(guān)的電源指示燈只有接受到從機(jī)的呼叫信號(hào)后，而從機(jī)的無(wú)線通電的指示燈會(huì)間斷持續(xù)閃爍。從機(jī)下方四個(gè)黑色按鈕，分別代表1.2.3.4號(hào)病床。通過(guò)各個(gè)部件的組裝以及焊接，無(wú)線呼叫系統(tǒng)符合本設(shè)計(jì)要求。2.4 系統(tǒng)測(cè)試開(kāi)始測(cè)試時(shí)，首先從機(jī)按下1號(hào)按鈕，在主機(jī)的液晶顯示器上會(huì)出現(xiàn)1，主機(jī)的蜂鳴機(jī)會(huì)發(fā)出呼叫報(bào)警，提醒有信號(hào)接收，按下主機(jī)的呼應(yīng)按鈕，取消相應(yīng)的呼叫，蜂鳴聲才會(huì)消除，主機(jī)的指示燈才會(huì)取消持續(xù)的閃爍。然后按照上述測(cè)試步驟，分別測(cè)試2.3.4號(hào)病床。重復(fù)上述測(cè)試，從機(jī)按下1.2.3.4號(hào)按鈕，在主機(jī)的液晶顯示器上會(huì)出現(xiàn)1.2.3.4，主機(jī)的蜂鳴機(jī)會(huì)發(fā)出呼叫報(bào)警，提醒有信號(hào)接收，按下主機(jī)的呼應(yīng)按鈕，取消相應(yīng)的呼叫，蜂鳴聲才會(huì)消除，主機(jī)的指示燈才會(huì)取消持續(xù)的閃爍。此次測(cè)試從機(jī)接受多個(gè)信號(hào)，測(cè)試結(jié)果主機(jī)能收到病床1.2.3.4的信號(hào)，證明此設(shè)計(jì)的主機(jī)具有同時(shí)接受多個(gè)信號(hào)的特點(diǎn)，如下圖2所示。 3 結(jié)束語(yǔ)本文利用NRF24L01模塊設(shè)計(jì)病床無(wú)線呼叫系統(tǒng)，把安裝于病房的呼叫從機(jī)所采集的按鍵狀態(tài)及時(shí)的傳送給主機(jī)，主機(jī)接收到從機(jī)發(fā)過(guò)來(lái)處理信號(hào)時(shí)，主機(jī)控制蜂鳴器同發(fā)光二極管一起響應(yīng)，發(fā)出相關(guān)聲光報(bào)警，且能在顯示屏上顯示對(duì)應(yīng)的床位號(hào)，提醒醫(yī)護(hù)人員有病人呼叫。本設(shè)計(jì)性能穩(wěn)定、使用的材料簡(jiǎn)單、設(shè)備體積較小便于安裝、響應(yīng)速度快且能實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的傳輸，是無(wú)線技術(shù)在醫(yī)學(xué)臨床上的大膽應(yīng)用，具有創(chuàng)新性和可行性。參考文獻(xiàn)[1]吳彬.醫(yī)院呼叫系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)與電路優(yōu)化[J].人人健康（醫(yī)學(xué)導(dǎo)刊），2008（02）：93-94.[2]朱玉穎，蔡占輝.基于NRF24L01的遠(yuǎn)程溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2010，29（05）：56-58.[3]劉卓婭.基于STC89C52的無(wú)線超聲波測(cè)距系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].華南理工大學(xué)，2017.[4]花加麗，馬鋒，李開(kāi)霞，趙漢賓.基于nRF24L01腸道機(jī)器人無(wú)線圖像傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2019，01：87-89+93.作者簡(jiǎn)介：劉小兵（1989-），男，湖南永州人，湖南科技學(xué)院，碩士，助教，主要從事智能控制和系統(tǒng)建模研究；楊杰（1976-），男，碩士，副教授，研究方向：網(wǎng)絡(luò)安全，人工智能；譚道軍（1975-），男，碩士，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，研究方向：計(jì)算輔助教育。