基于語音和紅外遙控的無線病床呼叫控制系統(tǒng)

林偉杰 鐘灼棋 邱文驍

摘 要：“基于語音和紅外遙控的無線病床呼叫控制系統(tǒng)”的一部分置于病房內(nèi)，獲取病人的信息，為STC89C52RC單片機(jī)的從機(jī)控制；另外一部分置于醫(yī)護(hù)工作站，病人將病情通過紅外遙控信息或語音信息提供給醫(yī)護(hù)人員，為STC89C52RC單片機(jī)的主機(jī)控制；就診患者與醫(yī)護(hù)人員之間可根據(jù)情況進(jìn)行紅外無線或語音信息傳輸，保證醫(yī)護(hù)人員及時(shí)為就診患者提供醫(yī)療服務(wù)。

關(guān)鍵詞：語音；紅外遙控；單片機(jī)；醫(yī)護(hù)人員；病人

*本文系2020年廣東省科技創(chuàng)新戰(zhàn)略專項(xiàng)（“攀登計(jì)劃”一般項(xiàng)目），編號：pdjh2020b1434。

“基于語音和紅外遙控的無線病床呼叫控制系統(tǒng)”是一種適合醫(yī)院病房、養(yǎng)老院等場景的產(chǎn)品，用于醫(yī)護(hù)人員與病人溝通的專用呼叫設(shè)備，是提高醫(yī)院護(hù)理水平的必備設(shè)備。當(dāng)多個(gè)病人呼叫醫(yī)護(hù)人員時(shí)，不需要無線路由器、交換機(jī)設(shè)備，也不需要實(shí)際布線。

1 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)

圖1是基于STC89C52RC單片機(jī)的無線病床呼叫控制系統(tǒng)框圖。以STC89C52RC單片機(jī)為核心，通過語音信息和紅外信息發(fā)射與接收模塊傳送信號，經(jīng)過單片機(jī)的控制程序處理，當(dāng)病人用語音信息或紅外信息呼叫醫(yī)護(hù)人員時(shí)，醫(yī)護(hù)值班室內(nèi)顯示病人的1個(gè)或多個(gè)床位號，醫(yī)護(hù)人員看到呼叫信息后，可以按下遙控信息響應(yīng)鍵，取消呼叫，實(shí)現(xiàn)病人和醫(yī)護(hù)人員的無線遠(yuǎn)距離溝通。

1.1 ST C89C52RC單片機(jī)主從控制

“基于語音和紅外遙控的無線病床呼叫控制系統(tǒng)”采用STC89C52RC單片機(jī)（工業(yè)級芯片，工作環(huán)境溫度-55～125 ℃），其內(nèi)置晶振及復(fù)位電路，使CPU具有極強(qiáng)的抗干擾能力，對環(huán)境適應(yīng)能力極強(qiáng)[1]。整個(gè)控制系統(tǒng)分成兩部分：一部分置于病房內(nèi)，獲取病人的就診信息，為從機(jī)控制；另一部分置于醫(yī)護(hù)人員工作室，病人將病情通過紅外遙控信息或語音信息提供給醫(yī)護(hù)人員，為主機(jī)控制，兩者之間進(jìn)行主從通信。STC89C52RC單片機(jī)串行口的數(shù)據(jù)傳送為全雙工傳送方式，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收可同時(shí)進(jìn)行，接收、發(fā)送數(shù)據(jù)均可以查詢或中斷方式工作，方便實(shí)現(xiàn)雙機(jī)和多機(jī)通信[2]。單片機(jī)內(nèi)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(dú)立的。圖2為“基于語音和紅外遙控控制控制系統(tǒng)”的STC89C52RC單片機(jī)控制主從機(jī)電路。

1.2 紅外遙控電路

紅外遙控系統(tǒng)分發(fā)射與接收兩部分，用編/解碼專用集成電路芯片控制操作，發(fā)射部分包括按鍵鍵盤矩陣、編碼調(diào)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(diào)制器調(diào)制為載波信號，形成包含功能信息的高頻脈沖串，經(jīng)過放大推動紅外線發(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(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路，將接收到的紅外遙控信號經(jīng)放大、調(diào)制和整形后輸出功能指令信號，送到STC89C52RC單片機(jī)進(jìn)行識別與處理，即送入STC89C52RC單片機(jī)的P3.2腳進(jìn)行處理，如圖3所示。

1.3 語音控制電路

采用WTK6900B02 V2.03-P2語音識別模塊，芯片為20引腳DIP雙列直插。功能包括：語音識別、播報(bào)、RX/TX標(biāo)準(zhǔn)串口通信、9 600 bit/s波特率、PWMP/ PWMN輸出，可直接驅(qū)動0.5 W/8 Ω或1 W/8 Ω揚(yáng)聲 器[5]。該芯片能夠?qū)⒄Z音信息采集并進(jìn)行處理，將結(jié)果返回至STC89C52RC單片機(jī)，通過外部存儲器完成語音信息的輸出。該芯片集處理器數(shù)模轉(zhuǎn)換器、語音輸入/ 輸出接口于一體，無需進(jìn)行語音訓(xùn)練就可實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵詞識別并以字符串的形式進(jìn)行傳遞，語音數(shù)據(jù)識別準(zhǔn)確率高，0.5 m內(nèi)識別率90%以上，可用語音指令控制輸出，再通過單片機(jī)串口控制播放指定音量，單片機(jī)串口接入喇叭作為輸出端。圖3是語音識別模塊與STC89C52RC單片機(jī)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(jié)，為患者使用語音呼叫提供極大的方便，語音提示器音質(zhì)好，功能強(qiáng)，使用起來很簡單。

2 系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)

2.1 ST C89C52R C單片機(jī)主從程序設(shè)計(jì)

STC89C52RC單片機(jī)工作在串行方式3時(shí)，實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信功能，即1臺主機(jī)與多臺從機(jī)信息交流。通信只在主從機(jī)之間進(jìn)行，從機(jī)與從機(jī)之間不能直接通信。主從兩機(jī)的時(shí)鐘頻率為11.059 2 MHz，波特率設(shè)定為9 600 bit/ s，采用奇偶校驗(yàn)檢驗(yàn)差錯(cuò)。

1）主機(jī)：將片外RAM50H～70H內(nèi)容逐一向從機(jī)發(fā)送，發(fā)送前奇偶效驗(yàn)位放在TB8中。一幀發(fā)送完畢后，如收到從機(jī)回送“數(shù)據(jù)發(fā)送正確（00H）”的應(yīng)答信號，則可以發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)；若是“數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確（FFH）”的應(yīng)答信號，則重新發(fā)送原來的數(shù)據(jù)，直至發(fā)送正確為止。

2）從機(jī)：接收主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)并逐一寫入片內(nèi)RAM50H～70H。每接收1幀信息后進(jìn)行奇偶效驗(yàn)，并與接收到的第九位數(shù)據(jù)RB8對比；對比正確則向主機(jī)回復(fù)“數(shù)據(jù)正確（00H）”的應(yīng)答信號，否則回復(fù)“數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確（FFH）”的應(yīng)答信號，直至接收完所有數(shù)據(jù)。圖4是主機(jī)、從機(jī)通信程序流程框圖。

2.2 語音控制程序設(shè)計(jì)

語音控制采用WTK6900B02 V2.03-P2語音識別模塊，上電后，客戶通過串口給WTK6900B02語音識別模塊發(fā)送指令[4]，播放SPI Flash中的音頻，如果成功播放，WTK6900B02語音識別模塊會通過串口輸出“01”，如果因?yàn)檩斎胫噶钣姓`，無法播放則輸出“02”，并且在播放的時(shí)候?qū)USY腳的電平拉高，播放完畢或無法播放時(shí)將BUSY腳的電平拉低，圖5是語音識別與紅外遙控程序流程框圖。

2.3 紅外遙控程序設(shè)計(jì)

紅外發(fā)射是通過單片機(jī)的P3.2口來控制555輸出端調(diào)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(jì)數(shù)。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(diào)用接收子程序，然后通過LED數(shù)碼顯示當(dāng)前病人呼叫號。

對醫(yī)院單位而言，“基于語音和紅外遙控的無線病床呼叫控制系統(tǒng)”提供快而準(zhǔn)的呼叫服務(wù)，極大地提高了醫(yī)護(hù)人員的辦事效率，便捷的呼叫控制系統(tǒng)節(jié)約了大量人力、財(cái)力。對醫(yī)務(wù)人員而言，免去了無數(shù)次的來回奔波，維護(hù)了醫(yī)院的安靜環(huán)境，及時(shí)而準(zhǔn)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(yī)護(hù)站告知護(hù)士，更不用在各個(gè)病房到處尋找護(hù)士。即使是在沒有家屬陪伴的情況下，病人也能及時(shí)呼叫得到護(hù)理。只需輕輕一按遙控器或語言呼叫，無論是在床上還是走廊，都能傳達(dá)呼叫的信號。醫(yī)護(hù)人員只要在LED數(shù)碼顯示屏上觀察就能看到病人呼叫，便能立刻派醫(yī)護(hù)人員去查看和護(hù)理。

參考文獻(xiàn)：

[1] 彭偉.單片機(jī)C語音程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)100例——基于8051+ Proteus仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

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[3] 劉承磊.基于超聲波與紅外感應(yīng)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(tǒng)的智能語音控制的垃圾桶設(shè)計(jì)[J].機(jī)電信息，2019（18）：142-143.

[5] 杜丹陽.智慧養(yǎng)老系統(tǒng)語音控制終端設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2018（31）：142-143.1D048AC7-E8BF-4C18-809F-A229E63F92CA