基于STM32病房呼叫控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王大成 宋艷芳

摘 要：房呼叫系統(tǒng)是為了提高醫(yī)院的服務(wù)質(zhì)量而提出的，它能使病人及時(shí)快捷地進(jìn)行呼叫，以方便醫(yī)院能快速準(zhǔn)確的了解病人情況，并能及時(shí)施以救助。系統(tǒng)是基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的、以單片機(jī)stm32為核心的醫(yī)院無(wú)線病房呼叫系統(tǒng)，利用無(wú)線網(wǎng)傳輸信號(hào)和語(yǔ)音信息，遠(yuǎn)程控制部分接收無(wú)線網(wǎng)發(fā)送來(lái)的信號(hào)，由stm32對(duì)其進(jìn)行解碼，解碼后由數(shù)碼管和燈屏顯示，語(yǔ)音信息由話筒傳出。

關(guān)鍵詞： 單片機(jī);無(wú)線網(wǎng)絡(luò);語(yǔ)音芯片;病房呼叫系統(tǒng)

1.研究背景

隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，醫(yī)療水平的不斷提高，現(xiàn)代醫(yī)院護(hù)理需要快速、及時(shí)的獲知并處理病人的突發(fā)病況，實(shí)現(xiàn)患者在住院的任何時(shí)間都能請(qǐng)求醫(yī)生或護(hù)士進(jìn)行診斷和護(hù)理。以便醫(yī)院病房區(qū)的病患在有緊急情況或者有自己不方便處理的事件時(shí)呼叫醫(yī)生或護(hù)士尋求幫助，醫(yī)生或護(hù)士則通過(guò)響鈴及站內(nèi)指示燈獲取求助信息的來(lái)源，并及時(shí)提供幫助。因此，一種新型的臨床呼叫儀器的研制成為近些年來(lái)的研發(fā)熱點(diǎn)之一。

2.課題研究?jī)?nèi)容

課題需要研究的內(nèi)容主要有以下幾個(gè)方面：

a） 根據(jù)系統(tǒng)功能要求進(jìn)行系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)。該方案采用模塊化設(shè)計(jì)方法，以方便系統(tǒng)的調(diào)試和用戶的使用。

b） 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。包括芯片的選型、所選芯片的功能、芯片外圍電路的合理設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容有芯片的選擇、鍵盤電路的設(shè)計(jì)、顯示電路的設(shè)計(jì)和語(yǔ)音電路的設(shè)計(jì)、無(wú)線網(wǎng)卡電路的設(shè)計(jì)。

c） 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。主要包括系統(tǒng)主程序、動(dòng)態(tài)掃描顯示程序、語(yǔ)音程序、鍵盤掃描程序等。

3.病房呼叫系統(tǒng)主機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)

病房呼叫系統(tǒng)主機(jī)電路部分主要包括顯示電路、鍵盤電路、語(yǔ)音電路、報(bào)警電路、無(wú)線網(wǎng)卡電路幾大部分。由無(wú)線網(wǎng)卡電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸是主機(jī)部分的基本設(shè)計(jì)思想，信號(hào)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)卡傳輸給路由，在經(jīng)過(guò)路由發(fā)送給接收分機(jī)，大大降低了有線傳輸?shù)木窒扌?，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性。

基于ARM的數(shù)字化病房呼叫系統(tǒng)的主要芯片是stm32f103，以它為核心進(jìn)行控制終端設(shè)備的接收和發(fā)送，采用RS232等通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了主機(jī)和分機(jī)之間的語(yǔ)音和通訊命令的傳輸。

3.1 顯示模塊電路設(shè)計(jì)

顯示電路主要包括LED燈屏以及數(shù)碼管顯示電路。LED燈屏直觀顯示病房位置，數(shù)碼管則是平時(shí)顯示當(dāng)前時(shí)間，一旦有呼叫傳入，立即顯示病房號(hào)，當(dāng)有多個(gè)病床呼叫時(shí)，循環(huán)顯示病床號(hào)。

3.2 鍵盤模塊電路設(shè)計(jì)

為了減少了I/O引腳數(shù)目的使用，鍵盤模塊采用了4*4的矩陣鍵盤，也稱行列式鍵盤。使用這種鍵盤，編程也會(huì)更加靈活。它是由四條I/O線Y0-Y3作為行線，四條I/O線X0-X3作為列線組成的鍵盤。

3.3 語(yǔ)音模塊電路設(shè)計(jì)

為方便醫(yī)護(hù)人員及時(shí)了解病患的情況并作出應(yīng)對(duì)措施，語(yǔ)音通話功能顯得尤為重要。語(yǔ)音模塊主要采用stm32上的I2S音頻協(xié)議，I2S是一個(gè)3引腳的同步串行接口通訊協(xié)議，支持四種音頻標(biāo)準(zhǔn)，包括飛利浦I2S標(biāo)準(zhǔn)，MSB和LSB對(duì)齊標(biāo)準(zhǔn)，以及PCM標(biāo)準(zhǔn)，在這里我們使用的PCM標(biāo)準(zhǔn)。在半雙工的通訊中，可以工作在主、從兩種模式下。

3.4 報(bào)警模塊電路設(shè)計(jì)

報(bào)警模塊是由stm32驅(qū)動(dòng)一個(gè)蜂鳴器加上其外圍電路構(gòu)成。NPN作為蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)，R57作限流電阻。

3.5 無(wú)線網(wǎng)卡模塊電路設(shè)計(jì)

Stm32將信號(hào)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)卡傳輸信號(hào)給路由，再由路由傳輸給帶有其他網(wǎng)卡的stm32進(jìn)行信號(hào)的解碼、存儲(chǔ)、顯示等，完成信號(hào)的無(wú)線傳輸。

3.6 電源電路設(shè)計(jì)

電源是整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的最基本保障。STM32F103的供電電壓范圍為2.0～3.6V。電源模塊是電路關(guān)鍵的一部分，是整個(gè)系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)。

4.病房呼叫系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1語(yǔ)音模塊程序設(shè)計(jì)數(shù)碼管顯示

語(yǔ)音模塊采用的VS1053b，它是通過(guò)一個(gè)串行輸入總線來(lái)接收它的輸入比特流，數(shù)據(jù)流被解碼后會(huì)通過(guò)數(shù)字音量控制器送到一個(gè)高精度DAC，其中的解碼器是通過(guò)一個(gè)串行控制總線來(lái)控制的。它控制整個(gè)系統(tǒng)完成語(yǔ)音錄入，存儲(chǔ)，發(fā)送，接受，播放等功能。

4.2數(shù)碼管顯示

數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示程序包括數(shù)字的顯示、小數(shù)點(diǎn)的顯示、數(shù)碼管的閃爍和數(shù)碼管的消隱等。顯示的字符跟數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系如表5-1所示：根據(jù)人的視覺暫留現(xiàn)象，一個(gè)數(shù)碼管每秒必須點(diǎn)亮50次以上，才能達(dá)到穩(wěn)定顯示數(shù)據(jù)的目的。

4.3 LED燈屏顯示

LED燈屏顯示同樣也是采用了掃描的方式。先掃描行，在掃描列，一旦檢測(cè)到高電平，則相應(yīng)的LED燈就會(huì)點(diǎn)亮。

4.4鍵盤模塊程序設(shè)計(jì)

鍵盤模塊的程序首先需要進(jìn)行初始化，初始化延時(shí)函數(shù)，初始化LED端口，初始化與按鍵連接的硬件接口。然后軟件對(duì)按鍵去抖，寫明每個(gè)按鍵的功能。

4.4無(wú)線傳輸模塊程序設(shè)計(jì)

當(dāng)數(shù)據(jù)從CPU經(jīng)過(guò)串行端口發(fā)送出去時(shí)，字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行的位，在接收數(shù)據(jù)時(shí)，串行的位被轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)據(jù)。無(wú)線網(wǎng)卡與stm32直接就是使用的串口通信。

4.4軟件調(diào)試

系統(tǒng)源程序采用 keil5軟件仿真器進(jìn)行軟件調(diào)試，首先依據(jù)各功能模塊的功能要求和工作過(guò)程畫出程序的流程圖，然后根據(jù)流程圖和系統(tǒng)的硬件連接寫出詳細(xì)的C語(yǔ)言程序，在調(diào)試時(shí)可以一個(gè)模塊一個(gè)模塊調(diào)試，以減少錯(cuò)誤的幾率，各個(gè)功能模塊調(diào)試完了，再對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，一旦有報(bào)錯(cuò)信息，可以對(duì)功能模塊再次仔細(xì)檢查，直到調(diào)試成功為止。

5.總結(jié)

基于STM32F103的無(wú)線病房呼叫系統(tǒng)采用無(wú)線傳輸信號(hào)的功能并用數(shù)碼管和LED燈屏雙重顯示病房的呼叫，增大了呼叫的成功率、系統(tǒng)的可靠性和靈活性，其設(shè)有語(yǔ)音傳輸功能，在使用的過(guò)程中，可以通過(guò)通話更及時(shí)的了解病患的情況及需求，使呼叫更具人性化，同時(shí)系統(tǒng)的無(wú)線發(fā)射接收模塊電路可以增大系統(tǒng)靈活性，避免臨時(shí)加床時(shí)的不能呼叫的情況發(fā)生，是病患得到最好的服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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