无线病房呼叫系统的设计

dtcxn · 发表于 2011-11-15 17:08

无线病房呼叫系统的设计 [复制链接]

　　1 引言
　　目前医院使用的病房呼叫系统多为有线呼叫系统，存在布线复杂、布线费用较高、易出故障、维修不便、明线不雅观等缺陷。本文介绍的无线呼叫系统没有上述缺点，安装方便，成本低，使用简单。
　　2 系统硬件设计
　　本系统利用MCS-51系列单片机的串行传输功能，将串行输出信号传送到发射电路，当信号为高电平时高频发射电路工作，并发射433 MHz等幅高频信号，当信号为低平时高频发射电路停止工作，所以高频发射电路完全受控于单片机串行输出的数字信号，对高频电路完成幅度键控(ASK调制)。采用超载波接收板接收高频信号，信号解码、声光报警、动态显示等功能由单片机完成。
　　2.1 系统主机的设计
　　本系统的主机以AT89C51为核心，电路如图1所示，电源电路与从机电路电源部分(见图2)相同。

　　主机电路包括高频发射模块、超载波接收模块、数码显示驱动模块、键盘扫描、声光报警、复位电路等。待机情况下，数码管显示全零，声光报警电路均不工作。当病人按动安装在床头的从机按键时，安装在护士站的主机收到信号后发出3声“嘀”的提示音，同时发光二极管亮，数码管显示呼叫病人的床位号和
呼叫次数，医生或护士根据显示床位号进行治疗与服务。主机具有记忆最近呼叫的9组床位号及其呼叫次数的功能。
　　AT89C51中有一个全双工异步串行通信接口，可用作UATR(通用异步接收和发送器)，也可用作同步移位寄存器。在本系统设计中，UATR为串行工作方式1。单片机以串行通信方式工作时，串行口检测到1个由“l”到“0”的跳变时开始启动串行接收，且单片机在非串行通信时段内的输出为“1”，所以在发射电路之前和接收模块之后均需再加1个非门，防止发射电路在非通信时一直处于发射状态，同时满足单片机串行通信要求，保证单片机能够正常收发数据。需要发射的数据信号从AT89C51的11引脚输出经反相后送到433MHz高频发射电路发射。该高频发射电路采用声表面波(SAW)谐振器稳频，性能稳定，无需任何调试即可正常工作。因为高频接收电路易受干扰，不易调试，而市售成品接收模块性能稳定，价格低，故本系统中采用成品接收模块，该接收模块收到的信号经反相后送入AT89C51的10引脚进行解码。
　　2.2 系统从机的设计
　　从机采用AT89C2051作为核心，主要完成串行通信、按键扫描、声光警报等功能。单片机的Pl口设定为用户可任意修改的数据脚，用户通过拨码器根据需要任意设定Pl口为高电平或低电平，共256种设置表示256个床位号，如图2所示。
　　电路中设有1个呼叫按键，当病人要呼叫护理总台时，只要按下按键，此时指示灯闪亮。主机收到呼叫后发出声光报警提醒值班医生或护士，如果值班医生或护士按主机回复键，则从机收到信号后发出声光警报，指示灯闪4次，蜂鸣器发出3声“嘀”，以提示病人医生或护士已经收到呼叫。从机的串行信号发射和接收电路与主机相同，不再详述。
　　3 软件设计
　　3.1 发射数据格式
　　单片机和接收模块工作时，通常用户可以自定义传输协议，不论用何种调制方式，所要传递的信息码格式都很重要，它将直接影响数据收发的可靠性。常用信息码格式为：前导码+同步码+数据帧。
　　前导码发射时间应大于10 ms，以避开背景噪声，因为接收模块接收到的第一位数据极易被干扰(即零电平干扰)而引起接收数据错误。所以在发射同步码前加一些前导码以抑制零电平干扰。同步码主要用于区别前导码及数据，有一定的特征，使软件通过一定的算法鉴别出同步码，同时做好接收数据准备。数据帧即是要传送的信号。
　　本系统是运用单片机的串行通信，数据每次发送4帧，第一帧为8位全0码，第二帧为8位全1码，这2帧数据是前导码，实践证明能良好抑制零电平干扰；第三帧为8位同步码，以不同的同步码构成256组不同的呼叫系统；第四帧8位表示256个不同的床位号。经过软件比较后，发现接收到的前2帧为全0码和全l码后才开始接收同步帧和数据帧。软件判断同步帧数据为本呼叫系统的同步码后解码数据帧，显示床位号和呼叫次数，并以声光报警。
　　3.2 主机软件设计
　　主机主程序主要完成系统参数的初始化、串口中断配置、按键扫描、键值处理、声光报警和扫描显示等，其流程如图3所示。串行发射和接收中断子程序的流程图如图4和图5所示。