基于单片机的无线病房呼叫系统设计（二）

呼叫系统” title =“ Call System”> Call System“ title =” Call System“>作为一种基本的医疗护卫设备，呼叫系统已逐渐普及并不断改进. 传统的病房呼叫系统使用PC网络监视和有线控制. 尽管它具有强大的服务功能和监视功能，但其实现方法复杂，且早期投资和后期维护的成本很高.

本文使用单片机来实现无线数据传输通信和实时报警功能，并设计了一种低成本的通用病房呼叫系统. 整个系统采用无线通信，减少了复杂的接线基于51单片机的病房呼叫系统，安装，维护和拆卸的难度基于51单片机的病房呼叫系统，并且可以监视多个病房并促进扩展和升级.

1系统设计

此设计使用从机和主机分离的模式. 从站安装在每个病房，主站安装在医疗室或值班室. 多个从机处于等待外部呼叫信号的状态，并且主机始终处于等待从从机接收呼叫信息的状态，并且在从机和主机之间采用无线数据传输通信. 当患者按下安装在床边的从属按钮时，安装在护理站中的主机会在收到信号后发出提示音，并且发光二极管点亮. 数字管显示床号和打给患者的电话数. 治疗和服务床位.

病房呼叫系统的硬件设计主要包括两部分: 主机硬件设计和从机硬件设计. 主机硬件设计包括RF芯片的电路，AT89C51芯片的显示部分，报警部分和简单电路的设计. 从机硬件设计包括RF芯片的电路，AT89C51芯片的电路的设计.

1.1主机硬件电路设计

该系统使用AT89C51作为控制器，并使用射频芯片nRF401设计接收/发送电路，以实现与从机的数据传输[1]. 当nRF401芯片接收并处理接收到的数据或控制器将信息发送并发送到nRF401芯片时，nRF401芯片与控制器之间的通信使用异步串行通信. 在这种通信模式下，单片机的RXD端和TXD端分别连接到nRF401芯片的DOUT端和DIN端，并用作两者之间的数据串行传输通道. P1.1端口连接到nRF401芯片的TXEN端口，用于选择nRF401芯片的工作状态（发送状态或接收状态）. P1.2端口连接到nRF401芯片的PWR-UP端口，以控制nRF401芯片的节能状态. P1.3端口连接到nRF401芯片的CS端口，以选择nRF401芯片的传输频率（该芯片有两个传输频率）. 另电路如图1所示. 为了方便使用低成本PCB天线，本设计中的天线接口设计为差分天线[2]. 该系统主机的硬件电路设计如图2所示.

该系统的硬件电路设计

1.2从站硬件电路设计

本设计中的病房呼叫系统具有一个主控器和多个从机，从而实现了多病房对安装在医务室值班室的主控器的实时呼叫. 从控制器的电路设计，射频芯片nRF401与控制器的连接方式以及电路的设计与主机一致. 区别在于显示和警报硬件电路更少，并且有一个外部请求信息接收电路. 从机中的外部请求信息接收电路的设计仅依靠P0.0端口来等待外部高电平. 按下SB2后，发光二极管点亮，P0.0端口接收外部高电平. 发送消息，直到收到主机返回的成功消息后，它才会自动结束通话，并继续进入等待外部请求信号的状态.

2系统软件设计

在软件设计过程中，必须考虑系统通信的抗干扰性能和正常通信识别的具体实现方法，以及解决信息冲突的具体软件实现方法.

2.1主机编程

主机程序设计主要包括初始化程序，数据发送程序，数据接收程序，延迟程序，LED显示程序和蜂鸣器报警程序. 这些程序未以子程序的形式实现. 这是因为每个功能的实现不是完全独立的，而是彼此交织在一起的，这使得子程序难以实现. 在该设计中，单片机汇编语言用于编写系统功能模块程序. 主机的主程序流程如图3所示.

主程序流程图

2.2从站编程

从站的程序设计主要包括初始化程序，外部呼叫信号等待程序，数据接收程序，数据发送程序，延迟程序等主程序. 这里需要说明的是，在设计外部呼叫信号等待程序时，接收到外部呼叫信息后，需要经过一段时间（约30 ms）的延迟才能采样，看是否为瞬态干扰信号.

3系统通信协议设计

3.1系统无线通信协议设计

由于此设计的无线网络系统中有一个中心（主机）和多个用户（从机），因此该系统提出了一种点对多点通信方法，并且该协议是点对多点通信协议. 在整个病房呼叫系统设计的通信系统中，无论是发送请求信息还是响应信息，发送的数据量始终保持固定的字节数，信息结构简单，数据量小；并且为了减少传输，信息冲突的可能性受到该系统中从站数量的限制. 因此，本设计中使用了一种相对简单的纯ALOHA方法来解决信息冲突问题[3].

3.2通信协议数据帧设计

该系统使用固定字节长度的数据帧，并使请求信息数据帧和响应信息数据帧格式彼此对应. 从属请求信息数据传输使用前导报头，接收地址，发送地址和校验字. 数据帧格式和主机的响应信息数据传输采用前导报头，接收地址，确认命令和校验字的数据帧格式.

（1）前导前缀: 对于主机，为了随时接收从机发送的请求信息，其射频芯片nRF401始终处于接收状态. 在此设计的传输协议中，数据帧的前导字使用OxFF，后跟OxAA作为通信同步代码. 接收协议只能接收以OxFF和OxAA开头的数据包. 应该注意的是，必须在上述启动报头之前添加一个随机字节，因为第一个字节在初始传输期间通常不可用，其作用是使进入抑制噪声的状态. 在这种设计中，随机字节使用Ox00.

（2）接收地址: 接收地址包括从机发送的请求消息中的接收地址和主机发送的答复消息中的接收地址. 在医院的病房大楼中，可能会有多套相同规格的RF无线病房呼叫系统同时工作. 这样，必须对每个主机进行编码，以便主机可以确认是否将接收到的信息发送给自己. 当从机发送请求信息时，该主机号也用作接收地址. 每个主机下的从站也将有一个相应的编号. 在本设计中，此号码用作病房号码，这是主机发送响应消息时的接收地址.

（3）发送地址: 从机发送的请求消息和主机返回的回复消息中都存在发送地址. 从属请求信息中的发送地址是提供给主机以供显示的病房号，也是主机发送响应信息时的接收地址. 通过应答消息中的接收地址，从机可以判断接收到的消息是否发送给自己. 否则，从站将再次重新发送请求消息，否则它将继续接收确认消息. 同样，主机也可以根据请求信息中的发送地址，确认发送的信息是否是其自己管辖范围内的从机，否则，将不会被接收和显示.

（4）确认指令: 主机使用确认指令通知从机信息是否正确发送. 在此设计中，OxFF用作发送正确指令的信息，OxEE用作发送错误指令的信息. 实际上，在这种设计的软件设计中，为了确保信息的准确传输，只要确认信息不是OxFF，从机就会自动重新发送信息.

（5）校验字: 校验方法包括奇偶校验，CRC校验等，但是在本设计中使用了加法校验方法. 该方法的具体实现是: 发送方将导频字以外的数字帧信息作为校验字添加到接收方，接收方在接收到信息时还接收导频字和校验字以外的数字帧信息. 并将结果与??校验字进行比较，看是否相等. 如果相等，则表示传输成功，否则，则传输失败.

4系统混合信号PCB板设计

系统印刷电路板（PCB）设计对于获得出色的RF性能至关重要. 系统PCB使用双面板，该双面板分为组件侧和底侧. 在进行具体设计时，请充分注意以下两点:

（1）确保系统已完全接地. 在底面上设计一个连续的接地平面. 组件表面上的接地平面可确保组件完全接地. 大量的通孔链

组件侧的接地平面和底侧的接地平面.

（2）部件的布局应尽可能合理，并且模拟电源和数字电源应分开放置以避免相互干扰. RF电路的电源与高性能RF电容器去耦，去耦电容器应尽可能靠近nRF401的VDD端子. 通常，小容量电容器也与大容量表面贴装电容器并联连接. nRF401的电源必须经过很好的滤波，并与数字电路的电源分开.

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