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1 引言 目前醫院使用的病房呼叫系統多為有線(xiàn)呼叫系統，存在布線(xiàn)復雜、布線(xiàn)費用較高、易出故障、維修不便、明線(xiàn)不雅觀(guān)等缺陷。本文介紹的無(wú)線(xiàn)呼叫系統沒(méi)有上述缺點(diǎn)，安裝方便，成本低，使用簡(jiǎn)單。 2 系統硬件設計 本系統利用MCS-51系列單片機的串行傳輸功能，將串行輸出信號傳送到發(fā)射電路，當信號為高電平時(shí)高頻發(fā)射電路工作，并發(fā)射433 MHz等幅高頻信號，當信號為低平時(shí)高頻發(fā)射電路停止工作，所以高頻發(fā)射電路完全受控于單片機串行輸出的數字信號，對高頻電路完成幅度鍵控(ASK調制)。采用超載波接收板接收高頻信號，信號解碼、聲光報警、動(dòng)態(tài)顯示等功能由單片機完成。 2.1 系統主機的設計 本系統的主機以AT89C51為核心，電路如圖1所示，電源電路與從機電路電源部分(見(jiàn)圖2)相同。 主機電路包括高頻發(fā)射模塊、超載波接收模塊、數碼顯示驅動(dòng)模塊、鍵盤(pán)掃描、聲光報警、復位電路等。待機情況下，數碼管顯示全零，聲光報警電路均不工作。當病人按動(dòng)安裝在床頭的從機按鍵時(shí)，安裝在護士站的主機收到信號后發(fā)出3聲“嘀”的提示音，同時(shí)發(fā)光二極管亮，數碼管顯示呼叫病人的床位號和呼叫次數，醫生或護士根據顯示床位號進(jìn)行治療與服務(wù)。主機具有記憶最近呼叫的9組床位號及其呼叫次數的功能。 AT89C51中有一個(gè)全雙工異步串行通信接口，可用作UATR(通用異步接收和發(fā)送器)，也可用作同步移位寄存器。在本系統設計中，UATR為串行工作方式1。單片機以串行通信方式工作時(shí)，串行口檢測到1個(gè)由“l(fā)”到“0”的跳變時(shí)開(kāi)始啟動(dòng)串行接收，且單片機在非串行通信時(shí)段內的輸出為“1”，所以在發(fā)射電路之前和接收模塊之后均需再加1個(gè)非門(mén)，防止發(fā)射電路在非通信時(shí)一直處于發(fā)射狀態(tài)，同時(shí)滿(mǎn)足單片機串行通信要求，保證單片機能夠正常收發(fā)數據。需要發(fā)射的數據信號從AT89C51的11引腳輸出經(jīng)反相后送到433MHz高頻發(fā)射電路發(fā)射。該高頻發(fā)射電路采用聲表面波(SAW)諧振器穩頻，性能穩定，無(wú)需任何調試即可正常工作。因為高頻接收電路易受干擾，不易調試，而市售成品接收模塊性能穩定，價(jià)格低，故本系統中采用成品接收模塊，該接收模塊收到的信號經(jīng)反相后送入AT89C51的10引腳進(jìn)行解碼。 2.2 系統從機的設計 從機采用AT89C2051作為核心，主要完成串行通信、按鍵掃描、聲光警報等功能。單片機的Pl口設定為用戶(hù)可任意修改的數據腳，用戶(hù)通過(guò)撥碼器根據需要任意設定Pl口為高電平或低電平，共256種設置表示256個(gè)床位號，如圖2所示。 電路中設有1個(gè)呼叫按鍵，當病人要呼叫護理總臺時(shí)，只要按下按鍵，此時(shí)指示燈閃亮。主機收到呼叫后發(fā)出聲光報警提醒值班醫生或護士，如果值班醫生或護士按主機回復鍵，則從機收到信號后發(fā)出聲光警報，指示燈閃4次，蜂鳴器發(fā)出3聲“嘀”，以提示病人醫生或護士已經(jīng)收到呼叫。從機的串行信號發(fā)射和接收電路與主機相同，不再詳述。 3 軟件設計 3.1 發(fā)射數據格式 單片機和接收模塊工作時(shí)，通常用戶(hù)可以自定義傳輸協(xié)議，不論用何種調制方式，所要傳遞的信息碼格式都很重要，它將直接影響數據收發(fā)的可靠性。常用信息碼格式為：前導碼+同步碼+數據幀。 前導碼發(fā)射時(shí)間應大于10 ms，以避開(kāi)背景噪聲，因為接收模塊接收到的第一位數據極易被干擾(即零電平干擾)而引起接收數據錯誤。所以在發(fā)射同步碼前加一些前導碼以抑制零電平干擾。同步碼主要用于區別前導碼及數據，有一定的特征，使軟件通過(guò)一定的算法鑒別出同步碼，同時(shí)做好接收數據準備。數據幀即是要傳送的信號。 本系統是運用單片機的串行通信，數據每次發(fā)送4幀，第一幀為8位全0碼，第二幀為8位全1碼，這2幀數據是前導碼，實(shí)踐證明能良好抑制零電平干擾；第三幀為8位同步碼，以不同的同步碼構成256組不同的呼叫系統；第四幀8位表示256個(gè)不同的床位號。經(jīng)過(guò)軟件比較后，發(fā)現接收到的前2幀為全0碼和全l碼后才開(kāi)始接收同步幀和數據幀。軟件判斷同步幀數據為本呼叫系統的同步碼后解碼數據幀，顯示床位號和呼叫次數，并以聲光報警。 3.2 主機軟件設計 主機主程序主要完成系統參數的初始化、串口中斷配置、按鍵掃描、鍵值處理、聲光報警和掃描顯示等，其流程如圖3所示。串行發(fā)射和接收中斷子程序的流程圖如圖4和圖5所示。 3.3 從機軟件設計 從機主程序流程如圖6所示。從機串行發(fā)射和接收中斷子程序的流程同主機相同。 4 幾個(gè)可靠性問(wèn)題的處理 選擇合理的通信速率。接收數據模塊的最大數據率為9.6K字節，一般控制在2.5K字節左右，過(guò)高的數據速率會(huì )降低接收靈敏度及增大誤碼率，甚至使系統根本無(wú)法正常工作。本系統的波特率為2 604 b/s。 51系列單片機工作時(shí)，會(huì )產(chǎn)生比較強的電磁輻射，主要頻率在9 MHz"900 MHz，它會(huì )影響無(wú)線(xiàn)接收模塊的靈敏度。解決方法：一是對接收模塊采用獨立的5 V電源；二是布板時(shí)應在單片機周?chē)黾哟竺娣e地層以減小單片機的電磁輻射；三是使用盡量低的單片機振蕩頻率，本系統采用4 MHz晶體振蕩器；四是對單片機進(jìn)行屏蔽。同時(shí)采用這些措施能較好地解決靈敏度干擾問(wèn)題。 另外，采用軟件陷阱和軟件冗余等技術(shù)可提高系統抗干擾能力。 5 結束語(yǔ) 本系統目前已投入生產(chǎn)，實(shí)際使用證明該系統工作可靠，故障率低，易于安裝維護，使用方便。經(jīng)實(shí)測，穩定可靠的呼叫距離可達100 m以上，能滿(mǎn)足實(shí)際使用要求。只需延長(cháng)發(fā)射信號的同步碼和數據幀長(cháng)度，就可方便地對系統進(jìn)行功能擴展。 本系統不僅適用于醫院病房，稍加改進(jìn)還可廣泛應用于需要多路防范戒備的防盜、大型停車(chē)場(chǎng)管理、酒店客房對總臺呼叫、教學(xué)提問(wèn)搶答、無(wú)線(xiàn)航模、多種動(dòng)作控制的無(wú)線(xiàn)遙控玩具等場(chǎng)合。 |
