病房無線呼叫系統的設計

引言

病床呼叫系統是病人請求值班醫生或護士進行診斷或護理的緊急呼叫工具。可將病人的請求快速傳送給值班醫生或護士，是提高醫院和病室護理水平的必備設備之一。

系統原理框圖

系統分為呼叫分機和接收主機，分機用來進行呼叫，編碼使用單片機完成，分機的核心電路即是單片機與射頻芯片的連接電路。主機負責接收分機發來的信號，并進行解碼、顯示和報警，主機上還設有鍵盤用于翻查和刪除，所以主機上應接有鍵盤、顯示和報警電路。系統的主要原理框圖如圖1和圖2所示。

圖1 呼叫分機原理框圖

圖2 接收主機原理框圖

系統軟件設計

系統的設計分主程序和顯示報警鍵盤等子程序設計，主程序設計中包括通信協議和收發程序的設計。

分機系統流程圖設計

分機在開機后首先初始化，然后就進入休眠狀態以節省電能。單片機查詢掃描發射鍵，如果沒有按下則繼續等待，如果掃描到發射鍵按下，系統便掃描撥碼開關的狀態以確定地址碼，然后將射頻芯片置于發射狀態并且開始地址碼傳送，地址碼傳送完畢后再將射頻芯片回到接收狀態等待確認信息，確認信息收到后點亮確認燈一秒，然后休眠狀態等待，如此循環工作。其總流程如圖3所示。

圖3 分機流程圖

主機系統流程圖設計

主機開機便進行初始化，然后進入數據接收狀態等待，當接收到呼叫信號后，便進行存儲，調用顯示子程序進行循環顯示，然后給呼叫器發送出回應信號，發送完畢后，射頻芯片再次置于接收狀態等待信息，其總流程圖如圖4。

圖4 主機流程圖

系統硬件設計

分機電路設計

分機使用便攜式設計，采用電池供電，在選用元件時候需要考慮到功耗和體積，還需要考慮芯片工作的最低電壓的問題。所以單片機選用AT89C2051，它只有20個引腳，結構精簡、體積小、功耗低，而且在3V的電壓下就能穩定工作。它具有AT89C51的內核，指令系統也一樣。分機上所需要的I/O口很少，使用AT89C2051完全能滿足要求。此設計包括分機號碼設定電路的設計、分機nRF401與AT89C2051主連接電路的設計、分機天線設計、分機電源電路設計。

綜合以上各部分電路，得到分機總電路圖如圖5，PCB板如圖6。

圖5 分機總電路圖

主機電路設計

從系統的原理框圖可知，主機系統分電源、顯示、報警、鍵盤等部分。

主機電源電路的設計

由于主機不需要移動，因而可以采用市電交流220V供電，交流經變壓器后輸出6V交流經整流濾波后使用三端穩壓芯片7805穩壓，輸出5V直流供主機使用。

三端穩壓器采用CW7805，CW7805特性參數為：U0為+4.75V~+5.25V，最小輸入電壓為+7V，最大輸出電流為1A。

圖6 分機電路PCB板

變壓器副邊輸出電壓：

變壓器副邊輸出電流，取I2=1A，變壓器副邊輸出功率。

由上分析，副邊輸出電壓可取12V，輸出電流為1A，為留有余地，一般選功率為10W的變壓器。

整流二極管選1N4001，其極限參數為，而，因為，而，所以濾波電容C的耐壓應大于。

此外，系統還包括主機nRF401與AT89C51主連接電路設計、顯示電路的設計、鍵盤電路設計、報警電路的設計。綜合以上各部分電路，主機總電路圖如圖7，PCB板如圖8。

圖7 主機總電路圖

圖8 主機電路PCB圖

結論

該系統能實現醫院呼叫所需的一般功能，為了簡化系統的硬件和軟件結構，在設計時沒有考慮通話的功能。由于每次呼叫的時間在數十毫秒級別，很難遇到兩個呼叫器在這么短的時間內同時發出呼叫信息，所以呼叫器在呼叫之前沒有考慮主機忙的情況，也就不能完全排除遇到主機忙而導致呼叫失敗的情況。但由于分機上有一個確認燈，遇到呼叫失敗的情況，呼叫后確認燈不會閃亮，則需要用戶再次呼叫一次。由于時間和能力所限，系統的功能不能十分完善，也難免有可能出現漏洞，需要加以改進。