基于无线射频技术的医院病房无线呼叫系统设计

2011-09-29唐梦佳

医疗卫生装备 2011年2期

朱慧，唐梦佳

朱慧，唐梦佳

目的：为替代现有的医院病房有线呼叫系统，改变病房与医护值班室的信息传递方式，创造更加整洁的医院病房环境，设计了基于无线射频技术的医院病房无线呼叫系统。方法：采用AT89S52单片机作为主控芯片，nRF905作为无线收发模块，并配以相应的供电控制电路、输入模块和报警显示模块，对呼叫发射终端和接收显示终端进行设计。结果：现场测试表明，无线呼叫系统的有效传输距离为150 m，在此距离内信号传输稳定，且具有一定的抗干扰性。结论：该呼叫系统具有电路结构简单、成本低、可靠性高、布置方便、易于维护等特点，能够有效替代现有的有线呼叫系统。

无线呼叫系统；射频通信；AT89S52；nRF905

AbstractObjectiveTo design a hospital ward wireless alarming system based on RF communication technology in order to replace the existing wired alarming system,change the way of information transfer between the ward and the medical duty room and create a cleaner environment of hospital wards.MethodsWith AT89S52 as the master chip,nRF905 as the wireless transceiver module and corresponding power supply control circuit,the input module and the alarm display module were used to design the call launch terminal and the receiving display terminal.ResultsThe field test showed that the effective transmission distance of wireless alarming system was 150 meters.Signal transmission was stable and had certain anti-interference within this distance.ConclusionThe call system has the simple structure,lower cost,higher reliability and convenient layout,easy maintenance,etc,so it can replace the existing wired call system effectively.[Chinese Medical Equipment Journal，2011，32（2）：37-38]

Key wordswireless calling system;RF communication;AT89S52;nRF905

1 引言

当今社会，病床呼叫系统已成为医院不可缺少的监护设备，它对于患者和医护人员之间的信息沟通起着十分重要的作用，能够有效地保证患者及时得到医护人员的看护和医治，同时为医护人员的医护管理带来极大的方便。目前，现有的呼叫系统大都以有线为主[1-2]，有线呼叫系统需要在医护人员值班室和病房之间铺设线路，布置起来比较麻烦，而且对病房的环境有一定的影响，为解决有线系统的不足，迎合医院追求环境整洁的需要，我们设计了医院病床无线呼叫系统。

2 系统工作原理及总体结构

病床无线呼叫系统由接收显示终端和呼叫发射终端2大部分构成。布置系统时，将无线接收显示终端安装在医护人员值班室，呼叫发射终端安装在病房或者楼道内。呼叫按钮挂接在无线发射终端之上，采用4×4矩阵式键盘设计，每台发射终端可挂接16个呼叫按钮。呼叫按钮安装在相应病房对应的病床上。当某一呼叫按钮按下时，呼叫发射终端会判断出按键按下的位置，并将相应的病房号和病床号通过规定好的数据帧格式发送到值班室的接收显示终端上；接收显示终端接收到数据帧后，通过解码在液晶显示器上显示出呼叫的病房号和病床号，并通过声光报警来提示值班人员。系统的总体结构如图1所示。

图1 系统总体结构图

3 硬件设计

系统硬件设计包括接收显示终端和呼叫发射终端的设计，两者均以AT89S52单片机和nRF905无线收发器为核心。AT89S52是一种低功耗、高性能的CMOS 8位微控制器，具有8 KB在线可编程Flash存储器。nRF905是挪威Nordic公司推出的单片射频收发芯片，工作电压为1.9～3.6 V，工作于433/868/915 MHz 3个ISM频道。nRF905可以自动完成前导码和CRC校验码的处理，采用曼彻斯特编解码，具有低功耗的特点。当输出功率为-10 dBm时，发射瞬时电流为11 mA，在接收模式时，电流为12.5 mA。nRF905采用SPI接口完成同微处理器的数据传输，nRF905发射一次的数据量最大为32 B[3]。

3.1 呼叫发射终端

呼叫发射终端由AT89S52、nRF905、4×4矩阵按键及供电电路构成，其原理如图2所示。当AT89S52检测到有按键按下时，进行按键判断，并将判断结果以相应数据帧格式发送出去，每次发送完毕后，LED指示灯闪烁。该终端在正常情况下采用交流电源供电，当断电时，采用直流供电。

作者单位：313100 浙江长兴长兴县妇幼保健院（朱慧）；313100浙江长兴长兴县图书馆（唐梦佳）

图2 呼叫发射终端原理图

3.2 接收显示终端

接收显示终端由AT89S52、nRF905、声光报警装置、存储器、功能按键、液晶显示模块、供电电路组成，其原理如图3所示。当nRF905接收到信号后，交由AT89S52分析并解码，然后将信息存储到存储器中，最后调用显示程序将存储器中存储的最近5条呼叫信息在液晶显示模块相应位置显示，并进行声光报警。功能按键包括清空存储器按键、信息查询按键等。液晶显示模块选用12864汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8 192个中文汉字（16×16点阵）、128个字符（8×16 点阵）及 64×256 点阵显示 RAM（GDRAM）。存储器选用24c04单总线串行存储器，它是一个1 KB位串行CMOS E2PROM，内部含有128个8位字节。

图3 接收显示终端原理图

4 软件设计

4.1 防冲突软件设计

对于呼叫发射终端，有可能在同一时间内有多个呼叫按键被按下，为了避免冲突，在检测到多个呼叫信号时，首先将其存储在单片机的RAM中，然后实行顺序发射。当在同一时间有多个呼叫发射终端同时发射数据时，会产生信息碰撞，因此需要采用合理的防碰撞机制。在此，我们采用了CSMA（载波侦听多路访问）协议，该协议的实现原理是发射终端在发送数据前先进行载波侦听，以确认当前使用的信道未被占用，如果侦听到有其他终端在发送数据，则会延时等待，从而有效降低了发生冲突的可能性，提高了整个系统的吞吐量[4]。