以单片机为核心的病房无线呼叫系统设计

丁文祥

摘 要 该系统以AT89C51单片机为核心辅以无线输入电路、LED显示电路和BPMS报警电路，在每个病床设置无线发射按键，当患者有需要时，按下按键，此时值班室给医护人员报警提示，显示屏可显示此患者的床位号。本文对该系统的硬件和软件结构进行了相应的描述，介绍了系统的功能特点。

关键词 单片机 无线呼叫系统 硬件和软件结构

中图分类号：TN92 文献标识码：A

病床呼叫系统是一种应用于医院病房、养老院等地方，用来联系沟通医护人员和病员的专用呼叫系统，是提高医护水平的必备设备之一。针对传统有线呼叫系统布线较多、维护不便及容易出现各种故障的弊端，我们以AT89C51单片机为核心辅以无线传输电路、LED显示电路和BPMS报警电路设计了病房无线呼叫系统，以期提供一个成本低、效率高、操作方便和易于安装维护的快捷系统。

1 系统的硬件结构

采用美国ATMEL公司生产的低电压、高性能AT89C51单片机为系统的核心，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器和128 bytes的随机存取数。辅以无线传输电路、LED显示电路和BPMS报警电路，其实现结构框图如图1所示。

1.1 AT89C51单片机的特点

随着单片机功能集成化的发展，其应用领域也逐渐从传统的控制扩展为控制处理、数据处理以及数字信号处理等领域，AT89C51单片机具有低电压、低功耗、性价比高、功能强、指令效率高等优点。其主要特点：（1）集成度高，易于扩展；（2）较强的中断处理能力，支持异常中断、事件中断和软件中断三种类型的中断；（3）高效的指令系统。相对51系列单片机来说，程序编程指令特别严密，如在中断控制时必须加reti指令、在子程序结束时必须加retf指令，否则程序会跑飞。而且它有多种中断系统和多种定时器系统，可以根据需要具体选择，灵活性很大。

1.2 系统数据传输模块的选择

数据传输模块采用NewMsg_DS18B20模块，如图2。无线收发器工作电压为2.9～3.6V，工作在433/868/915 MHz的ISM频段，最大数据速率为100 Kb/s。芯片内部由1个完全集成的频率调制器、1个带解调器的接收器、1个功率放大器、1个晶体振荡器和1个调节器组成。ShockBurst工作模式的特点是自动产生前导码，VCC可以很容易通过SPI接口进行编程配置电流消耗很低，在发射功率为+10 dBm时，发射电流为30 mA，接收电流为12.5 mA。

1.3 系统供电电源模块的选择

系统采用ASM1117-3.3电源3.3 V电压供电。如图3所示。无线传输模块和AT89C51单片机皆为低功耗器件。核心部件LM1117-3.3是一个低压差电压调节器系列。压差在1.2 V输出，此时相应的负载电流为800mA。

2系统的软件设计

2.1 初始化配置

初始化配置分为以下3个部分：（1）编写SPIWRITE和SPIREAD子函数，即通过软件为单片机配置SPI功能。（2）初始化DS18B20的射频配置寄存器。这些寄存器中有很多信息，必须根据实际情况进行配置。设计中DS18B20外接16 MHz晶体，XOF应配置为01，PA2PWB为发射功率，RX2 RED2 PWB为接收灵敏（下转第41页）（上接第39页）度，可根据需要配置。另外还有发送地址、接收地址、发送数据和接收数据的长度，可根据实际应用配置。（3）配置DS18B20的发送地址，最多4B发送端的发送地址应与接收端设备的接收地址相同。在实际工作中，DS18B20可以自动滤除地址不相同的数据，只有地址匹配且校验正确的数据才会被接收，并存储在接收数据寄存器中。

2.2 发送数据

DS18B20发送数据前，通过调用SPI写函数，在待机模式下先把待发数据填进发送数据寄存器。然后把DS18B20的TRX_CE、TX_EN引脚都置为高电平，数据就会自动通过天线发送出去。为了数据可靠地传输，将射频配置寄存器中的自动重发位（AUTO_RE_TRAN）设为有效，这样在TRX_ CE被置高的时间内数据一直在重复不断的发送。程序中设计延时500 ms，之后拉低TRX_CE引脚，回到待机模式。

2.3 接收数据

AT89C51把DS18B20的TRX_CE引脚置为高电平，TX_EN引脚置为低电平后，即开始接收数据。在设计中可设定在一定的时间内一直判断DS18B20的DR引脚是否变高，若为高，则证明接收到了有效数据，可以退出接收模式；若一直没有接收到，待时间到也退出接收模式。退出后在待机模式，单片机把DS18B20内部的接收数据寄存器中的数据读出，即接收到的有效数据。

与传统的数据采集、处理系统相比较，以高性能新一代单片机AT89C51为核心，辅以无线传输电路、LED显示电路和BPMS报警电路的采集、处理无线传输系统，减少了元件从而简化了设计，有利于系统小型化和降低开发成本，而且使可靠性能大大增加。该系统适用于大量的数据采集的场合，使用方便、性能稳定，便于维护，具有一定的实用价值。

参考文献

[1] 陈希球.电子技术基础与应用.北京：科学出版社，2012（2）.

[2] 叶梦雄.基于MCS-51单片机的无线病房呼叫系统设计.数字技术与应用，2010（8）.

[3] 刘宝静.基于单片机的病房呼叫系统的设计.商业文化（下半月），2011（06）.