一种低成本的病床呼叫系统

崔巍　曹新亮　王孟德　吕忠亭

摘 要： 基于STC89C52单片机设计了一款低成本病床呼叫系统。使用单片机控制语音合成芯片和液晶显示模块，通过ISD1760的FT直通操作模式录制语音信息，然后利用ISD1760的SPI模式接口与单片机的I/O端口连接通信，实现单片机对语音芯片的控制。同时加入留言功能，使呼叫系统更加人性化。样机测试表明，呼叫系统的稳定性高，解决了落后地区乡镇医院中病人得到及时护理的问题。

关键词： 病床呼叫系统； STC89C52； SPI模式； ISD1760

中图分类号： TN912.3?34； TP273 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）03?0091?03

The design of low?cost sickbed calling system

CUI Wei， CAO Xin?liang， WANG Meng?de， L? Zhong?ting

（College of Electronic and Information， Yanan University， Yanan 716000， China）

Abstract： A low?cost sickbed calling?system is designed based on STC89C52. The single?chip microcomputer is used to control speech synthesize and LCD display module， and the voice massage is recorded through FT straight?through operation mode of ISD1760. Then the SPI model interfaces of ISD1760 is connected and communicated with the I/O port of single?chip microcomputer to realize the control of voice chip by single?chip. The addition of the message function makes the calling system more humanized. Prototype tests show that the call system has high stability， which can solve the problems of timely care for patients in backward area of township hospitals.

Keywords： sickbed calling?system； STC89C52； SPI mode； ISD1760

随着社会的经济和科技不断发展，医疗辅助设备的功能也更加丰富，随之价格也是不断的升高，一些乡镇医院和养老院承担不起安装费用。但是，目前对于病床呼叫系统[1]的监测和警报，特别是针对病人单独住院或陪护人员有事不在的情况，一款低成本的病床呼叫系统的设计已经成为必需[2]。同时，加入语音留言功能，以便护士及时得知病人服务请求。目前，医院使用的呼叫系统由相对复杂的数字电路构成，存在维护麻烦，成本高等缺点。本文所设计的呼叫系统具有电路结构简单、可靠性高、布线施工方便、成本低、易于维护等特点[3]，并且采用语音提示技术以及语音留言存储技术，使得设备更加人性化。

1 系统总体方案设计

本系统中，病人通过直控键盘向护士台发出呼叫。按键按下后，产生的信号传递给单片机，单片机对信号进行处理，使得护士台处LCD显示相应病床的编号，语音报警扬声器响起。值班护士看到信息后，按下复位键，系统显示回到起始状态，扬声器停止警报，然后去处理病人的请求。若病人按键呼叫20 s后，护士台无应答，则系统提示病人按下留言键留言，然后系统自动保存留言，并在LCD上显示呼叫床号；护士看到LCD上的提示后，按下放音按键听取留言，而后按键复位。

系统主要由控制模块、信息发送模块（键盘接口电路）、文字显示模块、语音报警模块、录音存储模块构成。系统框图如图1所示。

图1 系统框图

2 系统硬件设计

2.1 控制模块、信息发送模块及显示模块

STC89C52作为系统控制器，信息发送模块采用独立按键设计。由于先前制作一个小型的样机，只设置4个床位，所以采用独立按键设计。故选用单片机的P1.0～P1.3口作为4个病床的呼叫按键。在日后的扩展中，可以选择8×8矩阵按键，可以扩展64个床位，也可以进一步扩展单片机的I/O口，组成更多的矩阵按键。

显示模块使用LCD12864带中文字库的液晶显示器，采用串口模式传送数据。故LCD12864的RS、WR、E引脚分别与单片机的P0.1～P0.2连接。

2.2 语音报警模块、录音存储模块

综合考虑录音时间及性价比后，本设计使用语音芯片ISD1700系列的ISD1760，可以任意分段存储60 s的语音数据。该芯片支持两种工作模式：按键模式与SPI模式[4]，芯片可以将存储的语音信息自动分成若干段，通过对各个段地址的操作，可以控制播放、删除、录音各段地址内的空间。语音报警模块[5]使用一块ISD1760，选择使用ISD1760的SPI模式，也就是用主控单片机通过SPI接口模式对ISD1760进行串行通信，从而控制ISD1760。ISD1760的4～7口对应MISO、MOSI、SCLK、SS分别与单片机的P0.4～P0.7相连接。特别提示，用户实际录音地址为0x10到末地址，因为0x00～0x0F为芯片自带提示音存储位置。

录音存储模块使用一块ISD1760，选择使用ISD1760的独立按键模式，通过芯片外围电路与按键来控制整体电路。使用ISD1760内部自带的按键功能，具体使用的按键有：录音按键、放音按键、擦除按键、下一段按键。

综上所述，系统的总体电路如图2所示。

3 系统软件设计

主控单片机主要通过SPI接口模式对ISD1760进行串行通信。通过这个SPI接口模式[6]协议可以完成对芯片控制指令的所有操作。ISD1760提供了多达25条控制指令，控制字一般为2 B或者3 B，带有地址的指令可以多达7 B，通过使用这些控制命令可以对ISD1760进行控制，可以精确到一个存储单元[7]。

主控芯片控制显示器、按键电路、语音报警模块，对于语音报警模块采用二次编程来实现最终的目的，第一次编程，为了把语音信息存储进ISD1760和读出所存放每一段的具体地址。首先，编写控制ISD1760语音芯片的程序，可以对ISD1760进行录音、放音、读地址等操作。具体连接为：ISD1760语音芯片与单片机连接实现SPI通信模式，然后单片机通过串口连接与计算机进行通信。这样就可以通过计算机中的一个软件ISD1700Ver2.02对ISD1760进行基本的一些操作。主要是为了把语音信息录进ISD1760片内，然后读出语音信息的首末地址，这样以便在第二次编程更加方便，可以直接指定播放的段地址，就可以播放相应的语音信息。由于语音段的存储空间是连续的，下一段起始地址减一就是上一段的结束地址，所以很容易通过软件ISD1700Ver2.02得出具体录音地址，见表1。

表1 语音地址

[录音信息＼&首地址＼&末地址＼&一床呼叫＼&00 10＼&00 29＼&二床呼叫＼&00 30＼&00 57＼&三床呼叫＼&00 58＼&00 90＼&四床呼叫＼&00 91＼&00 B0＼&提示留言＼&00 B1＼&00 DE＼&]

第二次编程，可以实现最终的病床呼叫功能。只需要编写指定段的放音程序就可以了，不需要上位机再控制ISD1760语音芯片。利用下面函数，向语音芯片ISD1760发送7 B带有地址的指令，就可以实现地点的播放、录音及擦除等功能。

如果在呼叫20 s后，护士台没人应答，则系统默认护士台暂时没有护士，系统即提醒病人或者陪护人员按下留言按键留言，系统通过录音存储模块自动存储留言，并在LCD12864上显示几床呼叫且有留言。具体软件流程框图如图3所示。

图3 系统软件流程框图

实验测试证明，设计的样机实现了呼叫系统的基本功能，稳定性高且达到了良好的效果，经过进一步的优化和接口的扩展可用于贫困乡镇地区的医院和养老院。实验样机如图4所示。

图4 实验样机图

4 结 语

本设计采用了STC89C52的通用I/O口与语音芯片的SPI接口相连接，SPI总线系统是一种同步串行外设接口[8]，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。SPI采用了串行接口模式可以节省单片机的I/O，在单片机的移位脉冲下，数据按位传输，高位在前，低位在后，为全双工通信，数据传输速度总体来说比I2C总线要快[9]。但是由于SPI接口有一个缺点：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。所以系统在测试过程中有时会出现接口信息混乱的问题，从而引起ISD1760内部地址混乱，导致必须全部擦除片内语音信息才可以重新使用。

参考文献

[1] 贺娟，熊飞峤，袁颂岳.病房呼叫系统的设计与研究[J].微计算机信息，2012，29（10）：266?267.

[2] 邵婷婷，张明，范圣花.基于单片机的太阳能病床呼叫系统设计[J].信息技术，2011（8）：61?62.

[3] 李长俊.新型病床呼叫系统的研制[J].仪器仪表学报，2004，25（z1）：180?181.

[4] 李佳旭，丁鹏飞.基于ISD1760的智能语音计费显示系统设计[J].电子元器件应用，2010，12（6）：20?21.

[5] 翟位雷，吴亚锋，郜淑媛.基于PIC16F877的语音播报系统的实现[J].工业仪表与自动化装置，2009（6）：104?106.

[6] 房向荣.单片机I2C总线和SPI接口总线复用方法研究[J].微电机，2011，44（7）：112?115.

[7] 邓坚，熊瑞庭，全书海.基于ISD1760的智能电梯语音报站系统[J].中国水运，2009，9（2）：120?121.

[8] 段向东，毋玉芝.基于CP2120的SPI与I2C总线接口转换电路设计[J].国外电子元器件，2007（12）：47?49.

[9] 易志明，林凌，郝丽宏，等.SPI串行总线接口及其实现[J].自动化与仪器仪表，2002（6）：45?48.