基于NRF24L01的病床无线呼叫系统

刘小兵 杨杰 谭道军

摘要：随着物质生活水平的步步上升，人们对医疗服务水平的要求变得越来越高。在养老院和医院等地方，病床呼叫系统作为联系病员和医护人员的专用呼叫系统，成为了医院护理的必需设备之一。本项目以STC89C52单片机为控制核心，利用NRF24L01射频模块进行无线传输，开发出低成本、低功耗、相对较远的传输距离以及能够实现稳定通信的医院病房无线呼叫系统。关键词：无线病床呼叫；NRF24L01；STC89C52单片机 作为传送病床及时信息的重要手段之一，病房呼叫系统可以把病人的请求及时迅速的传送给值班的医护人员，同时能在医院的的医护监控中心主机上留下完整且准确的信息记录，成为了完善医院的护理水平的必需设备之一。呼叫系统的好坏会关系到病人的病态安危，一直以来广受各个医院的高度关注。它要求准确可靠并且及时的传达消息，同时设备需要简单而且利于推广。而传统无线式的病房呼叫系统可靠性较差，并且发出的无线电波会干预到其它的医疗仪器设备，所以目前大部分的医院不使用无线呼叫系统。本病房无线呼叫系统的设计采用了Nordic公司新推出的NRF24L01射频芯片，并且有低功耗的单片机STC89C52控制完成实现短距离无线数据通信的优势。该设计具有成本低、功耗低、传输速度快、软件设计简洁简单和以及通信稳定可靠稳定等特点。1 芯片资料简介1.1无线收发模块无线收发模块是由挪威（Nordic）公司的NRF24L01芯片以及其外围电路组成。NRF24L01作为单片射频收发芯片，工作在2.4～2.5GHz世界通用的ISM频段，工作电压范围为1.9～3.6V，通过SPI输入数据，最高速率可达10Mbit/s，数据传输速率最高可达到2Mbit/[8]，而且还有自动应答以及自动再发射的功能。芯片加入了增强式的ShockBurst技术，输出功率以及通信频道可以由程序设计来进行配置。配置寄存器能够将NRF24L01配置为发射、接收、空闲和掉电这四种工作的模式。1.2 LCD1602液晶显示模块LCD1602 是一种工业字符型液晶，可以同时显示32个字符（16列2行）。日常生活中，液晶显示器对于我们而言并不陌生。液晶显示模块已经成为了多数电子产品的显示器件，比如在万用表、计算器以及大多家用电子有显示器的产品中均可以看到，主要显示出数字、图形和专用符号。在人机交流界面中，常见的输出显示方式有：发光管、液晶显示器和LED数码管。1.3 STC89C52单片机简介 STC89C52是一种功耗低、性能高的CMOS8位微控制器，其有8K的可编程Flash存储器。存储器使用的是高密度且非易失性技术，这样会和工业80C51系列的产品的指令和引脚十分兼容。STC89C52有如下的标准功能：8k字节的Flash、256字节的RAM、32 位的I/O 口线、看门狗定时器、2个数据指针、3个16位定时器/计数器、一个6向量2级中断结构、全双工串行口、片内的晶振及时钟电路。2 与功能实现2.1 总体方案设计基于NRF24L01无线病床呼叫系统主要是由主机部分和从机部分组成。从机部分主要是完成病床病号端的数据采集和数据的传输。主机部分主要完成接收数据，数据处理、显示以及实现报警，发射端和接收电路端的距离可达到100m。接收到从机发过来的信号时，发光二极管和蜂鸣器会发出声光来报警，提醒有病人正在呼叫，护理员按下主机的呼应键，取消对应的呼叫。按照功能设计的要求，本系统主要由6个模块构成：主控制器、按键电路、无线发送电路、无线接收电路、LCD1602液晶显示电路、声光报警以及电源电路。病房无线呼叫系统的结构框图如下图1所示： 2.2 系统实现首先安装电池，同时打开两个开关的电源，通电后检查各个部件线路接线，观察是否有问题出现，例如是否有短路，是否有错件接漏，查看各个原件的引脚情况以及是否与电路图一致，通电后是否有漏电情况，观察是否有不当的操作引起的原件发热以及烧坏的可能，自己调整然后开始测试。打开主机和从机的开关，主机和从机电源指示灯会持续闪烁，而液晶显示模块开关的电源指示灯只有接受到从机的呼叫信号后，而从机的无线通电的指示灯会间断持续闪烁。从机下方四个黑色按钮，分别代表1.2.3.4号病床。通过各个部件的组装以及焊接，无线呼叫系统符合本设计要求。2.4 系统测试开始测试时，首先从机按下1号按钮，在主机的液晶显示器上会出现1，主机的蜂鸣机会发出呼叫报警，提醒有信号接收，按下主机的呼应按钮，取消相应的呼叫，蜂鸣声才会消除，主机的指示灯才会取消持续的闪烁。然后按照上述测试步骤，分别测试2.3.4号病床。重复上述测试，从机按下1.2.3.4号按钮，在主机的液晶显示器上会出现1.2.3.4，主机的蜂鸣机会发出呼叫报警，提醒有信号接收，按下主机的呼应按钮，取消相应的呼叫，蜂鸣声才会消除，主机的指示灯才会取消持续的闪烁。此次测试从机接受多个信号，测试结果主机能收到病床1.2.3.4的信号，证明此设计的主机具有同时接受多个信號的特点，如下图2所示。 3 结束语本文利用NRF24L01模块设计病床无线呼叫系统，把安装于病房的呼叫从机所采集的按键状态及时的传送给主机，主机接收到从机发过来处理信号时，主机控制蜂鸣器同发光二极管一起响应，发出相关声光报警，且能在显示屏上显示对应的床位号，提醒医护人员有病人呼叫。本设计性能稳定、使用的材料简单、设备体积较小便于安装、响应速度快且能实现较远距离的传输，是无线技术在医学临床上的大胆应用，具有创新性和可行性。参考文献[1]吴彬.医院呼叫系统的总体设计与电路优化[J].人人健康（医学导刊），2008（02）：93-94.[2]朱玉颖，蔡占辉.基于NRF24L01的远程温度检测系统设计[J].自动化技术与应用，2010，29（05）：56-58.[3]刘卓娅.基于STC89C52的无线超声波测距系统的研究与设计[D].华南理工大学，2017.[4]花加丽，马锋，李开霞，赵汉宾.基于nRF24L01肠道机器人无线图像传输系统设计[J].自动化与仪器仪表，2019，01：87-89+93.作者简介：刘小兵（1989-），男，湖南永州人，湖南科技学院，硕士，助教，主要从事智能控制和系统建模研究；杨杰（1976-），男，硕士，副教授，研究方向：网络安全，人工智能；谭道军（1975-），男，硕士，高级实验师，研究方向：计算辅助教育。