医院病房无线呼叫系统

罗烽

摘 要：病房呼叫系統在一定程度上能够实现相关医护人员与患者以及相关家属进行切实有效的沟通，在相关病房以及养老院等方面具有广泛的应用前景，能够确保护理的及时性以及高效性。

本文基于STC89C52单片机完成了相关呼叫功能的系统性设计，在此过程当中还对相关硬件电路以及软件程序进行了有效分析。信号的传送是依靠nRF24L01模块进行无线传输的。

关键词：nRF24L01;STC89C52单片机;无线病床呼叫

1 引言

1.1病床呼叫发展状况

据不完全统计，在我国目前存在大大小小的医院足有30，000余个，其中具备自己相对独立的信息管理系统的相关医院仅占3成左右;当前市面上呼叫系统的形式类型繁多，而且各种功能参差不齐，但是根据信号的传输形式可将其分为两类，即有线与无线的形式。传统类型的有线式呼叫系统一般结构相对复杂，多数采用分级传输的形式，不仅成本相对较高体积庞大，在实时性方面效果也不佳，除此之外，安装调试较为困难而且故障率很难保证。无线形式的可靠性又很堪忧，与此同时，相应的无线电波在某种程度上还会对其他仪器产生干扰效果，当前的应用还局限于有线式。

1.2研究的主要内容

本文在进行具体设计的过程当中应用了Nordic旗下的nRF24L01射频芯片，其相应的工作频段为2.4GHz，主控芯片采用STC89C52单板机对相关数据传输进行有效控制。相对而言该设计理念不仅能够满足于低成本、低能耗，在一定程度上还能实现切实有效的高速传输，除此之外，软件编程相对容易，最重要的就是通讯方面能够确保稳定可靠。

2  总体方案设计

根据病床呼叫所需实现的预期目标，可以将构成该系统的各个模块进一步确定，即：主控芯片、发送、无线收发、按键、电源与光声警报以及LCD1602屏幕显示电路等方面。

3  关于芯片的相关简介

3.1无线收发模块

nRF24L01在一定程度上能够实现相关射频的收发，其工作频段也很人性化，采取国际通用形式的ISM，大约在2.4～2.5GHz，电压可以根据实际情况在1.9～3.6V这个范围选取。在数据录入方面可以采取SPI高速形式，具体可以实现10Mbit/s的写入，在数据传输方面也可实现最高2Mbit/s，在此基础上还能够兼容自动从发与相关应答功效，在一定程度上简化了集成量。

3.2 STC89C52单片机简介

该芯片成本方面价格低廉、可操控性能良好、稳定性也是很不错的，而且片内资源相当丰富，他的里面有很大字节的只读存储器，以及256字节的RAM，各部分器件采用的存储技术也是非易失的，而且片内含有8位中央处理器和Flash的存储单元。 STC89C52的封装形式一共有三种，在一定程度上可以适用在一些具有不同需求的各种产品之上。

4  硬件系统的搭建

4.1硬件系统搭建的整体方案

本文所设计出的病床无线呼叫系统本质就是患者可以有效利用按键去寻求相关医生或者是护士的援助，整体系统可以归结为主从二机，从机通过按键触发援助请求，主芯片响应触发并向nRF24L01无线模块向主机发出援助信号，同样主机通过nRF24L01无线模块获取到请求信号后，将信号透传给主机的主控芯片，并作出后续的动作，如分机地址显示到液晶屏上，蜂鸣器发出报警声等。

4.2单片机最小系统

STC89C52的最小系统由电源、复位、晶振三部分电路所构成。这之中，晶振电路当中包含了两个电容，大小均是30pF，和晶振，大小是12M。在这里，使用电容使得晶振的起振变得更加容易。一般情况下能够将晶振取为24M，其所取的值的大小与单片机内部的相应执行速度在一定程度上呈现成正比关系。因此在进行具体电路的设计过程当中，可以将晶振与主控芯片之间的间距最大限度的减小，便可有效改善执行速率。

4.3按键模块电路

在本文当中使用延时重复扫描法获取按键的内容，之所以采用延时法主要是因为“毛刺”脉冲通常情况下会持续几ms的时间，可以说是非常短的，相比之下我们在进行按键的时候所花费的时间要比其大的多得多，因此在按键动作被单片机检测到以后，会稍微等待一小段时间再去进行电平的检测，如果此时检测到的电平与原来的相同，则说明键盘的动作为有效按键。在本文所设计的病床无线呼叫系统当中只需要用到五个键。对于端口的占用也不是很多，因此使用独立键盘进行相应信号的输入。

5 软件系统的设计与系统功能实现

5.1软件语言及开发环境

Keil C51是一款基于C语言的多功能软件开发系统，其能够对51系列的所有单片机进行很好的兼容。不管是在功能上，还是结构和可读性上，C语言都比汇编有着很明显的优势，并且没有汇编难懂难学。Keil通过一个集成开发环境将C编译器、宏汇编还有连接器和调试器，等等这些部分组合在一起。所以如果你使用C语言，那么Keil将是很好的一个选择，因为它有一个很强大的集成环境，还有仿真调试工具，在他们的帮助下，就算是通过Keil来汇编编程，也能够使得编程速度大大提升。

5.2主程序流程图设计

5.2.1 发送部分

此过程当中首先要对nRF24L01以及主控芯片进行相应的初始化，完后再进去切实有效的病床数据采集，并将结果反馈给主机。

5.2.2接收部分

同样首先也要对nRF24L01以及主控芯片进行相应的初始化，并将接收结果显示在LCD1602上。

5.3子程序设计

5.3.1无线发射模块软件设计

根据具体需求对接收信号的相关物理地址TX_ADDR以及相关数据TX_PLD依次基于时序录入到nRF24L01内部相应的缓存区，并经一定的延时后发射。

5.3.2 无线接收模块软件设计

第一步要做的就是对nRF24L01进行相应的配置使其工作在接收模式下，需要等待的相关延时，即可进入待收状态。一旦能够有效检测到RCR以及相应的有效地址，便会把相应的数据进行有效保存到RXFIFO内部，相应的中断标志位RX_DR也会被置为高电平以及将IRQ拉低，即可实现有效中断，便会对MCU下达相应接收通知。

5.4调试步骤

首先，进行相关原理图的绘制

其次，完成贴片工作

再次，显示程序烧入主控芯片，观察LCD1602

再次，对相关按键进行测试

再次，针对于nRF24L01进行收发测试

最后，对声光报警进行相应测试

5.5实验结果

在实验平台搭建的基础上进行了相关动态指标进行了测定，其结果如表所示：

在满足精度的情况下，本文所提出的呼叫系统还满足低能耗的指标。

6 总结评价

本文基于STC89C52单片机完成了相关呼叫功能的系统性设计，在满足各方面需求以及确保性能稳定的前提下，还应具备耗材量低、结构紧凑、距离范围广、传递效率高等方面的特点，针对于无线技术的应用具有一定的创新性。

参考文献

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