基于语音和红外遥控的无线病床呼叫控制系统

2021-02-09林伟杰钟灼棋邱文骁

电子产品世界 2021年5期

林伟杰钟灼棋邱文骁

摘要：“基于语音和红外遥控的无线病床呼叫控制系统”的一部分置于病房内，获取病人的信息，为STC89C52RC单片机的从机控制；另外一部分置于医护工作站，病人将病情通过红外遥控信息或语音信息提供给医护人员，为STC89C52RC单片机的主机控制；就诊患者与医护人员之间可根据情况进行红外无线或语音信息传输，保证医护人员及时为就诊患者提供医疗服务。

关键词：语音；红外遥控；单片机；医护人员；病人

*本文系2020年广东省科技创新战略专项（“攀登计划”一般项目），编号：pdjh2020b1434。

“基于语音和红外遥控的无线病床呼叫控制系统”是一种适合医院病房、养老院等场景的产品，用于医护人员与病人沟通的专用呼叫设备，是提高医院护理水平的必备设备。当多个病人呼叫医护人员时，不需要无线路由器、交换机设备，也不需要实际布线。

1 系统硬件电路的设计

图1是基于STC89C52RC单片机的无线病床呼叫控制系统框图。以STC89C52RC单片机为核心，通过语音信息和红外信息发射与接收模块传送信号，经过单片机的控制程序处理，当病人用语音信息或红外信息呼叫医护人员时，医护值班室内显示病人的1个或多个床位号，医护人员看到呼叫信息后，可以按下遥控信息响应键，取消呼叫，实现病人和医护人员的无线远距离沟通。

1.1 ST C89C52RC单片机主从控制

“基于语音和红外遥控的无线病床呼叫控制系统”采用STC89C52RC单片机（工业级芯片，工作环境温度-55～125 ℃），其内置晶振及复位电路，使CPU具有极强的抗干扰能力，对环境适应能力极强[1]。整个控制系统分成两部分：一部分置于病房内，获取病人的就诊信息，为从机控制；另一部分置于医护人员工作室，病人将病情通过红外遥控信息或语音信息提供给医护人员，为主机控制，两者之间进行主从通信。STC89C52RC单片机串行口的数据传送为全双工传送方式，数据的发送和接收可同时进行，接收、发送数据均可以查询或中断方式工作，方便实现双机和多机通信[2]。单片机内部的串行接口有1个发送缓冲器和1个接收缓冲器，它们在物理上是独立的。图2为“基于语音和红外遥控控制控制系统”的STC89C52RC单片机控制主从机电路。

1.2 红外遥控电路

红外遥控系统分发射与接收两部分，用编/解码专用集成电路芯片控制操作，发射部分包括按键键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器。发射电路由编码器输出指令码信号，经调制器调制为载波信号，形成包含功能信息的高频脉冲串，经过放大推动红外线发光二极管D发射出脉冲为38 kHz的载波频率[3]。

接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路，将接收到的红外遥控信号经放大、调制和整形后输出功能指令信号，送到STC89C52RC单片机进行识别与处理，即送入STC89C52RC单片机的P3.2脚进行处理，如图3所示。

1.3 语音控制电路

采用WTK6900B02 V2.03-P2语音识别模块，芯片为20引脚DIP双列直插。功能包括：语音识别、播报、RX/TX标准串口通信、9 600 bit/s波特率、PWMP/ PWMN输出，可直接驱动0.5 W/8 Ω或1 W/8 Ω扬声器[5]。该芯片能够将语音信息采集并进行处理，将结果返回至STC89C52RC单片机，通过外部存储器完成语音信息的输出。该芯片集处理器数模转换器、语音输入/ 输出接口于一体，无需进行语音训练就可实现关键词识别并以字符串的形式进行传递，语音数据识别准确率高，0.5 m内识别率90%以上，可用语音指令控制输出，再通过单片机串口控制播放指定音量，单片机串口接入喇叭作为输出端。图3是语音识别模块与STC89C52RC单片机连接电路。

输入接入麦克风MIC_IN，声音输出部分有功率放大环节，为患者使用语音呼叫提供极大的方便，语音提示器音质好，功能强，使用起来很简单。

2 系统软件的实现

2.1 ST C89C52R C单片机主从程序设计

STC89C52RC单片机工作在串行方式3时，实现多机通信功能，即1台主机与多台从机信息交流。通信只在主从机之间进行，从机与从机之间不能直接通信。主从两机的时钟频率为11.059 2 MHz，波特率设定为9 600 bit/ s，采用奇偶校验检验差错。

1）主机：将片外RAM50H～70H内容逐一向从机发送，发送前奇偶效验位放在TB8中。一帧发送完毕后，如收到从机回送“数据发送正确（00H）”的应答信号，则可以发送下一个数据；若是“数据不准确（FFH）”的应答信号，则重新发送原来的数据，直至发送正确为止。

2）从机：接收主机发送的数据并逐一写入片内RAM50H～70H。每接收1帧信息后进行奇偶效验，并与接收到的第九位数据RB8对比；对比正确则向主机回复“数据正确（00H）”的应答信号，否则回复“数据不准确（FFH）”的应答信号，直至接收完所有数据。图4是主机、从机通信程序流程框图。

2.2 语音控制程序设计

语音控制采用WTK6900B02 V2.03-P2語音识别模块，上电后，客户通过串口给WTK6900B02语音识别模块发送指令[4]，播放SPI Flash中的音频，如果成功播放，WTK6900B02语音识别模块会通过串口输出“01”，如果因为输入指令有误，无法播放则输出“02”，并且在播放的时候将BUSY脚的电平拉高，播放完毕或无法播放时将BUSY脚的电平拉低，图5是语音识别与红外遥控程序流程框图。

2.3 红外遥控程序设计

红外发射是通过单片机的P3.2口来控制555输出端调制后的38 kHz信号的输出与否，形成载波以控制红外发射头的发射。接收程序采用外部中断0和下降沿触发方式，定时器T0采用工作模式1，为16位计数。如图5所示，首先初始化红外接收端口，然后检测是否收到红外信息，如果接收到红外信号即调用接收子程序，然后通过LED数码显示当前病人呼叫号。

对医院单位而言，“基于语音和红外遥控的无线病床呼叫控制系统”提供快而准的呼叫服务，极大地提高了医护人员的办事效率，便捷的呼叫控制系统节约了大量人力、财力。对医务人员而言，免去了无数次的来回奔波，维护了医院的安静环境，及时而准确地为病人提供服务。对病人及其家属而言，也不用亲自走到医护站告知护士，更不用在各个病房到处寻找护士。即使是在没有家属陪伴的情况下，病人也能及时呼叫得到护理。只需轻轻一按遥控器或语言呼叫，无论是在床上还是走廊，都能传达呼叫的信号。医护人员只要在LED数码显示屏上观察就能看到病人呼叫，便能立刻派医护人员去查看和护理。