呼叫系統” title =“ Call System”> Call System“ title =” Call System“>作為一種基本的醫療護衛設備，呼叫系統已逐漸普及并不斷改進. 傳統的病房呼叫系統使用PC網絡監視和有線控制. 盡管它具有強大的服務功能和監視功能，但其實現方法復雜，且早期投資和后期維護的成本很高.

本文使用單片機來實現無線數據傳輸通信和實時報警功能，并設計了一種低成本的通用病房呼叫系統. 整個系統采用無線通信，減少了復雜的接線基于51單片機的病房呼叫系統，安裝，維護和拆卸的難度基于51單片機的病房呼叫系統，并且可以監視多個病房并促進擴展和升級.

1系統設計

此設計使用從機和主機分離的模式. 從站安裝在每個病房，主站安裝在醫療室或值班室. 多個從機處于等待外部呼叫信號的狀態，并且主機始終處于等待從從機接收呼叫信息的狀態，并且在從機和主機之間采用無線數據傳輸通信. 當患者按下安裝在床邊的從屬按鈕時，安裝在護理站中的主機會在收到信號后發出提示音，并且發光二極管點亮. 數字管顯示床號和打給患者的電話數. 治療和服務床位.

病房呼叫系統的硬件設計主要包括兩部分: 主機硬件設計和從機硬件設計. 主機硬件設計包括RF芯片的電路，AT89C51芯片的顯示部分，報警部分和簡單電路的設計. 從機硬件設計包括RF芯片的電路，AT89C51芯片的電路的設計.

1.1主機硬件電路設計

該系統使用AT89C51作為控制器，并使用射頻芯片nRF401設計接收/發送電路，以實現與從機的數據傳輸[1]. 當nRF401芯片接收并處理接收到的數據或控制器將信息發送并發送到nRF401芯片時，nRF401芯片與控制器之間的通信使用異步串行通信. 在這種通信模式下，單片機的RXD端和TXD端分別連接到nRF401芯片的DOUT端和DIN端，并用作兩者之間的數據串行傳輸通道. P1.1端口連接到nRF401芯片的TXEN端口，用于選擇nRF401芯片的工作狀態（發送狀態或接收狀態）. P1.2端口連接到nRF401芯片的PWR-UP端口，以控制nRF401芯片的節能狀態. P1.3端口連接到nRF401芯片的CS端口，以選擇nRF401芯片的傳輸頻率（該芯片有兩個傳輸頻率）. 另電路如圖1所示. 為了方便使用低成本PCB天線，本設計中的天線接口設計為差分天線[2]. 該系統主機的硬件電路設計如圖2所示.

該系統的硬件電路設計

1.2從站硬件電路設計

本設計中的病房呼叫系統具有一個主控器和多個從機，從而實現了多病房對安裝在醫務室值班室的主控器的實時呼叫. 從控制器的電路設計，射頻芯片nRF401與控制器的連接方式以及電路的設計與主機一致. 區別在于顯示和警報硬件電路更少，并且有一個外部請求信息接收電路. 從機中的外部請求信息接收電路的設計僅依靠P0.0端口來等待外部高電平. 按下SB2后，發光二極管點亮，P0.0端口接收外部高電平. 發送消息，直到收到主機返回的成功消息后，它才會自動結束通話，并繼續進入等待外部請求信號的狀態.

2系統軟件設計

在軟件設計過程中，必須考慮系統通信的抗干擾性能和正常通信識別的具體實現方法，以及解決信息沖突的具體軟件實現方法.

2.1主機編程

主機程序設計主要包括初始化程序，數據發送程序，數據接收程序，延遲程序，LED顯示程序和蜂鳴器報警程序. 這些程序未以子程序的形式實現. 這是因為每個功能的實現不是完全獨立的，而是彼此交織在一起的，這使得子程序難以實現. 在該設計中，單片機匯編語言用于編寫系統功能模塊程序. 主機的主程序流程如圖3所示.

主程序流程圖

2.2從站編程

從站的程序設計主要包括初始化程序，外部呼叫信號等待程序，數據接收程序，數據發送程序，延遲程序等主程序. 這里需要說明的是，在設計外部呼叫信號等待程序時，接收到外部呼叫信息后，需要經過一段時間（約30 ms）的延遲才能采樣，看是否為瞬態干擾信號.

3系統通信協議設計

3.1系統無線通信協議設計

由于此設計的無線網絡系統中有一個中心（主機）和多個用戶（從機），因此該系統提出了一種點對多點通信方法，并且該協議是點對多點通信協議. 在整個病房呼叫系統設計的通信系統中，無論是發送請求信息還是響應信息，發送的數據量始終保持固定的字節數，信息結構簡單，數據量小；并且為了減少傳輸，信息沖突的可能性受到該系統中從站數量的限制. 因此，本設計中使用了一種相對簡單的純ALOHA方法來解決信息沖突問題[3].

3.2通信協議數據幀設計

該系統使用固定字節長度的數據幀，并使請求信息數據幀和響應信息數據幀格式彼此對應. 從屬請求信息數據傳輸使用前導報頭，接收地址，發送地址和校驗字. 數據幀格式和主機的響應信息數據傳輸采用前導報頭，接收地址，確認命令和校驗字的數據幀格式.

（1）前導前綴: 對于主機，為了隨時接收從機發送的請求信息，其射頻芯片nRF401始終處于接收狀態. 在此設計的傳輸協議中，數據幀的前導字使用OxFF，后跟OxAA作為通信同步代碼. 接收協議只能接收以OxFF和OxAA開頭的數據包. 應該注意的是，必須在上述啟動報頭之前添加一個隨機字節，因為第一個字節在初始傳輸期間通常不可用，其作用是使進入抑制噪聲的狀態. 在這種設計中，隨機字節使用Ox00.

（2）接收地址: 接收地址包括從機發送的請求消息中的接收地址和主機發送的答復消息中的接收地址. 在醫院的病房大樓中，可能會有多套相同規格的RF無線病房呼叫系統同時工作. 這樣，必須對每個主機進行編碼，以便主機可以確認是否將接收到的信息發送給自己. 當從機發送請求信息時，該主機號也用作接收地址. 每個主機下的從站也將有一個相應的編號. 在本設計中，此號碼用作病房號碼，這是主機發送響應消息時的接收地址.

（3）發送地址: 從機發送的請求消息和主機返回的回復消息中都存在發送地址. 從屬請求信息中的發送地址是提供給主機以供顯示的病房號，也是主機發送響應信息時的接收地址. 通過應答消息中的接收地址，從機可以判斷接收到的消息是否發送給自己. 否則，從站將再次重新發送請求消息，否則它將繼續接收確認消息. 同樣，主機也可以根據請求信息中的發送地址，確認發送的信息是否是其自己管轄范圍內的從機，否則，將不會被接收和顯示.

（4）確認指令: 主機使用確認指令通知從機信息是否正確發送. 在此設計中，OxFF用作發送正確指令的信息，OxEE用作發送錯誤指令的信息. 實際上，在這種設計的軟件設計中，為了確保信息的準確傳輸，只要確認信息不是OxFF，從機就會自動重新發送信息.

（5）校驗字: 校驗方法包括奇偶校驗，CRC校驗等，但是在本設計中使用了加法校驗方法. 該方法的具體實現是: 發送方將導頻字以外的數字幀信息作為校驗字添加到接收方，接收方在接收到信息時還接收導頻字和校驗字以外的數字幀信息. 并將結果與??校驗字進行比較，看是否相等. 如果相等，則表示傳輸成功，否則，則傳輸失敗.

4系統混合信號PCB板設計

系統印刷電路板（PCB）設計對于獲得出色的RF性能至關重要. 系統PCB使用雙面板，該雙面板分為組件側和底側. 在進行具體設計時，請充分注意以下兩點:

（1）確保系統已完全接地. 在底面上設計一個連續的接地平面. 組件表面上的接地平面可確保組件完全接地. 大量的通孔鏈

組件側的接地平面和底側的接地平面.

（2）部件的布局應盡可能合理，并且模擬電源和數字電源應分開放置以避免相互干擾. RF電路的電源與高性能RF電容器去耦，去耦電容器應盡可能靠近nRF401的VDD端子. 通常，小容量電容器也與大容量表面貼裝電容器并聯連接. nRF401的電源必須經過很好的濾波，并與數字電路的電源分開.

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