病房無線呼叫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

引言

病床呼叫系統(tǒng)是病人請(qǐng)求值班醫(yī)生或護(hù)士進(jìn)行診斷或護(hù)理的緊急呼叫工具。可將病人的請(qǐng)求快速傳送給值班醫(yī)生或護(hù)士，是提高醫(yī)院和病室護(hù)理水平的必備設(shè)備之一。

系統(tǒng)原理框圖

系統(tǒng)分為呼叫分機(jī)和接收主機(jī)，分機(jī)用來進(jìn)行呼叫，編碼使用單片機(jī)完成，分機(jī)的核心電路即是單片機(jī)與射頻芯片的連接電路。主機(jī)負(fù)責(zé)接收分機(jī)發(fā)來的信號(hào)，并進(jìn)行解碼、顯示和報(bào)警，主機(jī)上還設(shè)有鍵盤用于翻查和刪除，所以主機(jī)上應(yīng)接有鍵盤、顯示和報(bào)警電路。系統(tǒng)的主要原理框圖如圖1和圖2所示。

圖1 呼叫分機(jī)原理框圖

圖2 接收主機(jī)原理框圖

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分主程序和顯示報(bào)警鍵盤等子程序設(shè)計(jì)，主程序設(shè)計(jì)中包括通信協(xié)議和收發(fā)程序的設(shè)計(jì)。

分機(jī)系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)

分機(jī)在開機(jī)后首先初始化，然后就進(jìn)入休眠狀態(tài)以節(jié)省電能。單片機(jī)查詢掃描發(fā)射鍵，如果沒有按下則繼續(xù)等待，如果掃描到發(fā)射鍵按下，系統(tǒng)便掃描撥碼開關(guān)的狀態(tài)以確定地址碼，然后將射頻芯片置于發(fā)射狀態(tài)并且開始地址碼傳送，地址碼傳送完畢后再將射頻芯片回到接收狀態(tài)等待確認(rèn)信息，確認(rèn)信息收到后點(diǎn)亮確認(rèn)燈一秒，然后休眠狀態(tài)等待，如此循環(huán)工作。其總流程如圖3所示。

圖3 分機(jī)流程圖

主機(jī)系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)

主機(jī)開機(jī)便進(jìn)行初始化，然后進(jìn)入數(shù)據(jù)接收狀態(tài)等待，當(dāng)接收到呼叫信號(hào)后，便進(jìn)行存儲(chǔ)，調(diào)用顯示子程序進(jìn)行循環(huán)顯示，然后給呼叫器發(fā)送出回應(yīng)信號(hào)，發(fā)送完畢后，射頻芯片再次置于接收狀態(tài)等待信息，其總流程圖如圖4。

圖4 主機(jī)流程圖

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

分機(jī)電路設(shè)計(jì)

分機(jī)使用便攜式設(shè)計(jì)，采用電池供電，在選用元件時(shí)候需要考慮到功耗和體積，還需要考慮芯片工作的最低電壓的問題。所以單片機(jī)選用AT89C2051，它只有20個(gè)引腳，結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)、體積小、功耗低，而且在3V的電壓下就能穩(wěn)定工作。它具有AT89C51的內(nèi)核，指令系統(tǒng)也一樣。分機(jī)上所需要的I/O口很少，使用AT89C2051完全能滿足要求。此設(shè)計(jì)包括分機(jī)號(hào)碼設(shè)定電路的設(shè)計(jì)、分機(jī)nRF401與AT89C2051主連接電路的設(shè)計(jì)、分機(jī)天線設(shè)計(jì)、分機(jī)電源電路設(shè)計(jì)。

綜合以上各部分電路，得到分機(jī)總電路圖如圖5，PCB板如圖6。

圖5 分機(jī)總電路圖

主機(jī)電路設(shè)計(jì)

從系統(tǒng)的原理框圖可知，主機(jī)系統(tǒng)分電源、顯示、報(bào)警、鍵盤等部分。

主機(jī)電源電路的設(shè)計(jì)

由于主機(jī)不需要移動(dòng)，因而可以采用市電交流220V供電，交流經(jīng)變壓器后輸出6V交流經(jīng)整流濾波后使用三端穩(wěn)壓芯片7805穩(wěn)壓，輸出5V直流供主機(jī)使用。

三端穩(wěn)壓器采用CW7805，CW7805特性參數(shù)為：U0為+4.75V~+5.25V，最小輸入電壓為+7V，最大輸出電流為1A。

圖6 分機(jī)電路PCB板

變壓器副邊輸出電壓：

變壓器副邊輸出電流，取I2=1A，變壓器副邊輸出功率。

由上分析，副邊輸出電壓可取12V，輸出電流為1A，為留有余地，一般選功率為10W的變壓器。

整流二極管選1N4001，其極限參數(shù)為，而，因?yàn)椋?，所以濾波電容C的耐壓應(yīng)大于。

此外，系統(tǒng)還包括主機(jī)nRF401與AT89C51主連接電路設(shè)計(jì)、顯示電路的設(shè)計(jì)、鍵盤電路設(shè)計(jì)、報(bào)警電路的設(shè)計(jì)。綜合以上各部分電路，主機(jī)總電路圖如圖7，PCB板如圖8。

圖7 主機(jī)總電路圖

圖8 主機(jī)電路PCB圖

結(jié)論

該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)醫(yī)院呼叫所需的一般功能，為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)的硬件和軟件結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮通話的功能。由于每次呼叫的時(shí)間在數(shù)十毫秒級(jí)別，很難遇到兩個(gè)呼叫器在這么短的時(shí)間內(nèi)同時(shí)發(fā)出呼叫信息，所以呼叫器在呼叫之前沒有考慮主機(jī)忙的情況，也就不能完全排除遇到主機(jī)忙而導(dǎo)致呼叫失敗的情況。但由于分機(jī)上有一個(gè)確認(rèn)燈，遇到呼叫失敗的情況，呼叫后確認(rèn)燈不會(huì)閃亮，則需要用戶再次呼叫一次。由于時(shí)間和能力所限，系統(tǒng)的功能不能十分完善，也難免有可能出現(xiàn)漏洞，需要加以改進(jìn)。