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基于单片机的无线病房呼叫系统设计
摘  要: 在传统病房呼叫系统的基础上提出一种基于单片机实现的无线病房呼叫系统设计方法,给出了基于单片机和射频通信芯片nRF401而设计的硬件原理图,并对影响无线通信性能的通信协议的设计、数据帧和防信息碰撞方法的实现及混合信号PCB板设计等做了较详细的探讨。
关键词: 单片机;nRF401;射频通信
    病房呼叫系统作为一种基本医疗陪护设备已逐步得到普及并不断得到改进。传统的病房呼叫系统采用PC机联网监控和有线控制,虽然具备很强的专业服务功能和监护能力,但是其实现方法复杂,前期投资和后期维护的费用都很高。
    本文采用单片机实现无线数据传输通信和实时报警功能,设计一套低成本通用型的病房呼叫系统。整个系统采用无线通信的方式,降低了复杂的布线、安装检修和拆卸的难度,并可监控多个病房且便于扩充升级。
1 系统方案设计
    本设计采用从机和主机相分离的模式。从机安装于各个病房,主机安装于医务室或值班室。多个从机处于等待外部呼叫信号的状态,主机则时刻处于等待接收从机呼叫信息的状态,并且从机与主机之间采用无线数据传输通信。当病人按动安装在床头的从机按键时,安装在护士站的主机收到信号后发出提示音,同时发光二极管亮,数码管显示呼叫病人的床位号和呼叫次数,医生或护士根据显示床位号进行治疗与服务。
    该病房呼叫系统的硬件设计主要包括主机硬件设计和从机硬件设计两部分。主机硬件设计包含了射频芯片外围电路、显示部分、警报部分及AT89C51芯片的简单外围电路的设计。从机硬件设计则包含射频芯片外围电路、外部输入电路及AT89C51芯片的简单外围电路的设计。
主机硬件电路设计
    本系统以AT89C51为控制器,采用射频芯片nRF401设计接收/发射电路,实现与从机的数据传输[1]。当nRF401芯片接收并处理完接收数据后或控制器向nRF401芯片传输发送信息时,nRF401芯片与控制器之间的通信采用的是异步串行通信的方式。在这种通信方式下,单片机的RXD端和TXD端分别与nRF401芯片的DOUT端和DIN端连接,用作两者之间的数据串行传输通道。,用来选择nRF401芯片的工作状态(发射状态或接收状态)。-UP口连接,用来控制nRF401芯片的节电状态。,用来选择nRF401芯片的发射频率(该芯片有两种发射频率)。此外,nRF401芯片的ANT1和ANT2两个端口与发射天线连接。nRF401外围电路如图1所示,为了便于使用较低成本的PCB天线,本设计中的天线接口设计为差分天线[2]。本系统主机硬件电路设计如图2所示。
从机硬件电路设计
 
    本设计中的一套病房呼叫系统拥有一个主机和多个从机,以此实现多个病房对安装在医务人员值班室中的主机的实时呼叫。从机控制器的外围电路设计、射频芯片nRF401与控制器的连接方式及其外围电路的设计都与主机一致,不同是少了显示和警报硬件电路而多了一个外部请求信息的接收电路。,一旦SB2按下,发光二极管点亮,,就迅速地进行信息的发