基于51单片机的无线病房呼叫助手的设计

一、 研究背景

许多医院里，为了能及时为患者服务，每张病床的床头都有一个按钮，需要时病人按下床头的按钮，护理站即通过声光报警的方式显示哪一个床位的病人在呼叫，这就是所谓的病房呼叫系统。病房呼叫系统可以用有线连接的方式实现，缺点是布线复杂，维修麻烦。而病房无线呼叫系统则具有安装方便，无需布线等优点，其应用也越来越广。它有以下几个明显的特点：

(1) 应用编译码器专用集成电路及单片机进行控制操作，可以实现多点的无线呼叫。

(2) 呼叫者按动按钮后，系统在显示呼叫者病床号的同时电路发出报警。 (3) 如果有多处呼叫同时进行，先呼叫的信号优先锁存显示，保证系统能够有续的进行。

(4) 无线呼叫更方便需要看护的病人进行小范围的活动，可以随时请求帮助。

二、 硬件设计

1、设计框图

本研究设计多路无线病房呼叫器，包括发射机(从机)部分和接收主机部分。从机框图如图1所示。

呼叫按键 PT2262编码 315MHz射频发射 图1 从机框图

病房中每个床位都设置一个不同编号的按钮，该按钮通过PT2262地址编码，然后经过发射电路进行发射。在发射部分，系统利用拨码开关或跳线来控制地址位和数据位（二进制）信息的设置，再通过编码电路进行编码和并串转换把地址

位和数据位信息变换成一串脉冲信号，最后由无线发射电路发射出去。

如图2所示为接收显示主机工作原理框图。从天线中接收到的信号会直接进入解码电路，解码电路会先把接收到信号中的地址位与本地的地址位进行比较，如果地址位比较正确，就会把接收到数据信息传送给由单片机，单片机电路则会根据接收到的数据进行一系列动作：把数据在液晶屏上显示出来并触发音乐报警电路。如果在地址位的比较中出现误差，解码电路不会送出任何信息，单片机电路也不会有任何响应。

接收 编码片统机系单LCD床号显示 315MH8952PT2272 2、315MHz射频发送与接收模块

考虑到射频电路收发的稳定性，本设计使用射频收发模块实现，其中发送模块电路原理如图3所示，模块外型如图4所示。

z图2 接收显示主机框图

音乐报警

图3 发送模块电路图 图4 发送模块外形图

DF数据发射模块的工作频率为315M，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定

度极高，当环境温度在－25～＋85度之间变化时，频飘仅为3ppm/度。特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。声表谐振器的频率稳定度仅次于晶体，而一

般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。

DF发射模块未设编码集成电路，而增加了一只数据调制三极管Q1,这种结构使得它可以方便地和其它固定编码电路、滚动码电路及单片机接口，而不必考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。比如用PT2262等编码集成电路配接时，直接将它们的数据输出端第17脚接至DF数据模块的输入端即可。

接收模块使用315MHz超再生式接收模块，其电路原理如图5所示，外型如图6所示。

图5 超再生式接收电路原理图

DF接收模块的工作电压为5伏，静态电流4毫安，它为超再生接收电路，

接收灵敏度为－105dbm，接收天线最好为25～30厘米的导线，最好能竖立起来。接收模块本身不带解码集成电路，因此接收电路仅是一种组件，只有应用在具体电路中进行二次开发才能发挥应有的作用，这种设计有很多优点，它可以和各种解码电路或者单片机配合，设计电路灵活方便。其优点在于：

(1) 天线输入端有选频电路，而不依赖1/4波长天线的选频作用，控制距离较近时可以剪短甚至去掉外接天线。

(2) 输出端的波形相对比较干净，干扰信号为短暂的针状脉冲，所以抗干扰能力较强。

(3) DF模块自身辐射极小，加上电路模块背面网状接地铜箔的屏蔽作用，可以减少自身振荡的泄漏和外界干扰信号的侵入。

(4) 采用带骨架的铜芯电感将频率调整到315M后封固，这与采用可调电容调整接收频率的电路相比，温度、湿度稳定性及抗机械振动性能都有极大改善。

可调电容调整精度较低，只有3/4圈的调整范围，而可调电感可以做到多圈调整。可调电容调整完毕后无法封固，因为无论导体还是绝缘体，各种介质的靠近或侵入都会使电容的容量发生变化，进而影响接收频率。另外未经封固的可调电容在受到振动时定片和动片之间发生位移；温度变化时热胀冷缩会使定片和动片间距离改变；湿度变化因介质变化改变容量；长期工作在潮湿环境中还会因定片和动片的氧化改变容量，这些都会严重影响接收频率的稳定性，而采用可调电感就可解决这些问题，因为电感可以在调整完毕后进行封固，绝缘体封固剂不会使电感量发生变化。

3、PT2262\\2272编解码电路

数据编码采用编码芯片PT2262实现，解码采用PT2272芯片。PT2262是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位的通用编解码电路，芯片内部带有振荡器、系统内部包含载波振荡、定时器、地址解码器、编码脉冲发生器和控制逻辑电路,外围电路简单,使用方便，其管脚如图7所示，内部逻辑如图8所示。

图7 PT2262芯片引脚 图8 PT2262内部逻辑

PT2272解码器是对应的8位解码接收器，管脚排列如图9所示。当PT2262发出的编码与PT2272预置的编码相同时，它的17脚就会输出高电平。第14脚为输入端，第15脚、第16脚是振荡器，外接电阻值为几百千欧即可。

图9 PT2272芯片引脚

4、电路原理图

(1) 发射电路

图10 发射电路图

发射电路由3V纽扣电池供电。只有当发射按键K1按下时系统才会接通电源，因此功耗极低。发射机地址A0—A7预置为全0，而数据线D0—D3通过跳线设定。不同的数据D0—D3对应不同的发射机编号。

(2) 接收电路

接收电路如图11所示。通过超再生式接收模块接收的信号送入PT2272解码电路。当PT2272的地址引脚A0—A7和信号中的地址相同时，VT端输出高电平，同时接收信号中的数据被送入数据引脚D0—D3上。

图11 接收电路图

(3) 单片机电路

本设计选用宏晶公司高性能单片机STC89C52，该芯片为52内核8位单片机，兼容Intel等52内核单片机，支持ISP下载，适用于常用检测控制电路。由STC89C52组成的单片机系统原理图如图12所示。图中P1.0—P1.3得到接收电路的数据D0—D3信号，P1.6接VT信号。当VT有效，即有呼叫时，单片机从P1.0—P1.3引脚读出发射子机编号，再触发报警和显示电路。

图12 单片机电路图

(4) 显示电路

显示部分采用SMC 1602液晶屏进行数据显示，其主要技术参数为：

表1 液晶屏技术指标

接口信号说明如表2所示。

表2 液晶屏接口信号说明

与单片机接口电路如图13所示。

图13 LCD与单片机接口电路

(4) 音乐报警电路

音乐报警电路采用16首曲目的门铃芯片TQ33A，该芯片内置音频驱动电路，可以直接连接扬声器播放音乐。

图14 音乐报警电路

(5) 供电及程序下载电路

本设计采用USB接口供电，电源电压5V。同时，USB接口通过内含PL2303芯片的转换电路对单片机进行程序编写。其电路原理如图15所示。

图15 供电及程序下载电路

三、 软件编程

1、软件流程图

本设计接收模块单片机软件主程序流程图如图16所示。

数据初始化定时器初始化显示初始化进入后台while循环有无线接收信号否？有播放报警音乐无显示呼叫号延时

图16 单片机主程序流程图

2、主程序

下面介绍main.c主程序编写，其他程序略。

(1) 头文件和一些宏定义 #include #include \"1602.h\"

typedef unsigned char U8; /*defined for unsigned 8-bits integer variable 无符号8位整型 */ typedef signed char S8; /* defined for signed 8-bits integer variable 有符号8位整型 */ typedef unsigned int U16; /* defined for unsigned 16-bits integer variable无符号16位整型*/ typedef signed int S16; /* defined for signed 16-bits integer variable 有符号16位整型*/ typedef unsigned long U32; /* defined for unsigned 32-bits integer variable无符号32位整型 */ typedef signed long S32; /* defined for signed 32-bits integer variable 有符号32位整型 */ typedef float F32; /* single precision floating point variable (32bits) 单精度浮点数*/ typedef double F64; /* double precision floating point variable (64bits) 双精度浮点数*/

(2) 常量、变量定义和函数声明 //定义无线接收信号 sbit FlagIn = P1^6; sbit Bell = P3^6;

//定义标识

volatile bit FlagCall = 0; //有呼叫信号 volatile bit FlagKeyPress = 0; //有键按下 //函数声明

void Data_Init(); void Timer0_Init(); void Port_Init(); void ADC_Init(); uchar GetADVal(); void KeyProcess(uint );

//------------------定义变量--------------------// U16 temp; U16 Counter; U8 din;

U8 TotalCall, CallNumOld;

U8 CallNum[16] = {0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0}; U8 index = 0;

//------------------函数声明--------------------// void Data_Init(); void Timer0_Init(); void INT0_Init(void); void Timer0_ISR (void);

void main();

(3) 各子程序 //数据初始化 void Data_Init() {

P1 = 0xff; Counter = 0; din = 0; FlagIn = 1; Bell = 0;

TotalCall = 0; index = 0; }

//定时器0初始化 void Timer0_Init() { ET0 = 1; //允许定时器0中断 TMOD = 1; //定时器工作方式选择 TL0 = 0x06; TH0 = 0xf8; //定时器赋予初值 TR0 = 1; //启动定时器 }

//定时器0中断

void Timer0_ISR (void) interrupt 1 using 0 {

U8 i; TL0 = 0x06; TH0 = 0xf8; //定时器赋予初值 Counter ++; //显示呼叫号 if (Counter >= 500) { if (TotalCall > 5) { for (i=0;i<5;i++) { L1602_char(1,i*3+1,CallNum[i+index]/10+48); L1602_char(1,i*3+2,CallNum[i+index]%10+48); }

if (index<(TotalCall-5)) { index ++; } else { index = 0; } }

Counter = 0; } }

//外部中断初始化函数 void INT0_Init(void) {

IT0 = 1; //负边沿触发中断 EX0 = 1; //允许外部中断0 }

//按键中断处理

void INT0_ISR (void) interrupt 0 {

//取消键按下，所有指示灯熄灭

L1602_string(1,1,\" \"); L1602_string(2,1,\" No Call \"); TotalCall = 0; CallNumOld = 255; }

/******************************************************************** * 名称 : Main() * 功能 : 主函数

***********************************************************************/ void main() {

U16 i, j; U8 flag;

EA = 0; Timer0_Init(); //定时器0初始化 INT0_Init(); //外部中断初始化 Data_Init(); EA = 1;

L1602_init();

L1602_string(1,1,\" Welcome to \"); L1602_string(2,1,\"Wireless Calling!\"); //延时

for (i=0;i<500;i++) for (j=0;j<500;j++) {;} //清屏

L1602_string(1,1,\" \"); L1602_string(2,1,\" \"); L1602_string(1,1,\" \"); L1602_string(2,1,\" No Call \"); while(1) { //检测是否有无线接收信号 if (FlagIn == 1) { for (i=0;i<10000;i++) ; //延时，以保证一个VT脉冲只计一次 if (FlagIn == 1) { Bell = 1; //播放音乐 din = P1 & 0x0f; //取出呼叫号 //和未处理的呼叫号比较，如果是新的则显示 flag = 0; for (i=0;i}

//等待VT脚高电平变低 while (FlagIn) ; Bell = 0; //音乐播放信号归0 } }