中北大学机械工程与自动化学院-黄小娟-赵静-王乔

中北大学机械工程与自动化学院 黄小娟 赵静 王乔引言病床呼叫系统是病人请求值班医生或护士进行诊断或护理的紧急呼叫工具。可将病人的请求快速传送给值班医生或护士，是提高医院和病室护理水平的必备设备之一。系统原理框图系统分为呼叫分机和接收主机，分机用来进行呼叫，编码使用单片机完成，分机的核心电路即是单片机与射频芯片的连接电路。主机负责接收分机发来的信号，并进行解码、显示和报警，主机上还设有键盘用于翻查和删除，所以主机上应接有键盘、显示和报警电路。系统的主要原理框图如图1和图2所示。图1 呼叫分机原理框图图2 接收主机原理框图系统软件设计系统的设计分主程序和显示报警键盘等子程序设计，主程序设计中包括通信协议和收发程序的设计。分机系统流程图设计分机在开机后首先初始化，然后就进入休眠状态以节省电能。单片机查询扫描发射键，如果没有按下则继续等待，如果扫描到发射键按下，系统便扫描拨码开关的状态以确定地址码，然后将射频芯片置于发射状态并且开始地址码传送，地址码传送完毕后再将射频芯片回到接收状态等待确认信息，确认信息收到后点亮确认灯一秒，然后休眠状态等待，如此循环工作。其总流程如图3所示。图3 分机流程图主机系统流程图设计主机开机便进行初始化，然后进入数据接收状态等待，当接收到呼叫信号后，便进行存储，调用显示子程序进行循环显示，然后给呼叫器发送出回应信号，发送完毕后，射频芯片再次置于接收状态等待信息，其总流程图如图4。图4 主机流程图系统硬件设计分机电路设计分机使用便携式设计，采用电池供电，在选用元件时候需要考虑到功耗和体积，还需要考虑芯片工作的最低电压的问题。所以单片机选用AT89C2051，它只有20个引脚，结构精简、体积小、功耗低，而且在3V的电压下就能稳定工作。它具有AT89C51的内核，指令系统也一样。分机上所需要的I/O口很少，使用AT89C2051完全能满足要求。此设计包括分机号码设定电路的设计、分机nRF401与AT89C2051主连接电路的设计、分机天线设计、分机电源电路设计。综合以上各部分电路，得到分机总电路图如图5，PCB板如图6。图5 分机总电路图主机电路设计从系统的原理框图可知，主机系统分电源、显示、报警、键盘等部分。主机电源电路的设计由于主机不需要移动，因而可以采用市电交流220V供电，交流经变压器后输出6V交流经整流滤波后使用三端稳压芯片7805稳压，输出5V直流供主机使用。三端稳压器采用CW7805，CW7805特性参数为：U0为+4.75V+5.25V，最小输入电压为+7V，最大输出电流为1A。图6 分机电路PCB板变压器副边输出电压：，变压器副边输出电流，取I2=1A，变压器副边输出功率。由上分析，副边输出电压可取12V，输出电流为1A，为留有余地，一般选功率为10W的变压器。整流二极管选1N4001，其极限参数为，而，因为，而，所以滤波电容C的耐压应大于。此外，系统还包括主机nRF401与AT89C51主连接电路设计、显示电路的设计、键盘电路设计、报警电路的设计。综合以上各部分电路，主机总电路图如图7，PCB板如图8。图7 主机总电路图图8 主机电路PCB图结论该系统能实现医院呼叫所需的一般功能，为了简化系统的硬件和软件结构，在设计时没有考虑通话的功能。由于每次呼叫的时间在数十毫秒级别，很难遇到两个呼叫器在这么短的时间内同时发出呼叫信息，所以呼叫器在呼叫之前没有考虑主机忙的情况，也就不能完全排除遇到主机忙而导致呼叫失败的情况。但由于分机上有一个确认灯，