多路无线病房呼叫系统

1、摘要本文主要研制一种基于单片机的多路单工无线呼叫系统。该系统利用 PT2262/PT2272进行编译码, 利用单片机实现多路选择，利用F05C进行发射, J04E对信号进行接收, 从而实现多路单工无线呼叫。该系统工作稳定, 利用不同的发射频率可实现。本系统经过改变可以用在酒店、停车场、KTV等许多场所。关键词:单工无线; 多路选择; 编译码; 发射; 接收AbstractThe paper mainly research a simplex wireless calling system with multi-channel based on microcontroller. This sys

2、tem using PT2262/PT2272 to encoding and decoding, utilizing single chip microcomputer to implement multi-channel selection, making use of F05C and J04to emitting and receiving signal .In this case, it can implement multi-channel simplex wireless calling. Furthermore, the system works stably, using d

3、ifferent launch frequencies to achieve. It can be applied in many places such as hotels, car park, KTV etc.Keywords: simplex wireless; multi-selection; encode and decode; emitting and receiving 目录第1章 绪论11.1 研究的背景11.2 研究内容和拟解决的关键问题11.2.1 研究基本内容11.2.2 拟解决的问题21.3 研究方案及措施21.4几个可靠性问题的处理3第2章 病房多路无线呼叫系统设计4

4、2.1 系统总体设计42.1.1 无线呼叫42.1.2 呼叫数据显示42.1.3 地址编码42.1.4 多发一收52.2 无线数据收发52.2.1 数据发送（呼叫）52.2.2 数据接收72.3 显示电路152.4 软件设计162.5 系统调试16结束语18致谢19参考文献20附录22第1章 绪论1.1 研究的背景随着住院病人越来越多，在医院里，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

5、，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） 无线呼叫系统有效的隔离掉电气干扰，增加系统操作的安全可靠性。1.2 研究内容和拟解决的关键问题1.2.1 研究基本内容设计涉及的内容主要有发射接收电路、地址编码与解码、声光报警和动态显示。总体包括显示台和从机部分。 从机部分如图11所示：按钮K1PT2262编码F05C高频发射K1KN按钮KNPT22

6、62编码F05C高频发射图11 从机框图K1KN代表1N个床位，每个床位都设置一个不同的按钮，通过地址编码对每个开关进行编码，然后经过发射集成电路进行发射。这就是从电路主要功能就是将信号发射出去。在发射部分，系统利用拨码开关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。在接收部分，由拨码开关控制解码电路的地址位，从天线中接收到的脉冲信号会直接进入解码电路，解码电路会先把接收到的脉冲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

7、数据进行一系列动作：把数据用数码管显示出来。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。显示台如图12所示：先是一个与从机配对的接收集成电路，它把接收到的信号传输给译码器，译码器再把信息传递给单片机系统，通过对单片机控制不同的信号所显示不同的数字。J04E接收LED床号显示8952单片机系统PT2272编码报警图12 显示台框图1.2.2 拟解决的问题1 要解决发射距离，要在大于100米，排除一些不必要的干扰。2 通过单片机汇编对显示、报警进行控制。1.3 研究方案及措施研究路线：通过硬件和软件两个部分。硬件分为从机和显示台，软件设计包括系统参数的初始化

8、、串口中断配置、按键扫描、键值处理、声光报警。1.4几个可靠性问题的处理因为用的是无线技术，所以一定要提高硬件的抗干扰能力，可以从以下几点在做硬件的时候多加注意和改进：（1）选择合理的通信速率。 （2）对接收模块采用独立的5 V电源。（3）布板时应在单片机周围增加大面积地层以减小单片机的电磁辐射。（4）使用尽量低的单片机振荡频率。（5）对单片机进行屏蔽。第2章 病房多路无线呼叫系统设计2.1 系统总体设计基于传统的室内呼叫系统多是有线的，存在着布线繁琐，安装麻烦等问题，特别是在用户较多的情况下，这种问题更加突出。而无线呼叫系统是专门为医院、旅馆、学校、生活小区等场所而开发的一种无线装置。它是由

9、单片机、编解码芯片、报警器等器件组成的适用于中短距离通信的无线呼叫系统。按照用户的多少它可以分为单用户和多用户模式。单用户也称为点对点式，它的特点是结构简单，体积小，便于随身携带，多用于两人之间的通信和定位。而多用户又称为点对多式，它可以根据用户的多少而设计不同的路数，也可以很方便地进行扩展，它的特点是可以多用户使用，功能齐全。这套系统设计，在接收部分可以根据接收到信息进行显示和报警。无线呼叫系统由数据发送，数据接收两部分组成。2.1.1 无线呼叫数据发送部分（呼叫部分）可以由用户自行设定编码地址，每个发射器具有可编码的唯一地址。将发射器放在病人床头比较明显的位置，病人需要服务时，可通过呼叫按

10、键触发呼叫。2.1.2 呼叫数据显示接收装置主要用于呼叫提示和数据显示，当被呼叫时，除可以发出提示音外，可实时显示病人的床号。由于采用了特定的编码方式，监护人员的就可以接收到病人的呼叫请求。2.1.3 地址编码由于用的是PT2262/M4编码器，发射器的码字有两部分组成，第一部分为设备码，它唯一对应一个接收装置；第二部分是床位号编码，M4的编码器最多可编码16个床位，为了实现多发一收功能，所以发射器一定要和解码器用同一个设备码。2.1.4 多发一收数据发送部分以单片机为控制核心，还包括发送地址编码设置、床位号数据设置、数据发送模块以及显示部分等。数据接收部分主要对接收的数据进行处理和显示，并给

11、出声音告警提示。2.2 无线数据收发2.2.1 数据发送（呼叫）数据发送部分电路如图21所示，图2-1 数据发送电路数据编码采用编码芯片PT2262实现，编码后信号由专用发射模块F05C发射。PT2262是编码芯片,PT2262它是由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。图22 PT2262芯片引脚图22为PT22622芯片引脚排列图，图23为内部逻辑框图。各引脚功能为:A0 图23 PT2262内部逻辑框图A5地址输入端,可编制成3种状态(“1”

12、、“0”和开路)。A6D0-A11D5为地址或数据输入端,取决于接收端的译码器。既可作为地址,又可作为数据输入。作地址输入时,可编成“1”、“0”和开路3种状态;作数据输入时,可编成“1”和“0”两种状态。最大编码容量为312=53141种。TE端为发射使能端,低电平有效。OSC1 、OSC2外接振荡电阻器,决定电路时钟频率。外接电阻可以产生震荡。外接震荡电阻典型值为3.3M，在具体运用中，可根据需要进行适当调整，阻值越大，震荡频率越低，编码的宽度越大，发射一帧的时间越长。DOUT为数据输出端。由各地址、数据的不同状态而决定的各位编码由此脚串行输出。而对发射模块F05C来说，过宽的调制信号易引

13、起调制效率下降，收发距离变近，对于收发模块PT2262/PT2272外接电阻的推荐值为4.7M/820K或3.3M/680K。PT2262的TE因脚为发送使能端，送入低电平，即可触发震荡器产生震荡，地址和输入的数据一起被编码，经D0UT引脚输出调制的串行数字信号，8位地址和4位数据组成一个码字。F05C为专用的低速数据无线发射模块，采用SMT树脂封装。工作在315MHz频率上，由于内部采用声表面谐振器稳频，频率一致性好，免调试，可长时间连续发送。特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。它具有较宽的工作电压范围（3V12V）、较低的功耗（发射电流210mV），发射功率为10mW，数据传输速率小于

14、10Kbps。12V为F05C的最佳工作电压。F05C的输入端平时应处于低电平状态，输入的数据信号应是正逻辑电平，幅度最高不要超过F05C的工作电压。发射天线的长度可在0250mm选用，也可以无天线发射，但收发距离变短。2.2.2 数据接收数据接收部分如图24所示。图24 数据接收电路图25 AT89S52引脚排列AT89S52是一种低功耗.、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系

15、统可编程Flash，使AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。引脚结构如图25所示，方框图如图26所示：图26 AT89

16、S52内部逻辑框图VCC: 电源GND: 地P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原

17、因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚号 第二功能P1.0 T2 （定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1 T2EX （定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5 MOSI （在系统编程用）P1.6 MISO （在系统编程用）P1.7 SCK （在系统编程用）P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P2端口写“1”时，

18、内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p2 输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作

19、为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表21所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。表21 AT89S52引脚功能RST:复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出9个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制.0信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作

20、编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置 “1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSE

21、N将不被激活。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。解码芯片采用与PT2262配对的PT2272，解码电路PT2272引脚图27：图27 PT2272引脚排列名称管脚说 明A0-A111-8、10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),必须与2262一致,否则不解码D0-D57-8、10-13地址或数据管

22、脚,当作为数据管脚时,只有在地址码与2262一致,数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换Vcc18电源正端（）Vss9电源负端（）DIN14数据信号输入端，来自接收模块输出端OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；OSC215振荡电阻振荡器输出端；VT17解码有效确认 输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态）表2-2 PT2272各引脚功能PT2272解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分，其中L表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时改变。M

23、表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制。后缀的6和4表示有几路并行的控制通道，当采用4路并行数据时 （PT2272-M4），对应的地址编码应该是8位，如果采用6路的并行数据时(PT2272-M6)，对应的地址编码应该是6位。PT2262/2272芯片的地址编码设定和修改：在通常使用中，我们一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码电路PT2262和解码PT2272的第18脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接地三种状态，3的8次方为6561，所以地址编码不重复度为6561组，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完

24、全相同，才能配对使用，遥控模块的生产厂家为了便于生产管理，出厂时遥控模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空，这样用户可以很方便选择各种编码状态，用户如果想改变地址编码，只要将PT2262和PT2272的18脚设置相同即可，例如将发射机的PT2262的第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空，那么接收机的PT2272只要也第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接收。当两者地址编码完全一致时，接收机对应的D1D4端输出约4V互锁高电平控制信号，同时VT端也输出解码有效高电平信号。用户可将这些信号加一级放大，便可驱动继电器、功率三极管等进行负载遥控开关操纵。图2-8 J0

25、4E性能参数图2-9 J04E引脚功能J04E性能参数如图2-8所示，引脚功能如图2-9所示。J04E采用独特的电路结构，SMT工艺树脂封装，内含放大整形，输出为数据信号直接至解码器，使用极为方便，是一种性价比较好的超再生模块。J04E无信号时输出为零电平状态(无噪声干扰)可适合与单片机输入端接口，J04E采用条状镀金电感及优化电路，无需外接天线，接收灵敏度高，采用一定硬度的镀金电感调整接收频点比采用微调电容调频率的接收电路性能稳定，强烈振动也不会导致频点偏离，J04E具有较宽的接收带宽，出厂时已调在315M，与F05配套基本免调试，只要电源馈电及引线没有太大分布参数即可处于正常接收状态，镀金

26、电感约有5M可调范围，安装时保持原状不要轻意变动以免频点偏离，J04E具有极低功耗，3V时只消耗0.2mA电流，可长期处于守机状态。J04E与F05C的调试：J04E接通电源用示波器AC50mV/1mS档在3脚应能看到一条约50mV的噪声带，噪声带应在直流1.5V，即1/2VDD处，J04E即处于正常接收状态。接通发射电源，收发离开2米,应能看到码信号，见图2波形，幅度与距离及发射功率有关，信号幅度只要大于200mV，第4脚即可输出整形后的码脉冲，PT2272应解码输出高电平。 如果第3脚无噪声带应检查电压及电流是否正常，过长的临时接线会引入分布参数使LC振荡器停振。 如果噪声带正常而收不到码

27、信号，可将收发靠近，若仍无信号应仔细检查 F05输入端码脉冲是否正常，发射电流是否正常，如果信号及发射电流都正常，可将F05输入端电阻R2增大至47K，调整天线长度，同时观察J04E测试端应出现编码脉冲，F05B F05A 输入电阻小于10K易引起过调制，甚至停振。如果信号正常而不解码，应检查编解码器地址码是否一致，码脉冲中间是否有干扰及宽窄脉冲比是否正确,振荡电阻是否正确PT2262用4.7M PT2272应配 820K,如采用HX2262/2272 振荡电阻与PT2262/2272 配置相同。2.3 显示电路显示电路有单片机的P0、P1、P2三个口控制，信号通过PT2272送入单片机的P1

28、口，通过P0口来段控，P2口来位控，从而达到多信号处理和对LED显示电路的控制。2.4 软件设计系统利用写入AT89C52中的程序，可以使单片机从P1 口接收来自解码电路的数据，然后再根据来源于哪个中断口进行一系列的操作，最后通过P0口和P2口对接收的数据进行显示。流程图如图2-10：图2-10 软件流程图2.5 系统调试 实验表明，发射模块F05C输入编码脉冲高电平脉冲宽度在0.081 ms时发射效果好，大于1ms后效果开始下降；当电平区大于10ms，接收到的数据第一位极易被干扰（即零电平干扰）而引起不解码。在使用通用编码器情况下，可调震荡电阻使每组码中间的低电平区小于10ms。对接收模块J

29、04E，由于输出为高电平脉冲信号，不是直流电平，因此不能用三态表测试，调试时可用一只发光管（串联一支3K限流电阻）监测J04E输出状态或直接用压电式蜂鸣器监听J04E的输出状态。因该注意下地线布局，以免 单片机晶体干扰J04E。J04E最低工作电压为2.6V，低于2.6V时灵敏度下降，收发距离变近。调试时也可在J04E接通电源的情况下，用示波器AC50mV/1mS档测试3脚波形，正常情况下应能看到一条约50mV (最大杂波100 mV)的噪声带，表明J04E处于正常接收状态。接通发射电源，收发离开2米，应能看到输出码信号，幅度与距离及发射功率有关。信号幅度只要大于200 mV，第4脚即可输出整

30、形后的码脉冲，PT2272因解码输出高电平。如果第三脚无噪声带应检查电压及电流是否正常，过长的临时接线会引入分布参数使LC震荡器停振。如果信号正常而不解码，因该仔细检查编解码器地址码是否一致，码脉冲中间是否有干扰及宽窄脉冲比是否正确，震荡电阻是否匹配。系统测试表明，应用无线收发模块F05C/J04E构成的呼叫系统，在开阔地可以达到50M，在非开阔地有效收发距离大于10M，且抗干扰性能良好。结束语刚接触到这个课题的时候，觉得不是很复杂，想想也就编码、解码、发射、接收。而且编码器、解码器、发射模块、接收模块都是配对的，做起来也不怎么会出错，但是后来真正做起来的时候，调试就麻烦了。刚开始用共阴的数码

31、管，接了太大的电阻，用5V的电压，数码管亮不起来，但要加大电压，又会引起解码芯片和接收模块不能正常工作，最后把数码管改成共阳的，那样容易触发。刚开始就在做256的路的呼叫系统，结果起步太高，以失败告终，但是也给我积累了很多经验，后来在指导老师和检查老师的指点下，让我从简单的开始，我又从新设计了上面的16路的无线呼叫系统，硬件上的难题解决了，但是软件始终不能很好的实现。一开始没有很好的了解PT2262、PT2272两块芯片的性能和技术指标，还闹了笑话，我用8位的地址码去编码，一直实现不了，最后去查了很多资料后发现，原来我出发点就错了。经过纠正编码、解码这块基本可以实现。现在的重点是发射接受模块了

32、，一开始自己在摸索发射接受的震荡电阻，发射部分有信号输出，但是接收模块始终接收不到任何信号，在测试脚也没有任何反应，后来去安阳新世纪电子研究所的网站查找一些关于发射接收的实际应用电路和一些发射接收模块的技术指标，用了F05系列典型应用电路的配对震荡电阻，在测试端测到了信号，而且解码器也能正常解码。通过多次改进，该电路能够达到：1、采用数字编解码技术，提高传输可靠性。2、电路采用低功耗器件，降低了系统的功耗。3、传输采用高频无线收发芯片。4、报警。 系统还未完成的部分有，单片机的编程，程序不完善，不能很好控制LED数码管显示。致谢这次如此庞大的、涉及电子硬件和软件两个方面的设计,是我上大学以来第

33、一次遇到的,也是一次难得的经历,在指导老师的帮助下完成一个项目,深深感到掌握知识要全面,分析问题要细致,系统设计要能从原理上加以理解,这样才有助于对系统设计的认识,并及时解决设计中出现的问题。它不仅仅的是单纯对理论知识的理解,而且是分析问题、解决问题能力的培养。在课堂上老师讲述的知识我们只能被动地、死板地接受,而毕业设计给了我动脑、动手锻炼的机会。设计使书本知识变得不再抽象,使我更加熟练地掌握知识点。只有在自己设计时,我们才领悟到了知识真谛。这次设计题目贴近实际应用,激发了我对单片机的学习兴趣和创新意识,达到了学以致用,举一反三的效果,并加强了我的综合能力。在此我要感谢我的指导老师周文俊老师对

34、我的细心指导，以及实验室的汪林云、郭必广在硬件上提供的帮助。参考文献1崔振,贾宝敦,周洪直,白晓东. 基于无线通信的可视对讲门禁系统J微计算机信息, 2006,(14).2宫俊卿,彭文标,赵亮方,操金点. 单工无线呼叫及数据传输系统的设计与实现J安防科技, 2008,(02).3刘希若. 无线门禁系统的设计与实现J科技广场2007,(07).4徐丽香,陈榕福,吴忠仁,蔡志泉. 基于单片机的多路双工无线呼叫系统微计算机信息, 2007,(14).5吴文南,胡爱群,宋宇波. 短距离无线语音和数据传输模块的设计与实现J现代电子技术, 2007,(05).6夏方林. 基于AT89C2051的单户可视对讲门铃室内分机的设计J微计算机信息, 2004,(10).7李洪明. 单通道红外遥控电路J电子世界, 2000,(02).杨庆. 基于PT2262/2272