基于51单片机的无线病房呼叫助手的设计

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。

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315MHz 射频发射

PT2262编码 呼叫按键

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。

图2 接收显示主机框图 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。

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，而一315MH z 接

收

PT2272编码

8952单片机系统 LCD 床号显示 音乐报警

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。