一種低成本的病床呼叫系統

崔巍　曹新亮　王孟德　呂忠亭

摘 要： 基于STC89C52單片機設計了一款低成本病床呼叫系統。使用單片機控制語音合成芯片和液晶顯示模塊，通過ISD1760的FT直通操作模式錄制語音信息，然后利用ISD1760的SPI模式接口與單片機的I/O端口連接通信，實現單片機對語音芯片的控制。同時加入留言功能，使呼叫系統更加人性化。樣機測試表明，呼叫系統的穩定性高，解決了落后地區鄉鎮醫院中病人得到及時護理的問題。

關鍵詞： 病床呼叫系統； STC89C52； SPI模式； ISD1760

中圖分類號： TN912.3?34； TP273 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）03?0091?03

The design of low?cost sickbed calling system

CUI Wei， CAO Xin?liang， WANG Meng?de， L? Zhong?ting

（College of Electronic and Information， Yanan University， Yanan 716000， China）

Abstract： A low?cost sickbed calling?system is designed based on STC89C52. The single?chip microcomputer is used to control speech synthesize and LCD display module， and the voice massage is recorded through FT straight?through operation mode of ISD1760. Then the SPI model interfaces of ISD1760 is connected and communicated with the I/O port of single?chip microcomputer to realize the control of voice chip by single?chip. The addition of the message function makes the calling system more humanized. Prototype tests show that the call system has high stability， which can solve the problems of timely care for patients in backward area of township hospitals.

Keywords： sickbed calling?system； STC89C52； SPI mode； ISD1760

隨著社會的經濟和科技不斷發展，醫療輔助設備的功能也更加豐富，隨之價格也是不斷的升高，一些鄉鎮醫院和養老院承擔不起安裝費用。但是，目前對于病床呼叫系統[1]的監測和警報，特別是針對病人單獨住院或陪護人員有事不在的情況，一款低成本的病床呼叫系統的設計已經成為必需[2]。同時，加入語音留言功能，以便護士及時得知病人服務請求。目前，醫院使用的呼叫系統由相對復雜的數字電路構成，存在維護麻煩，成本高等缺點。本文所設計的呼叫系統具有電路結構簡單、可靠性高、布線施工方便、成本低、易于維護等特點[3]，并且采用語音提示技術以及語音留言存儲技術，使得設備更加人性化。

1 系統總體方案設計

本系統中，病人通過直控鍵盤向護士臺發出呼叫。按鍵按下后，產生的信號傳遞給單片機，單片機對信號進行處理，使得護士臺處LCD顯示相應病床的編號，語音報警揚聲器響起。值班護士看到信息后，按下復位鍵，系統顯示回到起始狀態，揚聲器停止警報，然后去處理病人的請求。若病人按鍵呼叫20 s后，護士臺無應答，則系統提示病人按下留言鍵留言，然后系統自動保存留言，并在LCD上顯示呼叫床號；護士看到LCD上的提示后，按下放音按鍵聽取留言，而后按鍵復位。

系統主要由控制模塊、信息發送模塊（鍵盤接口電路）、文字顯示模塊、語音報警模塊、錄音存儲模塊構成。系統框圖如圖1所示。

圖1 系統框圖

2 系統硬件設計

2.1 控制模塊、信息發送模塊及顯示模塊

STC89C52作為系統控制器，信息發送模塊采用獨立按鍵設計。由于先前制作一個小型的樣機，只設置4個床位，所以采用獨立按鍵設計。故選用單片機的P1.0～P1.3口作為4個病床的呼叫按鍵。在日后的擴展中，可以選擇8×8矩陣按鍵，可以擴展64個床位，也可以進一步擴展單片機的I/O口，組成更多的矩陣按鍵。

顯示模塊使用LCD12864帶中文字庫的液晶顯示器，采用串口模式傳送數據。故LCD12864的RS、WR、E引腳分別與單片機的P0.1～P0.2連接。

2.2 語音報警模塊、錄音存儲模塊

綜合考慮錄音時間及性價比后，本設計使用語音芯片ISD1700系列的ISD1760，可以任意分段存儲60 s的語音數據。該芯片支持兩種工作模式：按鍵模式與SPI模式[4]，芯片可以將存儲的語音信息自動分成若干段，通過對各個段地址的操作，可以控制播放、刪除、錄音各段地址內的空間。語音報警模塊[5]使用一塊ISD1760，選擇使用ISD1760的SPI模式，也就是用主控單片機通過SPI接口模式對ISD1760進行串行通信，從而控制ISD1760。ISD1760的4～7口對應MISO、MOSI、SCLK、SS分別與單片機的P0.4～P0.7相連接。特別提示，用戶實際錄音地址為0x10到末地址，因為0x00～0x0F為芯片自帶提示音存儲位置。

錄音存儲模塊使用一塊ISD1760，選擇使用ISD1760的獨立按鍵模式，通過芯片外圍電路與按鍵來控制整體電路。使用ISD1760內部自帶的按鍵功能，具體使用的按鍵有：錄音按鍵、放音按鍵、擦除按鍵、下一段按鍵。

綜上所述，系統的總體電路如圖2所示。

3 系統軟件設計

主控單片機主要通過SPI接口模式對ISD1760進行串行通信。通過這個SPI接口模式[6]協議可以完成對芯片控制指令的所有操作。ISD1760提供了多達25條控制指令，控制字一般為2 B或者3 B，帶有地址的指令可以多達7 B，通過使用這些控制命令可以對ISD1760進行控制，可以精確到一個存儲單元[7]。

主控芯片控制顯示器、按鍵電路、語音報警模塊，對于語音報警模塊采用二次編程來實現最終的目的，第一次編程，為了把語音信息存儲進ISD1760和讀出所存放每一段的具體地址。首先，編寫控制ISD1760語音芯片的程序，可以對ISD1760進行錄音、放音、讀地址等操作。具體連接為：ISD1760語音芯片與單片機連接實現SPI通信模式，然后單片機通過串口連接與計算機進行通信。這樣就可以通過計算機中的一個軟件ISD1700Ver2.02對ISD1760進行基本的一些操作。主要是為了把語音信息錄進ISD1760片內，然后讀出語音信息的首末地址，這樣以便在第二次編程更加方便，可以直接指定播放的段地址，就可以播放相應的語音信息。由于語音段的存儲空間是連續的，下一段起始地址減一就是上一段的結束地址，所以很容易通過軟件ISD1700Ver2.02得出具體錄音地址，見表1。

表1 語音地址

[錄音信息＼&首地址＼&末地址＼&一床呼叫＼&00 10＼&00 29＼&二床呼叫＼&00 30＼&00 57＼&三床呼叫＼&00 58＼&00 90＼&四床呼叫＼&00 91＼&00 B0＼&提示留言＼&00 B1＼&00 DE＼&]

第二次編程，可以實現最終的病床呼叫功能。只需要編寫指定段的放音程序就可以了，不需要上位機再控制ISD1760語音芯片。利用下面函數，向語音芯片ISD1760發送7 B帶有地址的指令，就可以實現地點的播放、錄音及擦除等功能。

如果在呼叫20 s后，護士臺沒人應答，則系統默認護士臺暫時沒有護士，系統即提醒病人或者陪護人員按下留言按鍵留言，系統通過錄音存儲模塊自動存儲留言，并在LCD12864上顯示幾床呼叫且有留言。具體軟件流程框圖如圖3所示。

圖3 系統軟件流程框圖

實驗測試證明，設計的樣機實現了呼叫系統的基本功能，穩定性高且達到了良好的效果，經過進一步的優化和接口的擴展可用于貧困鄉鎮地區的醫院和養老院。實驗樣機如圖4所示。

圖4 實驗樣機圖

4 結 語

本設計采用了STC89C52的通用I/O口與語音芯片的SPI接口相連接，SPI總線系統是一種同步串行外設接口[8]，它可以使MCU與各種外圍設備以串行方式進行通信以交換信息。SPI采用了串行接口模式可以節省單片機的I/O，在單片機的移位脈沖下，數據按位傳輸，高位在前，低位在后，為全雙工通信，數據傳輸速度總體來說比I2C總線要快[9]。但是由于SPI接口有一個缺點：沒有指定的流控制，沒有應答機制確認是否接收到數據。所以系統在測試過程中有時會出現接口信息混亂的問題，從而引起ISD1760內部地址混亂，導致必須全部擦除片內語音信息才可以重新使用。

參考文獻

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