基于STM32病房呼叫控制系統的設計

王大成 宋艷芳

摘 要：房呼叫系統是為了提高醫院的服務質量而提出的，它能使病人及時快捷地進行呼叫，以方便醫院能快速準確的了解病人情況，并能及時施以救助。系統是基于無線網絡開發的、以單片機stm32為核心的醫院無線病房呼叫系統，利用無線網傳輸信號和語音信息，遠程控制部分接收無線網發送來的信號，由stm32對其進行解碼，解碼后由數碼管和燈屏顯示，語音信息由話筒傳出。

關鍵詞： 單片機;無線網絡;語音芯片;病房呼叫系統

1.研究背景

隨著社會的進步和科技的發展，醫療水平的不斷提高，現代醫院護理需要快速、及時的獲知并處理病人的突發病況，實現患者在住院的任何時間都能請求醫生或護士進行診斷和護理。以便醫院病房區的病患在有緊急情況或者有自己不方便處理的事件時呼叫醫生或護士尋求幫助，醫生或護士則通過響鈴及站內指示燈獲取求助信息的來源，并及時提供幫助。因此，一種新型的臨床呼叫儀器的研制成為近些年來的研發熱點之一。

2.課題研究內容

課題需要研究的內容主要有以下幾個方面：

a） 根據系統功能要求進行系統的整體方案設計。該方案采用模塊化設計方法，以方便系統的調試和用戶的使用。

b） 系統硬件設計。包括芯片的選型、所選芯片的功能、芯片外圍電路的合理設計。主要內容有芯片的選擇、鍵盤電路的設計、顯示電路的設計和語音電路的設計、無線網卡電路的設計。

c） 系統軟件設計。主要包括系統主程序、動態掃描顯示程序、語音程序、鍵盤掃描程序等。

3.病房呼叫系統主機硬件電路設計

病房呼叫系統主機電路部分主要包括顯示電路、鍵盤電路、語音電路、報警電路、無線網卡電路幾大部分。由無線網卡電路實現信號的傳輸是主機部分的基本設計思想，信號通過無線網卡傳輸給路由，在經過路由發送給接收分機，大大降低了有線傳輸的局限性，提高了整個系統的可靠性和抗干擾性。

基于ARM的數字化病房呼叫系統的主要芯片是stm32f103，以它為核心進行控制終端設備的接收和發送，采用RS232等通訊技術，實現了主機和分機之間的語音和通訊命令的傳輸。

3.1 顯示模塊電路設計

顯示電路主要包括LED燈屏以及數碼管顯示電路。LED燈屏直觀顯示病房位置，數碼管則是平時顯示當前時間，一旦有呼叫傳入，立即顯示病房號，當有多個病床呼叫時，循環顯示病床號。

3.2 鍵盤模塊電路設計

為了減少了I/O引腳數目的使用，鍵盤模塊采用了4*4的矩陣鍵盤，也稱行列式鍵盤。使用這種鍵盤，編程也會更加靈活。它是由四條I/O線Y0-Y3作為行線，四條I/O線X0-X3作為列線組成的鍵盤。

3.3 語音模塊電路設計

為方便醫護人員及時了解病患的情況并作出應對措施，語音通話功能顯得尤為重要。語音模塊主要采用stm32上的I2S音頻協議，I2S是一個3引腳的同步串行接口通訊協議，支持四種音頻標準，包括飛利浦I2S標準，MSB和LSB對齊標準，以及PCM標準，在這里我們使用的PCM標準。在半雙工的通訊中，可以工作在主、從兩種模式下。

3.4 報警模塊電路設計

報警模塊是由stm32驅動一個蜂鳴器加上其外圍電路構成。NPN作為蜂鳴器的驅動，R57作限流電阻。

3.5 無線網卡模塊電路設計

Stm32將信號通過無線網卡傳輸信號給路由，再由路由傳輸給帶有其他網卡的stm32進行信號的解碼、存儲、顯示等，完成信號的無線傳輸。

3.6 電源電路設計

電源是整個系統正常運行的最基本保障。STM32F103的供電電壓范圍為2.0～3.6V。電源模塊是電路關鍵的一部分，是整個系統工作的基礎。

4.病房呼叫系統軟件設計

4.1語音模塊程序設計數碼管顯示

語音模塊采用的VS1053b，它是通過一個串行輸入總線來接收它的輸入比特流，數據流被解碼后會通過數字音量控制器送到一個高精度DAC，其中的解碼器是通過一個串行控制總線來控制的。它控制整個系統完成語音錄入，存儲，發送，接受，播放等功能。

4.2數碼管顯示

數碼管動態顯示程序包括數字的顯示、小數點的顯示、數碼管的閃爍和數碼管的消隱等。顯示的字符跟數據對應關系如表5-1所示：根據人的視覺暫留現象，一個數碼管每秒必須點亮50次以上，才能達到穩定顯示數據的目的。

4.3 LED燈屏顯示

LED燈屏顯示同樣也是采用了掃描的方式。先掃描行，在掃描列，一旦檢測到高電平，則相應的LED燈就會點亮。

4.4鍵盤模塊程序設計

鍵盤模塊的程序首先需要進行初始化，初始化延時函數，初始化LED端口，初始化與按鍵連接的硬件接口。然后軟件對按鍵去抖，寫明每個按鍵的功能。

4.4無線傳輸模塊程序設計

當數據從CPU經過串行端口發送出去時，字節數據轉換為串行的位，在接收數據時，串行的位被轉換為字節數據。無線網卡與stm32直接就是使用的串口通信。

4.4軟件調試

系統源程序采用 keil5軟件仿真器進行軟件調試，首先依據各功能模塊的功能要求和工作過程畫出程序的流程圖，然后根據流程圖和系統的硬件連接寫出詳細的C語言程序，在調試時可以一個模塊一個模塊調試，以減少錯誤的幾率，各個功能模塊調試完了，再對整個系統進行調試，一旦有報錯信息，可以對功能模塊再次仔細檢查，直到調試成功為止。

5.總結

基于STM32F103的無線病房呼叫系統采用無線傳輸信號的功能并用數碼管和LED燈屏雙重顯示病房的呼叫，增大了呼叫的成功率、系統的可靠性和靈活性，其設有語音傳輸功能，在使用的過程中，可以通過通話更及時的了解病患的情況及需求，使呼叫更具人性化，同時系統的無線發射接收模塊電路可以增大系統靈活性，避免臨時加床時的不能呼叫的情況發生，是病患得到最好的服務。

參考文獻

[1] Chiara Buratti. IEEE 802. 15. 4系統無線傳感器[M].北京：科學出版社，2007， 3： 121-124.

[2] ZigBee Alliance， ZigBee Specifications （V2. 0） [S]. ZigBee Alliance， 2007.

[3] Hans Schantz.超寬帶（UWB）天線原理與設計[M].北京：人民郵電出版社，2012.1： 35-37.

[4] 袁瓊.一種網絡技術無線傳感網絡設計[J].龍源，2006，（8）：27-28.57 昆明理工大學碩士論文。

山東協和學院