基于單片機的醫(yī)院分檢與叫號系統(tǒng)設(shè)計*

李秋怡，孔梓鑫，黃東升，陳桂隆

（廈門理工學(xué)院 電氣工程與自動化學(xué)院，福建 廈門 361024）

醫(yī)院是一個為大眾提供醫(yī)療服務(wù)的行業(yè)，不僅要滿足社會大眾的就診醫(yī)療要求，更要注重醫(yī)院的就診環(huán)境，提升醫(yī)院的影響力[1]。長期以來，醫(yī)院的就診患者不斷增加[2]，就診量增大，導(dǎo)致各種業(yè)務(wù)出現(xiàn)長時間排隊的問題，這困擾著醫(yī)患雙方[3]。若不加以管理會使就診秩序混亂，容易導(dǎo)致“走關(guān)系”看病、隨意插隊等惡劣現(xiàn)象發(fā)生；另外，若排隊無序，醫(yī)患之間極易出現(xiàn)“圍醫(yī)”現(xiàn)象，造成醫(yī)患關(guān)系緊張，不但使患者容易產(chǎn)生急躁心情，也嚴重影響了醫(yī)生接診的環(huán)境，降低了醫(yī)生的工作效率。為解決這些問題，本文設(shè)計了一個醫(yī)院分檢與叫號系統(tǒng)。

本系統(tǒng)采用STM32單片機為控制核心，通過心率脈搏傳感器和溫度傳感器進行患者心率和溫度的采集，并顯示在LCD液晶屏上，再通過設(shè)置溫度和心率范圍進行不同窗口的區(qū)分，從而達到分檢的效果，然后利用按鍵取號，患者可清楚知道自己的就診號數(shù)以及前方等待人數(shù)。此外，該系統(tǒng)實現(xiàn)清除LCD屏顯示的等待信息、窗口切換、查看剩余人數(shù)，通過語音模塊和揚聲器進行語音播報等功能。這樣一個系統(tǒng)，使患者可通過叫號系統(tǒng)排隊就診，完成患者排隊、導(dǎo)醫(yī)、分診工作[4]，避免了診室內(nèi)病人聚集的現(xiàn)象，且患者分檢排隊后可在等候區(qū)自由活動，減少了患者候診時的焦慮情緒[5]，極為有效地解決醫(yī)院排隊冗長、插隊、“圍醫(yī)”等問題，創(chuàng)造了良好的就醫(yī)環(huán)境。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)以STM32F103C8T6單片機為核心控制模塊，采用MAX30102心率脈搏模塊檢測患者實時心率，DS18B20溫度傳感器檢測患者實時溫度，根據(jù)設(shè)置的心率和溫度范圍安排就診患者到不同隊列進行排隊。

顯示模塊使用LCD12864液晶顯示器，按鍵模塊由5個獨立按鍵組成，其對應(yīng)的功能分別是：按鍵1，第一塊LCD液晶屏顯示患者的就診號數(shù)以及前方等待人數(shù)；按鍵2，LCD液晶屏清除按鍵1顯示的信息；按鍵3，語音模塊通過揚聲器進行播報患者的就診信息，通知患者去幾號窗口就診；按鍵4，第二塊LCD液晶屏可以顯示當(dāng)前窗口剩余的就診人數(shù)；按鍵5，第二塊LCD液晶屏可以切換查看不同窗口剩余的就診人數(shù)。

該系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 硬件設(shè)計

2.1 硬件選型與參數(shù)

STM32F103C8T6單片機：具有高性能的CPU，數(shù)據(jù)處理和運算能力強，工作頻率高，內(nèi)存較大，可以擴展，并且具有3種低功耗模式，2種調(diào)試模式，3個12位的AD轉(zhuǎn)換器，I/O端口高達112個，且定時器和通信接口較多，內(nèi)嵌有復(fù)位電路，性能較強。

MAX30102心率脈搏傳感器：采用一個1.8V電源和一個獨立的5V用于內(nèi)部LED電源可測量心率，工作溫度在-40 ～ +85 ℃。

DS18B20數(shù)字溫度傳感器：可采集-55 ～ +125 ℃的溫度，精度在-10～ +85℃范圍內(nèi)精度為±0.5 ℃。該傳感器的工作電壓在3.0～5.5 V之間，電壓范圍比較容易達到，較為方便。

LCD12864液晶顯示模塊：自帶有中國漢字字庫，點陣漢字很多，分辨率為128×64，可在3.0～5.5 V的低電壓范圍工作，低功耗，并且內(nèi)置有DC-DC轉(zhuǎn)換電路，工作溫度在0 ℃至55 ℃。

JQ8900-16P語音模塊：支持多種控制模式、一線串口模式、按鍵模式，最佳輸入電壓為4.2 V，工作電流為100 mA，工作溫度為-40 ～ +85 ℃。

2.2 硬件電路連接

2.2.1 MAX30102心率脈搏傳感器

MAX30102心率脈搏傳感器的結(jié)構(gòu)圖和引腳圖如圖2、圖3所示，其VIN接LED電源輸入端，一般接3.3 V或者5 V；SCL接時鐘線，SDA接數(shù)據(jù)線；INT是中斷引腳；RD和IRD分別指紅光LED接地端和紅外光LED接地端，一般不用接；GND接地。在該系統(tǒng)中，SCL接單片機的PB7引腳；SDA接PB8引腳；INT接到單片機的PB9引腳。

2.2.2 DS18B20溫度傳感器

該溫度傳感器的電路圖如圖4所示，其有3個引腳，VCC即電源輸入端；DQ指的是數(shù)據(jù)的輸入和輸出引腳；GND接地即可。在該醫(yī)院分檢與叫號系統(tǒng)中，DQ接到STM32單片機的PA8引腳。

2.2.3 按鍵模塊

按鍵模塊由5個獨立按鍵組成，其原理圖見圖5，該溫度傳感器的電路圖如圖4所示，其按鍵1接單片機的PA3引腳；按鍵2接單片機的PA4引腳；按鍵3接單片機的PA5引腳；按鍵4接單片機的PA6引腳；按鍵5接單片機的PA7引腳。

2.2.4 LCD12864液晶顯示器

液晶顯示模塊共有20個引腳，詳見圖6。第1個引腳VSS接地電源；第2個引腳VDD接電源端；第3個引腳VO，即LCD驅(qū)動電壓的輸入端；第4個引腳為RS，為片選信號，可選擇執(zhí)行指令或者執(zhí)行數(shù)據(jù)；第6個引腳為E，為使能信號，控制信號的輸入和輸出；第7到第14引腳為數(shù)據(jù)引腳；第15引腳為PSB，即并/串口接線的選擇；第16和18引腳為NC，即空腳；第17引腳為RST，表示復(fù)位引腳；第19引腳為LEDA，即光源的正極，接電源正極；第20引腳為LEDK，即光源的負極，接地即可。

2.2.5 JQ8900-16P語音模塊

語音模塊有16個引腳，詳見圖7。第1個引腳為VPP，即一線串口；第2個引腳為BUSY，指播放指示燈；第3個引腳為RX，為串行數(shù)據(jù)的輸入口，接STM32單片機的PB11引腳；第4個引腳為TX，為串行數(shù)據(jù)的輸出口，接STM32單片機的PB10引腳；第5個引腳為GND，接地即可；第6個引腳為DC-5V，為模塊電源輸入，一般用5V；第7個引腳為SPK-，指喇叭的聲音調(diào)低；第8個引腳為SPK+，指喇叭的聲音升高；第9到第15引腳，指觸發(fā)輸入口，一般對地觸發(fā)；最后一個引腳為DAC，即音頻輸出。

2.2.6 整體硬件實現(xiàn)

在本設(shè)計中，采用了STM32F103C8T6單片機，2個LCD12864液晶顯示器，DS18B20溫度模塊，MAX30102心率模塊，JQ8900-16P語音模塊和按鍵模塊。STM32單片機的第1、第24、第36、第48以及第9引腳為電源引腳，接VCC；第23、第35、第47以及第8引腳接地；其他引腳根據(jù)需要用于與其他模塊連接，整體硬件連接圖具體如圖8所示。

3 軟件設(shè)計

該系統(tǒng)的軟件設(shè)計包含主程序、I2C子程序、溫度傳感器子程序、心率脈搏傳感器子程序和LCD液晶顯示模塊子程序5個部分。

3.1 主程序設(shè)計

主程序設(shè)計流程圖如圖9所示。當(dāng)讀出心率和溫度數(shù)值后，根據(jù)心率和溫度范圍，將排隊取號分成了5個隊列。

當(dāng)溫度處于20.0～37.5 ℃，且心率在60～100范圍內(nèi)，LCD將顯示“正常”，患者去到窗口1排隊取號；

當(dāng)溫度處于37.5～38.0 ℃，且心率在50～60范圍內(nèi)，LCD將顯示“第四等級”，患者去到窗口2排隊取號；

當(dāng)溫度處于38.0～39.0 ℃，且心率在40～50范圍內(nèi)，LCD將顯示“第三等級”，患者去到窗口3排隊取號；

當(dāng)溫度處于39.0～41.0 ℃，且心率小于等于40時，LCD將顯示“第二等級”，患者去到窗口4排隊取號；

當(dāng)溫度大于41 ℃，且心率大于160時，LCD將顯示“第一等級”，患者去到窗口5排隊取號。

3.2 I2C子程序設(shè)計

I2C子程序流程圖如圖10所示。在通信的過程中，對I2C進行初始化后，再編寫三個信號，先編寫開始信號，再寫結(jié)束信號，最后判斷應(yīng)答信號。執(zhí)行語句后，進而發(fā)送字節(jié)和讀取數(shù)據(jù)。

3.3 溫度傳感器子程序設(shè)計

溫度傳感器子程序流程圖如圖11所示。在溫度讀取程序編寫中，先將傳感器初始化，而后延時750 μs，產(chǎn)生復(fù)位脈沖，再延時15μs，使傳感器進入到接收狀態(tài)。接著按照溫度傳感器的讀時序和寫時序規(guī)則進行編寫程序，實現(xiàn)對溫度的讀數(shù)，還需要跳過ROM指令、發(fā)送進行溫度轉(zhuǎn)換指令、發(fā)送讀取溫度數(shù)值指令三條指令，根據(jù)傳感器的編寫順序即可順利完成溫度讀數(shù)的功能。

3.4 心率脈搏傳感器子程序設(shè)計

心率脈搏傳感器子程序流程圖如圖12所示。先將傳感器初始化，再編寫I2C通信的啟動指令，對MAX30102寫入數(shù)據(jù)，即控制指令，發(fā)送有效應(yīng)答位；然后對傳感器進行讀操作的編寫。由于MAX30102傳感器還具有FIFO緩沖器，因此需要再按同樣的步驟去控制FIFO，從而讀出數(shù)據(jù)。

3.5 液晶顯示模塊子程序設(shè)計

液晶顯示器子程序設(shè)計流程圖如圖13所示。在該系統(tǒng)中，首先對LCD寫指令，設(shè)置RS=0，RW=0，發(fā)送0xf8指令，啟動一個周期，數(shù)據(jù)要分兩次傳送；再是寫數(shù)據(jù)，設(shè)置RS=1，RW=0，發(fā)送0xfa指令，啟動一個周期；接著對顯示器進行初始化設(shè)置。由于液晶模塊是通過X，Y進行對行和列的定位，因此需要設(shè)置固定的位置來顯示內(nèi)容，當(dāng)設(shè)置完成后，LCD液晶屏?xí)@示所需要的輸出內(nèi)容。

4 系統(tǒng)功能展示

4.1 系統(tǒng)實物圖

根據(jù)原理圖進行焊接，經(jīng)測試無誤后得到實物圖如圖14所示。

4.2 系統(tǒng)功能展示

把系統(tǒng)初始化后界面如圖15所示，開始對患者進行溫度和心率的采集，測得溫度為28℃，心率為98。系統(tǒng)根據(jù)測得結(jié)果進行分檢，符合“正常”等級，因此LCD顯示窗口1，最后兩行表示目前的就診號數(shù)和前方等待人數(shù)，如圖16所示。

分檢后，若要查看窗口剩余人數(shù)，則按下按鍵4，左邊LCD屏幕可顯示當(dāng)前窗口1的排隊人數(shù)為3名，如圖17所示。

若要進行窗口切換，查詢每個窗口剩余人數(shù)，則按下按鍵5，轉(zhuǎn)至窗口1可查詢到目前的剩余人數(shù)，或者根據(jù)情況切換到其他窗口，如圖18所示。

若要播報就診情況，則按下按鍵3，通過語音模塊與揚聲器相配合，揚聲器將之前語音模塊中錄入的信息進行播報，其實物圖如圖19所示。

若無需再查看就診信息，可按下按鍵2，清除LCD屏幕最后兩行，就只顯示就診窗口、溫度和心率數(shù)值，如圖20所示。

以上是醫(yī)院分檢與叫號系統(tǒng)的功能展示，可有效解決醫(yī)院環(huán)境嘈雜、秩序混亂等問題，充分表明了該系統(tǒng)的實用性和可行性。

5 結(jié)語

本文設(shè)計的醫(yī)院分檢與叫號系統(tǒng)通過溫度傳感器和心率脈搏傳感器測量人們體溫以及心率，實現(xiàn)分檢與叫號的功能，有效解決了就診環(huán)境嘈雜、就診患者排隊秩序混亂等問題，營造了一個公平、公開、公正的就診環(huán)境。該系統(tǒng)不僅提高了醫(yī)生的工作效率，降低了工作強度，而且也保障了患者的隱私，縮短了患者就診的時間，具有實際意義和應(yīng)用前景。