临床呼叫求助装置是传送临床信息的重要手段，关系病员安危，传统的有线呼叫系统历来受到各大医院的普遍重视。 传统的病房呼叫系统采用的都是有线传输，很难做到隐蔽和美观，安装维护都不方便，抗电气干扰能力也不强。为克服以上不足，如果采用一种无线的病房呼叫监护系统，在医院的病房里每个床位边都装有一个呼叫按钮，当...
1 引言
伴随着医疗体制改革的不断深化和医疗事业的飞速发展，越来越多的们需要迅捷、方便地得到医院的各种各样的医疗服务，必将使医院之间的竞争日趋激烈。
这使得衡量一个医院的综合水平高低，不再仅局限于软、硬件的建设上，更要比服务。临床呼叫求助装置传送临床信息的重要手段，关系病员安危，传统的有线呼叫系统历来受到各大医院的普遍重视。如果采用无线传输，会节约布线和改造线路的资金，为医院节约成本，并且及时、准确、可靠、简便可行，比目前的同类产品更能受到医院及病人的认可，有更强的竞争力，能大量推广。
传统的病房呼叫系统采用的都是有线传输，很难做到隐蔽和美观，安装维护都不方便，抗电气干扰能力也不强。为克服以上不足，如果采用一种无线的病房呼叫监护系统，在医院的病房
本文使用专用射频模块nRF401，并使用单片机控制，其原理简单，使用的芯片集成度高，性能稳定，并且造价相对也低。每个分机有惟一的地址码，主机对呼入的号码进行存储，确保呼叫信息不丢失，终端数码管循环显示呼叫地址及声音报警，系统稳定可靠，具有很好的应用前景。
2 系统硬件设计
系统分为呼叫分机和接收主机。分机用来进行呼叫，编码使用单片机完成，分机的核心电路即是单片机与射频芯片的连接电路。主机负责接收分机发来的信号，并进行解码、显示和报警，主机上设有键盘用于翻查和删除。
2.1 系统原理框图
系统的原理框图如图1，图2所示。
2.2 nRF401介绍
2.2.1 nRF401主要性能
nRF401是挪威Nordic VLSI公司最新推出的单芯片RF收发机，专为在433 MHz ISM (工业、科研和医疗)频段工作而设计。nRF401使用具有较强抗干扰能力的FSK频率(Frequency Shift Keying)调制方式，改善了噪声环境下的系统性能，采用DSS+PLL频率合成技术，工作频率稳定可靠。与ASK幅移键控(Amplitude Shift Keying)和OOK开关键(On Off Keying)方式相比，这种方式的通信范围更广，特别是在附近有类似设备工作的场合。
其主要特性如下：
(1)工作频率为际通用的数传频段；
(2)FSK 调制，抗干扰能力强.特别适合工业控制场合；
(3)采用PLL频率合成技术，频率稳定性极好；
(4)灵敏度高，达到-105 dBm(nRF401)；
(5)功耗小。接收状态250 mA，待机状态仅为8 A；
(6)最大发射功率达+10 dBm；
(7)低工作电压(2.7 V)，可满足低功耗设备的要求；
(8)具有多个频道，可方便地切换工作频率；
(9)工作速率最高可达20 kb／s(RF401)；
(10)仅外接一个晶体和几个阻容、电感元件，基本无需调试；
(11)因采用了低发射功率、高接收灵敏度的设计，使用无需申请许可证，开阔地的使用距离最远可达1000 m(与具体使用环境及元件数有关)。
2.2.2 nRF401引脚介绍
nRF401的引脚如图3所示。
CS：频道选择，CS=0 选择工作频道1，即433.92 MHz；CS=1选择工作频道2(即434.33 MHz)。连接AT89C51的P2.5脚；
Dout：数据输出，连接AT89C51串口RXD；
Din：数据输入，连接AT89C51串口TXD；
PWR-UP：节能控制，PWR-UP=1正常工作状态，
PWR-UP=0 低功耗节能状态。连接AT89C51的P2.6脚；
TXEN：发射接收控制，TXEN=1时，nRF401为发射状态。TXEN=0时，nRF401为接收状态，连接AT89C51的P2.7脚；
ANT1和ANT2是接收时信号的输入，以及发送时功率放大器的输出。连接nRF401的天线是以差分方式连接到nRF401的，在天线端推荐的负载阻抗是400Ω。
2.2.3 nRF401的典型连接
nRF401的典型应用连接图如图4所示，可直接用于单片机或计算机RS 232串口异步传输。
从图4中可以看到，外围元件很少，包括一只基准晶振及几只无源器件，没有调试部件，天线用微带天线直接设计在线路板上，这给研制及生产带来了极大的方便。图中L1电感需要用高Q值高精度的贴片绕线高频电感(Q>45)，晶振X1需要用高稳定晶振，电容元件应选用高稳定贴片元件如NPO高稳定电容，以确保其性能。
2.3 分机电路设计
分机使用便携式设计，采用电池供电，在选用元件时候需要考虑到功耗和体积，还需要考虑芯片工作的最低电压的问题。所以单片机选用AT89C2051，他只有20个引脚，结构精简、体积也小、功耗低，而且在3 V的电压下就能稳定工作。他具有AT89C51的内核，指令系统也一样。分机上所需要的I/O口很少，使用AT89C2051完全能满足要求。
分机采用8位拨码开关手动定位来确定分机的地址，若需要将分机移至别的病床，则只需要改变拨盘开关的状态，即可改变分机的号码。如果需要增加床位，则只需要增加分机的数量，每个分机在软硬件上完全一样，只需要在拨盘开关上设置地址
在本设计中，使用nRF401与单片机进行串口通信，只需要将他的数据输入口(DIN)和数据输出口(DOUT)分别与单片机的TXD与RXD连接即可。
2.4 主机电路设计
2.4.1 信号收发处理部分
主机采用AT89C51作为控制芯片，工作时也要进行状态切换、频率选择和串行通信设置，实现的方法与分机的一样，nRF401与AT89C51的连接电路和分机一样。
2.4.2 显示电路的设计
显示电路主要包括大型LED数码管BSI20-1(共阳极，数字净高12 cm)和高电压大电流驱动器ULN2003，大型LED数码管的每段是由多个LED发光二极管串并联而成的，因此导通电流大、导通压降高。ULN2003是高压大电流达林顿晶体管阵列电路，他具有7个独立的反相驱动器，每个驱动器的输出灌电流可达500 mA，导通时输出电压约1 V，截止时输出电压可达50 V。ULN2003的1～7脚为信号输入脚，依次对应的输出端为16～10脚，8脚为接地端。当驱动电源电压为+12 V时，若要求数码管每段导通电流为40 mA，则每段的限流电阻为50Ω。则一块ULN2003恰好驱动一个LED数码管的7段。大数码管采用共阳极接法，低电平有效。锁存器输出的电平经NPN三极管9014反相后，再由ULN2003放大后推动大数码管显示。
2.4.3 报警电路的设计
主机在接受到呼叫后，首先进行报警告知值班人员。报警电路可以用单片机P2.0输出1 kHz和500 Hz的音频信号经放大后驱动扬声器，做报警信号，要求1 kHz信号响100 ms，再500 Hz信号响200 ms，交替进行。这里使用音频放大器LM386，他的工作电压为4～ 12 V，输出功率最大可达1 W，输入阻抗为50 kHz。
3 系统软件设计
3.1 分机系统软件流程图
单片机扫描发射键，如果扫描到有发射键按下，系统便扫描拨码开关的状态以确定地址码，然后将射频芯片置于发射状态并且开始地址码传送，地址码传送完毕后再将射频芯片回到接收状态等待确认信息，确认信息收到后点亮确认灯1s，然后休眠状态等待，如此循环工作。其流程如图6所示。
3.2 主机系统软件流程图
当主机接收到呼叫信号后，便进行存储，然后调用显示子程序进行循环显示，然后给呼叫器发送出回应信号，发送完毕后，射频芯片再次置于接受状态等待信息，其主流程图如图7所示。
4 结语
该系统能实现医院呼叫所需的一般功能。由于每次呼叫的时间在数十毫秒级别，很难遇到两个呼叫器在这么短的时间内同时发出呼叫信息，本设计的硬件电路结构十分简洁、成本低廉。硬件和软件设计方案已通过实验检验，系统各项参数稳定、功耗低，对在多发单收情况下，系统运行稳定，通信误码率低，设计需要的各项功能都能实现。
