基于STM32病房呼叫控制系统的设计

王大成 宋艳芳

摘 要：房呼叫系统是为了提高医院的服务质量而提出的，它能使病人及时快捷地进行呼叫，以方便医院能快速准确的了解病人情况，并能及时施以救助。系统是基于无线网络开发的、以单片机stm32为核心的医院无线病房呼叫系统，利用无线网传输信号和语音信息，远程控制部分接收无线网发送来的信号，由stm32对其进行解码，解码后由数码管和灯屏显示，语音信息由话筒传出。

关键词： 单片机;无线网络;语音芯片;病房呼叫系统

1.研究背景

随着社会的进步和科技的发展，医疗水平的不断提高，现代医院护理需要快速、及时的获知并处理病人的突发病况，实现患者在住院的任何时间都能请求医生或护士进行诊断和护理。以便医院病房区的病患在有紧急情况或者有自己不方便处理的事件时呼叫医生或护士寻求帮助，医生或护士则通过响铃及站内指示灯获取求助信息的来源，并及时提供帮助。因此，一种新型的临床呼叫仪器的研制成为近些年来的研发热点之一。

2.课题研究内容

课题需要研究的内容主要有以下几个方面：

a） 根据系统功能要求进行系统的整体方案设计。该方案采用模块化设计方法，以方便系统的调试和用户的使用。

b） 系统硬件设计。包括芯片的选型、所选芯片的功能、芯片外围电路的合理设计。主要内容有芯片的选择、键盘电路的设计、显示电路的设计和语音电路的设计、无线网卡电路的设计。

c） 系统软件设计。主要包括系统主程序、动态扫描显示程序、语音程序、键盘扫描程序等。

3.病房呼叫系统主机硬件电路设计

病房呼叫系统主机电路部分主要包括显示电路、键盘电路、语音电路、报警电路、无线网卡电路几大部分。由无线网卡电路实现信号的传输是主机部分的基本设计思想，信号通过无线网卡传输给路由，在经过路由发送给接收分机，大大降低了有线传输的局限性，提高了整个系统的可靠性和抗干扰性。

基于ARM的数字化病房呼叫系统的主要芯片是stm32f103，以它为核心进行控制终端设备的接收和发送，采用RS232等通讯技术，实现了主机和分机之间的语音和通讯命令的传输。

3.1 显示模块电路设计

显示电路主要包括LED灯屏以及数码管显示电路。LED灯屏直观显示病房位置，数码管则是平时显示当前时间，一旦有呼叫传入，立即显示病房号，当有多个病床呼叫时，循环显示病床号。

3.2 键盘模块电路设计

为了减少了I/O引脚数目的使用，键盘模块采用了4*4的矩阵键盘，也称行列式键盘。使用这种键盘，编程也会更加灵活。它是由四条I/O线Y0-Y3作为行线，四条I/O线X0-X3作为列线组成的键盘。

3.3 语音模块电路设计

为方便医护人员及时了解病患的情况并作出应对措施，语音通话功能显得尤为重要。语音模块主要采用stm32上的I2S音频协议，I2S是一个3引脚的同步串行接口通讯协议，支持四种音频标准，包括飞利浦I2S标准，MSB和LSB对齐标准，以及PCM标准，在这里我们使用的PCM标准。在半双工的通讯中，可以工作在主、从两种模式下。

3.4 报警模块电路设计

报警模块是由stm32驱动一个蜂鸣器加上其外围电路构成。NPN作为蜂鸣器的驱动，R57作限流电阻。

3.5 无线网卡模块电路设计

Stm32将信号通过无线网卡传输信号给路由，再由路由传输给带有其他网卡的stm32进行信号的解码、存储、显示等，完成信号的无线传输。

3.6 电源电路设计

电源是整个系统正常运行的最基本保障。STM32F103的供电电压范围为2.0～3.6V。电源模块是电路关键的一部分，是整个系统工作的基础。

4.病房呼叫系统软件设计

4.1语音模块程序设计数码管显示

语音模块采用的VS1053b，它是通过一个串行输入总线来接收它的输入比特流，数据流被解码后会通过数字音量控制器送到一个高精度DAC，其中的解码器是通过一个串行控制总线来控制的。它控制整个系统完成语音录入，存储，发送，接受，播放等功能。

4.2数码管显示

数码管动态显示程序包括数字的显示、小数点的显示、数码管的闪烁和数码管的消隐等。显示的字符跟数据对应关系如表5-1所示：根据人的视觉暂留现象，一个数码管每秒必须点亮50次以上，才能达到稳定显示数据的目的。

4.3 LED灯屏显示

LED灯屏显示同样也是采用了扫描的方式。先扫描行，在扫描列，一旦检测到高电平，则相应的LED灯就会点亮。

4.4键盘模块程序设计

键盘模块的程序首先需要进行初始化，初始化延时函数，初始化LED端口，初始化与按键连接的硬件接口。然后軟件对按键去抖，写明每个按键的功能。

4.4无线传输模块程序设计

当数据从CPU经过串行端口发送出去时，字节数据转换为串行的位，在接收数据时，串行的位被转换为字节数据。无线网卡与stm32直接就是使用的串口通信。

4.4软件调试

系统源程序采用 keil5软件仿真器进行软件调试，首先依据各功能模块的功能要求和工作过程画出程序的流程图，然后根据流程图和系统的硬件连接写出详细的C语言程序，在调试时可以一个模块一个模块调试，以减少错误的几率，各个功能模块调试完了，再对整个系统进行调试，一旦有报错信息，可以对功能模块再次仔细检查，直到调试成功为止。

5.总结

基于STM32F103的无线病房呼叫系统采用无线传输信号的功能并用数码管和LED灯屏双重显示病房的呼叫，增大了呼叫的成功率、系统的可靠性和灵活性，其设有语音传输功能，在使用的过程中，可以通过通话更及时的了解病患的情况及需求，使呼叫更具人性化，同时系统的无线发射接收模块电路可以增大系统灵活性，避免临时加床时的不能呼叫的情况发生，是病患得到最好的服务。

参考文献

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山东协和学院