基于单片机的病床呼叫系统设计

朱轩违 陈印 高琴 谭芸

摘 要：为方便医护人员与病人间快速及时的交流，本文设计一款基于单片机的病床呼叫系统，其核心为两块51系列的MCU，分别放置在主机、从机上，主机上有LCD1602显示屏、语音播报模块、蜂鸣器、LED灯、按键及ESP8266WiFi模块以实现无线数据传输。从机系统有ESP8266WiFi模块、LED灯及按键。主机作为接收端，从机作为发送端。手机APP与从机ESP8266作为客户端通过主机ESP8266连接开发板，从而实现无线通信。

关键词：ESP8266;LCD屏幕;單片机

1.引言

伴随着科技进步与社会的发展，病床呼叫系统逐渐向无线化、网络化、智能化方向发展。无线呼叫系统逐渐替代有线呼叫系统，无线呼叫系统弥补了有线呼叫系统部署复杂，维修困难，成本高，占用空间大等缺点，且无线呼叫系统实现一连一、一连多及多连多的功能，连接范围也在医院，养老机构等使用该系统的范围以内[1-3]。由于其无线的特性，部署方便，甚至可以携带移动实现真正的随时呼叫的目的。同样由于其无线的特性，使得该系统可以连接路由器与外网实现远程连接得目的，也为其今后向更加智能化，网络化发展提供了基础[4]。

病床呼叫系统作为医院住院部主要的求救呼叫手段，能够有效的使得病患得到及时的救助，特别是遇到紧急情况时，更能凸显其优越性。使用ESP8266使该系统连接手机，以当今人手一部手机的环境来看，这样使得该系统的灵活性大大提高。

2.系统总体设计

本系统硬件由51最小系统、语音播报模块、ESP8266WiFi、模块等模块组成。该系统以51单片机为核心控制系统，主要功能为数据传输、屏幕显示、语音播报，声光报警等。这个系统的设计是为了更好地使用模块化方法，每个功能模块是分不同部分开发的。

3 硬件设计

3.1 主控制模块

该设计的主控芯片采用的是STC89C51单片机，如图1所示。

STC89C51是一款抗干扰、超强抗静电、功耗低、高性价比的单片机。它适用于各种微控制系统，工作频率往往取决于晶振的频率，51单片机一般兼容12MHz与11.05926MHz晶振，本系统采用12MHz晶振。使用51单片机作为本系统的主控MCU是非常合适的，设计简单、成本低、稳定性强、抗干扰强，符合本系统所要求的性能。

3.2 ESP8266无线通信模块

ESP8266主要有三种组网模式，分别为：Soft AP模式，Station模式，Soft AP+Station模式。本系统使用SoftAP+Station模式，SoftAP+Station模式就是前两种模式的结合，它既能连接别的网络，本身也可以作为服务器和路由器等待别的终端设备连接，它同样会发出WiFi信号。

该模块与单片机之间使用异步串行通信，在连接单片机时非常简单只需要将URAT串口线中RX、TX与单片机的RX、TX交叉连接即可。该模块使用3.3V电压，如果使用5V电压去控制该模块，需在ESP8266的RX引脚处串联一个1K的电阻以用作分压。

本设计使用ESP8266WiFi可以将终端和另一个ESP8266组建成一个局域网，以方便相互的数据传输。这样可以使用手机完成报警，也能连接路由器实现远程报警。

3.3 LCD1602显示屏

LCD1602作为字符型液晶显示屏，能显示两行32个字符。由于其像素点不连续所以无法显示图形。

3.4 JQ8900-TF语音模块

JQ8900语音模块功能强大，应用广泛。多用于车载语音播报，收费站语音提示，汽车站火车站检查安全提示音，公安边防检查提示音，消防语音，自动播报等多个领域。使用语音模块的注意事项：模块上电时LED等会闪烁一下然后熄灭。供电电压使用5V。

3.5 74HC5959与蜂鸣器

本系统为了节约引脚，使用74HC595串转并芯片控制LED灯。这样可以通过少数3个引脚控制8个LED灯，只是本系统使用六个LED灯。至于蜂鸣器可以使用最简单的对连接蜂鸣器的引脚取反延时即可。

4.系统安装与调试

系统安装后进行软件调试，首先下载程序，通过主控MCU向ESP8266WiFi模块发送控制AT指令，以控制WiFi模块进行配置初始化，分别作为客户端与服务器。使客户端连接服务器当从机发出信号之后，主机相应显示和播报相关信息，再将报警信息发送至手机APP进行显示。

5.总结

本系统是基于STC89C51单片机与ESP8266无线WiFi模块的病床呼叫系统，具有及时呼叫报警提示功能，描述了单片机与各模块间相互通信连接控制的工作原理。随着社会的进步和科技的发展，病床呼叫系统也向着更智能化、网络化、便捷化方向发展。病床呼叫系统在医疗检测上运用意义重大，能够造福广大群众，为医疗事业的发展提供动力。

参考文献：

[1]秦蒙，杜豪杰，罗广生，李冰冰.基于51单片机的无线病床呼叫系统的设计与实现[J].现代信息科技，2021，511：24-26+30.

[2]郭芸俊，张焕梅.基于AT89C51的无线病床呼叫系统设计与实现[J].山西电子技术，2021，05：27-28+31

[3] 孙智勇.基于单片机的病床呼叫系统设计研究[J].电子制作，2019，14：3-5.

[4] 王广德.医用局域有线呼叫系统的设计[D].吉林大学，2007.