基于ZigBee的無線病房呼叫系統(tǒng)便攜端設(shè)計

圖4-1 給出了CC2420 外圍電路圖。芯片本振信號既可由外部有源晶體提供，也可由內(nèi)部電路提供。由內(nèi)部電路提供時需外加晶體振蕩器和兩個負(fù)載電容，電容的大小取決于晶體的頻率及輸入容抗等參數(shù)。本文采用16MHz 晶振，電容值為22pF.如果使用外部時鐘，直接從XOSC16_Q1 引腳引入，XOSC16_Q2 引腳保持懸空；如果使用內(nèi)部晶體振蕩器，晶體接在XOSC16_Q1 和XOSC16_Q2 引腳之間。射頻輸入/輸出匹配電路主要用來匹配芯片的輸入輸出阻抗，使其輸入輸出阻抗為50Ω，同時為芯片內(nèi)部的PA 及LNA 提供直流偏置。

CC2420 通過4 線SPI 總線（SI、SO、SCLK、CSn）設(shè)置芯片的工作模式，并實現(xiàn)讀/寫緩存數(shù)據(jù)，讀/寫狀態(tài)寄存器等。通過控制FIFO 和FIFOP 管腳接口的狀態(tài)可設(shè)置發(fā)射/接收緩存器。CC2420 射頻信號的收發(fā)采用差分方式進(jìn)行傳輸，其最佳差分負(fù)載是115+j180Ω阻抗匹配電路應(yīng)該根據(jù)這個數(shù)值進(jìn)行調(diào)整。

CC2420 具有內(nèi)部發(fā)送接收（T/R）開關(guān)電路，這就使得天線接口的匹配極為容易。RF 采用差動連接；單集天線需要使用不平衡變壓器。通過外接直流通路，連接引腳TXRX_SWITCH到RF_P 和RF_N,實現(xiàn)PA 和LNA 的偏置。

CC2420 是一個半雙工的RF 芯片，在同一時刻只處于一種工作狀態(tài)，或者出于發(fā)送狀態(tài)，或者處于接收狀態(tài)；CC2420 有15 個命令寄存器，每個寄存器都有一個固定的地址；CC2420的發(fā)送緩沖與接收緩沖是分開的：TXFIFO 為128 字節(jié)，RXFIFO 為128 字節(jié)。

TXFIFO 與RXFIFO 的讀寫可以通過兩種方式進(jìn)行：

寄存器方式：通過讀寫TXFIFO 寄存器（0x3E）操作128 字節(jié)的TXFIFO 通過讀寫RXFIFO寄存器（0x3F）操作128 字節(jié)的RXFIFO.

RAM 方式：直接對具體RAM 地址的讀寫來操作指定地址的RAM 數(shù)據(jù)。

TXFIFO 中同一時刻只能有一個等待發(fā)送的數(shù)據(jù)幀，RXFIFO 中同一時刻可以有多個接受到的數(shù)據(jù)幀，只要這些數(shù)據(jù)幀的總長度不超過128 字節(jié)。CC2420 使用SFD、FIFO、FIFOP 表示收發(fā)數(shù)據(jù)的狀態(tài)。

5 ZigBee 組網(wǎng)設(shè)計

ZigBee 無線病房呼叫系統(tǒng)是為了彌補現(xiàn)有病房呼叫系統(tǒng)的不足、改善病房環(huán)境、減輕醫(yī)生、護(hù)士的工作量、更好的為病人服務(wù)而專門設(shè)計開發(fā)的一套病房呼叫系統(tǒng)。房間內(nèi)的呼叫節(jié)點采用星型網(wǎng)絡(luò)連接，由其中一個節(jié)點作為ZigBee 路由器，負(fù)責(zé)與中心網(wǎng)絡(luò)的連接和數(shù)據(jù)中繼轉(zhuǎn)發(fā)；所有的ZigBee 路由器組成一個星型與樹型結(jié)合的混合網(wǎng)絡(luò)，再與ZigBee中心節(jié)點連接，中心節(jié)點設(shè)置在管理中心，構(gòu)建成一個完整的ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)病人發(fā)出的服務(wù)請求會通過網(wǎng)絡(luò)傳到中心端，醫(yī)生或護(hù)士可以通過中心端獲得病人的信息，對請求作出及時處理。

我們給出如下具體實現(xiàn)步驟：第一步：初始化硬件驅(qū)動和MAC 層。第二步：掃描信道獲得并處理環(huán)境信息。節(jié)點根據(jù)信道掃描的結(jié)果作出加入網(wǎng)絡(luò)或新建PAN 網(wǎng)絡(luò)的判斷，如果節(jié)點決定新建PAN 網(wǎng)絡(luò)，那么執(zhí)行第三步，否則調(diào)到第五步。第三步：建立PAN 網(wǎng)絡(luò)。其中包括以下過程：信道能量掃描、短地址信息選取、選擇PAN 網(wǎng)絡(luò)ID、初始化網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。第四步：允許接收節(jié)點的入網(wǎng)請求。該部分處理關(guān)聯(lián)指示原語，父節(jié)點執(zhí)行完第四步后，節(jié)點己做好數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)備，將不再執(zhí)行第五步到第六步。第五步：加入PAN 網(wǎng)絡(luò)。在這一步中，子節(jié)點先發(fā)布一個網(wǎng)絡(luò)查找原語currentPrimitive=NLME_NETWORK_DISCOVERY.request,之后子節(jié)點的MAC 層就會執(zhí)行一次主動掃描返回NLME_NETWORK_DISCOVERY.confirm,函數(shù)會據(jù)此更新鄰接表，子節(jié)點就可以從搜索到的網(wǎng)絡(luò)中選擇一個父節(jié)點加入。第六步：數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)子節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)后，子節(jié)點和父節(jié)點就可以進(jìn)行通信了。

6 結(jié)束語

本文從醫(yī)院對病房呼叫系統(tǒng)的實際需要出發(fā)，提出了無線病房呼叫系統(tǒng)便攜端的硬件整體設(shè)計方案，設(shè)計出無線病房呼叫系統(tǒng)便攜端的總體框圖及硬件設(shè)計，給出了該系統(tǒng)的組網(wǎng)方案及實現(xiàn)步驟。該方案具有低成本、低功耗、高可靠性和可擴展性等方面的優(yōu)點。