基于MSP430與DTMF技術(shù)的醫(yī)院呼叫對(duì)講系統(tǒng)設(shè)計(jì)
16位的MSP430單片機(jī)的集成度很高,片內(nèi)資源豐富,主要的突出特點(diǎn)是低功耗,可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定工作,應(yīng)用到該系統(tǒng)后,性能得到很好的優(yōu)化,可以提高醫(yī)護(hù)人員的工作效率和降低他們的勞動(dòng)強(qiáng)度,病人也能得到及時(shí)的護(hù)理和醫(yī)療,可以顯著提高醫(yī)院的服務(wù)水平和醫(yī)療質(zhì)量。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201706/360370.htm1 DTMF呼叫對(duì)講系統(tǒng)介紹
1.1 DTMF技術(shù)的介紹
DTMF(Dual Tone Multi Frequency),即雙音多頻,由一個(gè)高頻信號(hào)與一個(gè)低頻信號(hào)疊加組合成的,分別代表一個(gè)數(shù)字或字符。雙音多頻信號(hào),是用兩個(gè)特定的單音頻的組合來(lái)代表數(shù)字或功能。高低頻信號(hào)各有4種,分別組成高頻群和低頻群,采用8選1的組合方式來(lái)構(gòu)成DTMF信號(hào),從而有16種組態(tài),分別可以代表?yè)芴?hào)鍵盤上的0—9、A—D、*、#等16個(gè)字符,按照信號(hào)頻率和字符對(duì)應(yīng)列出表格(如表1所示)。由于其具有良好的抗噪聲特性,被廣泛用于通信系統(tǒng)撥號(hào)傳輸。
1.2 呼叫對(duì)講系統(tǒng)的工作原理
系統(tǒng)的主機(jī)和分機(jī)都通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行控制,由于在整個(gè)呼叫系統(tǒng)中主機(jī)只有一個(gè),是系統(tǒng)的核心模塊,通過(guò)外部總線可以與分機(jī)連接,實(shí)現(xiàn)呼叫對(duì)講的功能。主機(jī)可以在任何時(shí)間接收分機(jī)的呼叫,同時(shí)數(shù)碼顯示屏和病人信息一覽顯示表能同步和準(zhǔn)確地顯示相應(yīng)的信息,設(shè)有一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)護(hù)理級(jí)別,當(dāng)有多路呼叫信號(hào)時(shí),按護(hù)理級(jí)別和先后撥打順序循環(huán)顯示。
2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
系統(tǒng)在空間上可分為3個(gè)部分,分別為醫(yī)護(hù)人員值班室、病房和走廊(如圖1所示)。主機(jī)、電話機(jī)和病人信息一覽顯示表等安裝在醫(yī)護(hù)人員值班室,分機(jī)安裝在各個(gè)病房的各個(gè)床位,數(shù)碼顯示屏安裝在走廊上。主機(jī)在待機(jī)的時(shí)候,走廊上的數(shù)碼顯示屏顯示日期時(shí)間等信息,當(dāng)有病人使用分機(jī)呼叫主機(jī)時(shí),在醫(yī)護(hù)人員值班室的主機(jī)會(huì)發(fā)出響鈴信號(hào)同時(shí)病人信息一覽顯示表和走廊上的數(shù)碼顯示屏?xí)@示相應(yīng)病人的信息,電話接通后,醫(yī)護(hù)人員得知病人的情況,以便準(zhǔn)備相應(yīng)的醫(yī)療措施。
3 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì)
3.1 主機(jī)的硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)主要由單片機(jī)、DTMF信號(hào)的發(fā)送電路、DTMF信號(hào)的接收電路、DTMF信號(hào)的解碼電路、振鈴檢測(cè)電路、摘掛機(jī)檢測(cè)電路等部分組成,如圖2所示。
主機(jī)的設(shè)計(jì)采用MSP430F149單片機(jī)作為核心控制模塊,它不僅控制著主機(jī)和分機(jī)號(hào)碼的收發(fā),還控制主機(jī)和分機(jī)的接通、振鈴信號(hào)的通斷、顯示等功能。系統(tǒng)處在正常工作狀態(tài)下,當(dāng)主機(jī)呼叫分機(jī)時(shí),通過(guò)相應(yīng)的信號(hào)檢測(cè),主機(jī)電話機(jī)摘機(jī)后,撥打分機(jī)號(hào)碼,經(jīng)過(guò)DTMF信號(hào)解碼后發(fā)送到相應(yīng)的分機(jī),分機(jī)電話機(jī)摘機(jī)后,主機(jī)和分機(jī)便可以實(shí)現(xiàn)通話,通話結(jié)束后掛機(jī)。當(dāng)醫(yī)護(hù)人員需要廣播時(shí),啟動(dòng)群呼功能,主機(jī)對(duì)所有分機(jī)廣播,掛機(jī)后結(jié)束。當(dāng)有分機(jī)呼叫主機(jī)時(shí),主機(jī)接收到信號(hào)后對(duì)其進(jìn)行編碼,通過(guò)解碼電路送入單片機(jī),CPU讀取信息后,顯示電路顯示相應(yīng)分機(jī)的號(hào)碼和呼叫時(shí)間,主機(jī)電話機(jī)摘機(jī)后,振鈴信號(hào)清除,分機(jī)和主機(jī)便可以實(shí)現(xiàn)通話。
3.2 DTMF信號(hào)收發(fā)電路
本系統(tǒng)的DTMF信號(hào)收發(fā)電路采用MT8880,它集成度高,功耗低,能用于發(fā)送和接收DTMF信號(hào)。使用Protues設(shè)計(jì)收發(fā)電路,如圖3所示,A端口接入到總線,B端口是DTMF信號(hào)收發(fā)端。MT8880使用標(biāo)準(zhǔn)的單片機(jī)控制接口,單片機(jī)可以精確地完成接收和發(fā)送功能。
處于發(fā)送狀態(tài)時(shí),數(shù)據(jù)總線上的4位二進(jìn)制碼鎖存到發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器,發(fā)送的信號(hào)頻率由晶振頻率通過(guò)分頻產(chǎn)生,在基準(zhǔn)頻率中分離出8個(gè)不同的頻率信號(hào)再按八取二的組合方式選擇出一組高低頻率從而合成一個(gè)DTMF信號(hào)。處于接收狀態(tài)時(shí),DFMF信號(hào)輸入后,被分離成一組高低頻率信號(hào),檢測(cè)到后譯成對(duì)應(yīng)的4位二進(jìn)制碼,隨后鎖存在接收數(shù)據(jù)鎖存器中。
3.3 信號(hào)的解碼電路
主機(jī)呼叫分機(jī)利用電話機(jī)的撥號(hào)原理,主機(jī)電話機(jī)撥打分機(jī)號(hào)碼,發(fā)出的DTMF信號(hào)通過(guò)解碼電路獲得對(duì)應(yīng)分機(jī)的地址信號(hào)。本系統(tǒng)采用MT8888作為解碼器芯片,它的功能強(qiáng)大,具有電路簡(jiǎn)單、功耗低、穩(wěn)定性高和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn),該芯片外同電子元件少,很容易與MCU接口相連。由Protues設(shè)計(jì)出解碼電路,如圖4所示,單片機(jī)的P1.1端用作讀選通功能接到MT8888的RD端,P1.2端用作寫選通功能接到MT8888的WR端,圖中電路當(dāng)有DTMF信號(hào)輸入時(shí),鎖存到輸出寄存器中,使得IRQ端輸出高電平,CPU查詢到該信號(hào)后對(duì)MT8888進(jìn)行控制,使得RD和CS端有效,同時(shí)把代表所撥號(hào)碼的4位二進(jìn)制碼傳送至CPU處理。
3.4 振鈴檢測(cè)電路
當(dāng)有用戶呼叫本機(jī)時(shí),電話交換機(jī)發(fā)來(lái)鈴流信號(hào),因此可以通過(guò)檢測(cè)有無(wú)鈴流信號(hào)來(lái)判斷有無(wú)呼叫信號(hào)。本系統(tǒng)的振鈴檢測(cè)電路由4個(gè)二極管D1~D4,2個(gè)穩(wěn)壓二極管D5、D6,1個(gè)電阻R和1個(gè)電容C組成,IN1端與IN2端是鈴流信號(hào)輸入端,OUT1端與OUT2端是振鈴檢測(cè)輸出端。當(dāng)沒(méi)有振鈴信號(hào)輸入的時(shí)候,穩(wěn)壓管D5不能導(dǎo)通,振鈴檢測(cè)電路的輸出端電壓近似為0V,此時(shí)檢測(cè)結(jié)果為沒(méi)有振鈴信號(hào);當(dāng)有振鈴信號(hào)輸入的時(shí)候,由于二極管D1~D4組成的電路具有整流作用,信號(hào)變換成脈動(dòng)直流電,通過(guò)電阻R對(duì)電容C充電,振鈴檢測(cè)電路的輸出端產(chǎn)生電壓,此時(shí)檢測(cè)結(jié)果為有振鈴信號(hào)。在電路中的穩(wěn)壓二極管D6的作用是限制振鈴信號(hào)的幅值,防止輸入電壓過(guò)火而燒壞電路元件。
3.5 摘掛機(jī)檢測(cè)電路
掛機(jī)檢測(cè)電路用于檢測(cè)摘掛機(jī)狀態(tài),并將其輸入單片機(jī)控制系統(tǒng)。摘掛機(jī)的檢測(cè)信號(hào)輸入到單片機(jī)的P1.3引腳,磁鐵裝在話筒上,干簧管裝在電話機(jī)內(nèi)部,利用干簧管的合上與斷開(kāi)可以實(shí)現(xiàn)話筒和話機(jī)合上與斷開(kāi)。電話機(jī)摘機(jī)時(shí),話筒和話機(jī)分開(kāi),由于失去了磁鐵的吸引作用,干簧管的彈片斷開(kāi),P1.3引腳輸入高電平;電話機(jī)掛機(jī)時(shí),話筒與話機(jī)合上,由于磁鐵的的吸引作用,P1.3引腳輸入低電平,這樣可以通過(guò)查詢P1.3引腳的電平狀態(tài)來(lái)檢測(cè)摘掛機(jī)。
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
根據(jù)需要,設(shè)計(jì)出主機(jī)的呼叫工作流程圖(如圖5所示)。主機(jī)處在空閑狀態(tài)下,即沒(méi)有呼叫和通話時(shí),走廊上的數(shù)碼顯示屏?xí)@示實(shí)時(shí)的口期和時(shí)間等信息,同時(shí)主機(jī)會(huì)不斷進(jìn)行中斷查詢,判斷此時(shí)是否有分機(jī)發(fā)送的呼叫信號(hào),若沒(méi)有的話就執(zhí)行按鍵查詢,判斷是否撥號(hào)呼叫;當(dāng)主機(jī)與分機(jī)進(jìn)行通話時(shí),雙方接通后,此時(shí)數(shù)碼顯示屏?xí)@示病人的相關(guān)信息,如病房號(hào)、床位號(hào)等。
5 實(shí)驗(yàn)仿真分析
為了驗(yàn)證DTMF信號(hào)的可靠性,應(yīng)用MATLAB進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。需要設(shè)置一組DTMF信號(hào)頻率組,本實(shí)驗(yàn)選擇按鍵“0”的DTMF信號(hào),其對(duì)應(yīng)的頻率組為1 366 Hz和941 Hz,導(dǎo)入到MATLAB后可以得到該信號(hào)的時(shí)域波形圖(如圖6所示),再選擇其它頻率組進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)也得到類似的結(jié)果。由此實(shí)驗(yàn)可說(shuō)明一組高低頻率可以有效地組合成一個(gè)DTMF信號(hào),并且能被準(zhǔn)確的識(shí)別和處理,由于DTMF撥號(hào)速率的高效性,避免了傳統(tǒng)的撥號(hào)方式帶來(lái)的缺陷,確保信號(hào)準(zhǔn)確無(wú)誤地傳送,可以肯定本系統(tǒng)的可行性。
6 結(jié)束語(yǔ)
本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單,以MSP430F149單片機(jī)作為控制核心,采用DTMF信號(hào)的通信技術(shù),能有效地降低系統(tǒng)的成本,提高其可靠性和抗干擾能力。本系統(tǒng)的組裝和維護(hù)方便,操作簡(jiǎn)單,便于醫(yī)護(hù)人員和病人使用,病人能直接與值班室的醫(yī)護(hù)人員交流,很好地改善了醫(yī)患關(guān)系,讓醫(yī)護(hù)人員及時(shí)了解病人的現(xiàn)狀,病人也能得到悉心的護(hù)理和對(duì)醫(yī)院的信任度也有所提高。本文所研究的系統(tǒng)重點(diǎn)在于設(shè)計(jì)一個(gè)有效、方便的呼叫對(duì)講系統(tǒng),基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo),但是科技總是不斷發(fā)展的,技術(shù)會(huì)逐步更新,今后醫(yī)院呼叫對(duì)講系統(tǒng)的功能也會(huì)不斷地完善。
評(píng)論