基于MCS-51单片机的多路呼叫系统设计

随着信息技术的发展与医疗卫生事业的深化改革，国家金卫工程的实施使医院管理信息化的进程大大加快，越来约多的医院认识到，只有通过信息化建设，逐步建立信息化医院和医疗企业，才能支持医院的可持续发展，从而大力提高医院综合效益和运行效益。因此，设计一个支持医院病床呼叫，具有一条线缆传输多路呼叫信息的功能的系统，是非常必要的。

1  多路呼叫系统整体设计方案

该系统利用单片机的双机通信功能，设计出的具有呼叫、显示、应答等功能的多路呼叫系统，就是为满足中小型医院中，医护人员与病人之间能及时准确地进行半双工通信，达到既方便病人又方便医护人员，更利于提高医院护理水平的目的而设计的。该系统适用于新老病房及门诊，且能随时扩充床位及迁移。针对目前整体化护理要求，取消了通话功能，便于任何情况都能到床边交流。其优异的性能及高度灵活性，是床边的呼叫系统的发展趋势，是医院提高身价的筹码。该系统的核心是MCS-51多机半双工通信，要求各子机仅能和主机通信，子机之间的通信要通过主机进行，不允许子机之间通信，主要由主机系统、分机系统、通信接口3部分组成。其系统结构框图如图1所示。



2  多路呼叫系统硬件系统设计和软件设计

2.1  主机硬件系统的设计

多路呼叫系统主要是根据MCS-51单片机的多机通信功能，将不同的床位编成有一定规律的代码，主机根据接收到的代码判断床位的号码，并向该床位发送指令，达到通信的目的。主机接收到子机送来的数据，其有效数据是子机应答主机、子机呼叫、当前惟一的呼叫。分析接收到的数据，如果是子机应答主机，子机应答主机灯亮。如果是子机呼叫，根据标志判断是否是当前惟一的呼叫，是当前惟一的呼叫，则显示当前呼叫的床位号，向子机发出应答指令。否则，主机将向该呼叫者发出线路忙的指令。主机硬件系统由AT89C51单片机、数码显示、RS 232数据通信等电路组成。其主机系统电路原理图如图2所示。这里的显示电路为2位，如果呼叫方大于100个，可进行扩展，显示方式采用软件控制。



2.2  分机硬件系统的设计

分机要求操作简单，体积小，功能全，易于安装调试。分机的主要功能是向主机发出呼叫信号，收到主机应答后，子机应答灯亮。分机硬件系统由AT89C51单片机、键盘扫描电路、LED显示电路、时钟电路等构成，其分机系统电路原理图如图3所示。图3所示键盘扫描电路采用独立式键盘，为8路呼叫，也可设计为矩阵式键盘，可扩展为64路呼叫。如果呼叫方更多，可接入8155芯片除PA0口之外的PB0口和PC0口。同时，AT89C51单片机的P1口接8155芯片进行功能扩展。[page]

2.3  通信方式的选取及通信接口设计

多路呼叫系统的数据通信特点是：通信距离较长，传输线要求尽量少，传输速度要求不高，传输的数据信息量少。根据串行通信与并行通信的比较，该系统选用串行通信。在确定了串行通信后，就要确定串行通信方式。串行通信有3种方式：单工方式、半双工方式、全双工方式。该系统采用半双工方式，因为在该系统中，要求数据的传输能同时在主机和分机之间进行双向传输，故不能采用单工方式，因为单工通信的数据只能往一个方向传输，同时系统要求只能用1条数据线进行数据的传输，因而不能采用全双工的通信方式，因为全双工方式需要2条独立的数据通道分别传输2个相反方向的数据流，所以通信方式只能选用半双工通信方式。

为了保证系统各部分之间传输的数据信息能被正确地接受到，在确定了系统的数据传输通信方式后，还需要规定一种数据通信双方都认可的同步方式，有同步方式同步和异步方式同步2种。这里结合系统要求本身，本着可靠实用的原则，采用异步方式同步的同步方式。因为异步通信常用于传输信息量不大，传输速度比较低的情况，但对系统的要求不高，容错性好，传输可靠，这些正是该系统的要求。

此外，由于系统所传输的数据为8位数据，根据串行口的工作方式，选择方式1，即8位异步数据接收器／发送器。综合以上4个方面的叙述可知，该系统的通信方式选用串行异步半双工通信的方式，串行口工作方式1，即采用具有RS 232C标准的点对点双机串行通信，这是因为利用单片机本身的串行口，其数据传输距离不超过1.5 m，而采用RS 232C标准可以进行远距离传输。该系统采用单片机AT89C51提供的串行口，通过对单片机功能寄存器SCON和PCON设置，来控制串行口的工作方式及传输波特率。

在AT89C51的发送端TXD、接收端RXD，采用RS 232C电平传输，采用2片电平转换芯片MAX232，由于单片机为TTL电平，一片MAX232实现TTL-RS 232C电平的转换，另一片实现RS 232C-TTL电平的转换。

2.4  软件系统设计

软件是系统设计的灵魂，其在系统中的作用无可取代。该系统的软件主要包括2方面：主机程序和分机程序。而主机程序又包括LED数码显示程序、串行数据传输程序(包括接收程序和发送程序)；分机程序包括键盘扫描程序、串行数据传输程序(包括接收程序和发送程序)、显示程序等。

3  结  语

该呼叫系统经过测试，确保能正确传输及显示呼叫信号，并具有以下特点：传输距离工程上不受限制；极低频率低，无电磁发射，功耗极低；抗干扰性好，无错号；以单片机为核心设计，所用器件数量少，成本低，生产调试简便；可通过8155芯片实现功能扩展。但该呼叫系统对电路制作工艺要求较高，软件编程工作量大。