病床無線呼叫系統(tǒng)-呼叫主機(jī)設(shè)計

1、目 錄第一章 緒 論11.1 課題的研究背景11.2 課題的研究目的和意義21.3 發(fā)展?fàn)顩r21.4 本文的主要工作3第二章 系統(tǒng)整體設(shè)計框架42.1硬件系統(tǒng)設(shè)計42.2 工作原理5第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計63.1單片機(jī)系統(tǒng)63.2電源系統(tǒng)73.3 無線通信微功率數(shù)傳模塊83.3.1 CC1101微功率無線數(shù)傳模塊使用方法93.3.2 CC1101的技術(shù)指標(biāo)113.4 語音播報控制模塊123.4.1 WT588D模塊使用方法143.5 液晶顯示電路163.5.1 NOKIA5110 液晶顯示的使用方法173.5.1.1使用指令173.5.2字庫芯片193.5.2.1漢字點陣排列格式19第四章 系統(tǒng)

2、軟件設(shè)計204.1編程思想與編程環(huán)境204.1.1 Keil C5軟件簡介204.2 軟件總體設(shè)計224.3 主機(jī)主程序244.4中繼端主程序254.5分機(jī)主程序264.6 無線模塊工作介紹274.7 語音播報子程序294.7.1語音播報時序和指令294.7.2三線串口控制時序30第五章 系統(tǒng)調(diào)試315.1 硬件調(diào)試315.2 軟件調(diào)試315.2.1 液晶顯示電路315.2.2按鍵控制電路調(diào)試315.2.3語音播報電路調(diào)試315.2.4無線傳輸模塊調(diào)試325.3 整機(jī)調(diào)試32第六章 結(jié) 論366.1 結(jié)論366.2 不完善之處及其改進(jìn)366.3 心得體會37參考文獻(xiàn)38致 謝40附錄A：系統(tǒng)電

3、路圖41A.1 系統(tǒng)主機(jī)電路圖41A.2 系統(tǒng)中繼電路圖41A.3 系統(tǒng)分機(jī)電路圖42附錄B：NOKIA5110指令集43附錄C：程序44C.1主機(jī)系統(tǒng)設(shè)計程序44C.2主機(jī)系統(tǒng)設(shè)計程序50病床無線呼叫系統(tǒng) -呼叫主機(jī)設(shè)計 摘要：隨著我國醫(yī)療事業(yè)的逐步發(fā)展，為提高醫(yī)院的工作效率，保證病人及時得到醫(yī)護(hù)人員的救助，這里設(shè)計了一種新型的病床無線呼叫系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STC12C5410AD單片機(jī)為控制核心、采用CC1101無線模塊進(jìn)行通訊，采用NOKIA5110液晶模塊用作顯示，采用WT588D進(jìn)行語音播報，從而實現(xiàn)病床與護(hù)理人員間的快速、準(zhǔn)確地呼叫及響應(yīng)功能。 本系統(tǒng)由護(hù)理主機(jī)、中繼、呼叫分機(jī)、無線通

4、信、語音播報及液晶顯示等組成。能直觀準(zhǔn)確的把病人的呼叫信息傳達(dá)到護(hù)理主機(jī)。主要包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分：硬件電路包括電源電路和單片機(jī)控制電路，設(shè)計所采用的主控制器是STC12C5410AD單片機(jī)，而相應(yīng)的控制功能由C語言編寫；軟件設(shè)計主要包括各模塊相應(yīng)的控制程序。本文涉及病床無線呼叫系統(tǒng)總體原理圖，液晶顯示原理，CC1101傳輸原理，語音播報原理，主控單片機(jī)等硬件設(shè)計方案及軟件編程程序。同時采用了主從分布式多機(jī)通訊，能同時監(jiān)控多個病床的呼叫并進(jìn)行分級處理，并采用了中繼端增強(qiáng)信號的傳輸質(zhì)量，使得系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離、多對一的呼叫。該系統(tǒng)具有顯示信息、語音播報、回復(fù)等功能?？梢杂糜卺t(yī)院病床對護(hù)理

5、總臺的呼叫，操作簡單，使用方便。這樣方便了病人，同時也減輕了醫(yī)院的服務(wù)壓力。關(guān)鍵詞：CC1101液晶顯示語音播報主機(jī)中繼 Wireless Call System Of Beds About Host Design Abstract: Along with the gradual development of Chinas medical utilities, in order to improve the efficiency of the hospital ,ensuring that patients receive timely medical attention, Here the

6、design a new type of beds wireless call system.The system uses STC12C5410AD SCM as the control core, using CC1101 wireless module for communication, using NOKIA5110 LCD module as shown, using WT588D for voice broadcast, in order to achieve quickly and accurately call and the response function betwee

7、nbeds and nurses. The system consists of nursing hosts, relay, extension call, wireless communications, voice broadcast and the LCD and other components.The call information of patient communicated to the nursing host can be visually and accurate. Mainly include hardware and software design of two p

8、arts: hardware circuit includes a power circuit and SCM control circuit.The main controller is STC12C5410AD SCM, while the corresponding control functions from the C language; software design includes the modules the corresponding control procedures. This paper relates to overall schematics about wi

9、reless call system of beds ,LCD principle, CC1101 transmission principle, principle of voice broadcast, host micro-controller and other hardware design and software programming procedures.While using a master-slave distributed multi-machine communication,can simultaneously monitor multiple calls of

10、beds,and for the classification processing. And uses a relay terminal enhanced signal transmission quality, so the system can achieve long-distance, many to onecall.The system has a display information, voice broadcast, reply and other functions.Can be used for hospital beds for nursing total statio

11、n calls, simple operation, easy to use.Its convenient for the patient, but also reduce the pressure on hospital services. Key words : CC1101 LCDvoice broadcasthostrelay 設(shè)計任務(wù)書I、畢業(yè)設(shè)計(論文)題目：病床無線呼叫系統(tǒng)呼叫主機(jī)設(shè)計II、畢 業(yè)設(shè)計(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計技術(shù)要求：通過對無線通信技術(shù)的分析，設(shè)計新型病床無線呼叫系統(tǒng)。該系統(tǒng)研究分析無線技術(shù)的基本理論,利用其網(wǎng)絡(luò)讓病人通過請求值班醫(yī)生或護(hù)士進(jìn)行診斷或護(hù)

12、理的緊急呼叫工具，可將病人的請求快速傳遞給值班醫(yī)生或者護(hù)士，是提高醫(yī)院和病室護(hù)理水平的必備設(shè)備之一。功能：無線呼叫、語音播報及液晶顯示提高要求：通過RS485總線或RS232總線將病人信息送至下位機(jī)進(jìn)行相關(guān)處理并顯示。用戶可控下位機(jī)位機(jī)與護(hù)士站的PC機(jī)通訊，將各類數(shù)據(jù)送至PC機(jī)分析處理，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫管理及狀態(tài)監(jiān)控、串行數(shù)據(jù)通信。 翻譯一篇相關(guān)的英文資料。III、畢 業(yè)設(shè)計(論文)工作內(nèi)容及完成時間：第1 3周 資料查詢、制定路線，完成開題報告第4 6周 制作主機(jī)系統(tǒng)硬件電路 第7 13周 完成主機(jī)系統(tǒng)軟件的編制第14 16周 系統(tǒng)整體調(diào)試第17 18周 撰寫論文和答辯 、主 要參考資料：01

13、 Chipon Products from Texas Instruments:Z-Stack Users Guide For CC2430ZDKJ.02 Chipon Products from Texas Instruments:CC2400 FIFO UsageJ.03 張友德、趙志英、涂時亮.單片微型機(jī)原理應(yīng)用與實驗M.上海:復(fù)旦大學(xué)出版社.200004 謝季堅、劉承平.模糊數(shù)學(xué)方法及其應(yīng)用M.武漢:華中科大出版社.2003 05 吳呈喻、孫運強(qiáng).基于Zigbee技術(shù)的短距離無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)J.儀表技術(shù)與傳感器.2008年,第5期38-40.06 馬永強(qiáng)、李靜強(qiáng).基于Zigbee技術(shù)的

14、射頻芯片CC2430J.電子世界.2006年第3期,45-4707CC2430 DataSheet08 第一章 緒 論1.1 課題的研究背景近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，人們對醫(yī)療水平的要求也不斷提高。特別是突發(fā)情況下，病人請求值班醫(yī)生或護(hù)士進(jìn)行及時診斷或護(hù)理的時候。這一環(huán)節(jié)對提高醫(yī)院的管理服務(wù)質(zhì)量顯得尤其重要，這同時也大大提高了醫(yī)院醫(yī)護(hù)人員應(yīng)對突發(fā)事件的能力。在以往醫(yī)院，病人遇到突發(fā)情況時，由于得不到醫(yī)護(hù)人員及時的救助，往往錯過了最佳治療的時間，最后造成小病釀成大病，大病釀成無法醫(yī)治，最后導(dǎo)致無藥可醫(yī)以至于死亡。因此，一種新型臨床呼叫儀器的研制成為近些年來的研究熱點之一。為了提高醫(yī)院管

15、理水平，需要有新型可靠病床呼叫儀的輔助。臨床求助呼叫是傳送臨床信息的重要手段，病床呼叫系統(tǒng)可將病人的請求快速傳送給值班醫(yī)生或護(hù)士，是提高醫(yī)院和病室護(hù)理水平的必備設(shè)備之一?？梢哉f，二十世紀(jì)跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時代。而單片機(jī)這種微型計算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)。顧名思義，這種計算機(jī)的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了。現(xiàn)在，這種單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。單片機(jī)又稱單

16、片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺微型計算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)成為了解計算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 當(dāng)今世界醫(yī)療科學(xué)技術(shù)發(fā)展的實踐證明，自動控制技術(shù)、信息科學(xué)、計算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)將對生命科學(xué)的研究，醫(yī)療事業(yè)的繁榮和發(fā)展產(chǎn)生重大的影響。計算機(jī)通訊技術(shù)在病房呼叫系統(tǒng)中的應(yīng)用，為醫(yī)護(hù)人員及時掌握突發(fā)急病患者、高?；颊叩臏?zhǔn)確呼救信息，對迅速到達(dá)現(xiàn)場實施搶救提供了技術(shù)保障，尤其是無人陪護(hù)的急病患者；對于普通患者的呼叫，也能得到及時的護(hù)理，以免延誤治療的最佳時間

17、，此外，它也為提高醫(yī)院的護(hù)理水平，減輕護(hù)士勞動強(qiáng)度，提高病員的舒適度，實現(xiàn)醫(yī)院醫(yī)療管理體系提供了技術(shù)支持。對于追求上乘服務(wù)的醫(yī)院來說，在病人呼叫護(hù)士和醫(yī)院的過程當(dāng)中使用這種電子化的方式可大大降低護(hù)理成本，增強(qiáng)護(hù)理的及時性和有效性。以前當(dāng)病人需要服務(wù)時就不得不親自到值班室去叫。安裝該呼叫系統(tǒng)后，病人在需要護(hù)理的時候只需直接按下按鍵等待護(hù)士的到來，而不需要親自到值班室去叫。這樣有利于協(xié)助醫(yī)院病人在病床上方便地呼叫醫(yī)務(wù)人員。安裝該呼叫系統(tǒng)后，為病人與護(hù)士之間架起一座及時溝通的橋梁 。使用呼叫服務(wù)系統(tǒng)可在減少護(hù)理人員的同時，保證病員能夠及時得到服務(wù)，讓每個病人及時得到最佳護(hù)理。由此可見，病床無線呼叫系

18、統(tǒng)是一個很有開發(fā)前景的硬件設(shè)備，可以從很大程度上減少醫(yī)生的麻煩，節(jié)省病人的時間，提高醫(yī)院的工作效率，自然醫(yī)院從中得到最大程度上的經(jīng)濟(jì)效益。1.2 課題的研究目的和意義一款新的能滿足人們要求，適合服務(wù)性行業(yè)的病床無線呼叫系統(tǒng)，對人們生活的改善，對企業(yè)形象的提升起著十分重要的作用。對醫(yī)院單位而言，在同類行業(yè)中，安靜清雅的環(huán)境更具有競爭優(yōu)勢，快而準(zhǔn)的服務(wù)極大地提高了工作人員的辦事效率，便捷的病床無線呼叫系統(tǒng)節(jié)約了大量的人力，財力。對醫(yī)務(wù)人員而言，不需要時刻去查房、巡邏，更不需要高聲應(yīng)答病人或家屬，免去了無數(shù)次的來回奔波，維護(hù)了醫(yī)院良好的安靜環(huán)境，及時而準(zhǔn)確的給病人帶來需要和服務(wù)。對病人及其家屬而言，

19、不必在醫(yī)院大聲喧嘩地呼叫醫(yī)務(wù)人員，也不用親自走到護(hù)士房告知護(hù)士，更不用在各個病房到處尋找護(hù)士。即使病人在沒有家屬陪伴的情況下，也能及時呼叫得到護(hù)理。只需輕輕一按從機(jī)的按鈕，無論是在床上還是走廊，都能傳達(dá)呼叫的信號。護(hù)士只要在總機(jī)旁觀察就能看到呼叫的房間，便能立刻派護(hù)士去查看和護(hù)理。1.3 發(fā)展?fàn)顩r目前國內(nèi)的大部分醫(yī)院均處在很低的管理模式上，在資源利用上采用人工呼叫，不能做到智能一體化的管理模式，另外由于醫(yī)院采用有線管理，線路盤繞復(fù)雜，極易引起火災(zāi)，存在著很大安全隱患。另外人工呼叫麻煩且繁瑣。當(dāng)病人身體出現(xiàn)不適或其他方面需要幫助時，通常都是呼叫醫(yī)生，繼而等待治療。在這過程中，不但浪費了病人的時間

20、，更給醫(yī)院醫(yī)生帶來一定的麻煩。因此，國內(nèi)的病床呼叫系統(tǒng)依舊是落后和低級的，所以病床無線呼叫系統(tǒng)很具有開發(fā)潛質(zhì)，發(fā)展前景應(yīng)該是不言而喻的。至于國外的病床呼叫系統(tǒng)，無線呼叫應(yīng)該已經(jīng)是很普遍的一種解決問題的方法。1.4 本文的主要工作在對醫(yī)院病床實際狀況研究的基礎(chǔ)上，本文提出了將無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于病床無線呼叫系統(tǒng)的方案。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r地準(zhǔn)確地傳達(dá)病床與護(hù)士總站的傳輸信息，并直觀地顯示其結(jié)果。本文的具體工作如下:(1) 提出了基于無線技術(shù)病床無線呼叫系統(tǒng)的設(shè)計方案，并且通過方案論證設(shè)計出電源模塊、顯示模塊、無線模塊和語音播報模塊；(2)通過單片機(jī)控制各模塊的協(xié)調(diào)工作，準(zhǔn)確地傳遞與接收相關(guān)信息；(3)實現(xiàn)無

21、線收發(fā)模塊之間的點對多點通信。第二章 系統(tǒng)整體設(shè)計框架2.1硬件系統(tǒng)設(shè)計本課題研究設(shè)計的內(nèi)容是基于無線通信技術(shù)的病床無線呼叫系統(tǒng)，它主要以CC1101模塊無線收發(fā)模塊為硬件平臺。整個系統(tǒng)包括主機(jī)系統(tǒng)和分機(jī)系統(tǒng)，主機(jī)安裝在護(hù)士端，分機(jī)安裝在病床端。為了信號傳輸?shù)馁|(zhì)量和準(zhǔn)確，主機(jī)系統(tǒng)還設(shè)計了中繼端，主要安裝在走廊上，這樣可以使得主機(jī)和分機(jī)更好的通信。本系統(tǒng)主要包含無線通信微功率數(shù)傳模塊、語音播報電路以及液晶顯示電路。主機(jī)系統(tǒng)工作原理如圖2.1所示。中繼系統(tǒng)工作原理如圖2.2所示。圖2.1 主機(jī)系統(tǒng)工作原理圖圖2.2 中繼系統(tǒng)工作原理圖1. 無線通信微功率數(shù)傳模塊：以CC1101射頻收發(fā)器為核心，完

22、成主機(jī)和中繼，中繼和從機(jī)的通信。2. 語音控制電路：以WT588D芯片為核心，當(dāng)分機(jī)按鍵呼叫時，由單片機(jī)控制此電路發(fā)出呼叫信息。3. 液晶顯示電路：由NOKIA5110液晶顯示模塊組成，完成數(shù)據(jù)顯示。2.2 工作原理系統(tǒng)關(guān)鍵在于CC1101之間的數(shù)據(jù)發(fā)射和接收。電源模塊用于穩(wěn)定電壓和提供芯片工作電壓。LM2940用于穩(wěn)定輸入電壓并穩(wěn)定的輸出5V正電壓給單片機(jī)和語音模塊供電，AMS1117用于輸出3.3V正電壓用于無線模塊和字庫芯片供電。語音模塊收到信號后播報語音信息。主要由WT588D語音芯片和SPI-Flash存儲器組成。WT588D語音芯片是一款功能強(qiáng)大的可重復(fù)擦除燒寫的語音單片機(jī)芯片。W

23、T588D讓語音芯片不再為控制方式而尋找合適的外圍單片機(jī)電路，高度集成的單片機(jī)技術(shù)足于取代復(fù)雜的外圍控制電路。顯示模塊用于顯示病床信息和護(hù)士總站信息，使用的是NOKIA5110模塊，該模塊集成度高，性價比高，能滿足設(shè)計的需求。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計本系統(tǒng)是由以下模塊電路構(gòu)成的，其中包括單片機(jī)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、無線通信微功率數(shù)傳模塊、語音播報控制模塊和液晶顯示模塊構(gòu)成。接下來本章對主要幾個模塊電路進(jìn)行分析介紹。3.1單片機(jī)系統(tǒng)本次設(shè)計以STC12C5410AD單片機(jī)為核心。STC12C5410AD系列單片機(jī)是由宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機(jī)器周期（1T）的兼容8051內(nèi)核單片機(jī)，采用RISC型CPU 內(nèi)核

24、,其速度比普通8051單片機(jī)快了12倍。有10K字節(jié)片內(nèi)Flash程序存儲器，2 KB Flash 數(shù)據(jù)存儲器,512字節(jié)片內(nèi)RAM 數(shù)據(jù)存儲器，另有8通道10位ADC及4通道捕獲/比較單元，2個硬件16位定時器，4路PCA/PWM還可再實現(xiàn)4個定時器。單片機(jī)最小系統(tǒng)，是指用最少的元件與單片機(jī)組成的可以工作的系統(tǒng)。對此單片機(jī)來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。單片機(jī)接口電路主要用來連接計算機(jī)和其他外部設(shè)備，各功能模塊及原理如下：復(fù)位電路：單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容C3的大小直接影響單片機(jī)的復(fù)位時間，一般采用10-30uF，單片機(jī)最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時間越短。晶振

25、電路：典型的晶振取11.0592MHZ，晶振越大，則單片機(jī)的處理速度越快。單片機(jī)的最小起振電容C1，C2一般采用15-33pF，并且電容離晶振越近越好。此單片機(jī)最小單元如圖3.1所示。 圖3.1 STC12C5410AD單片機(jī)最小單元3.2電源系統(tǒng)本設(shè)計中使用的CC1101無線收發(fā)模塊需要的電壓為3.3V，故需要使用電壓轉(zhuǎn)換電路，故采用ASM1117-3.3電源供電系統(tǒng)，如圖3.2所示。核心部件LM1117-3.3是一個低壓差電壓調(diào)節(jié)器系列。壓差在1.2V輸出，此時相應(yīng)的負(fù)載電流為800mA。圖3.2 電壓轉(zhuǎn)換電路為了穩(wěn)定工作電壓，避免因輸入電壓波動損壞系統(tǒng)，采用LM2940為單片機(jī)提供穩(wěn)定的

26、+5V電源。LM2940是一中輸出電壓固定的低壓差三端穩(wěn)壓器，并且穩(wěn)壓的線性度非常好；輸出電壓5V；輸出電流1A；輸出電流1A時，最小輸入輸出電壓差小于0.8V；最大輸入電壓26V；工作溫度-40+125；內(nèi)含靜態(tài)電流降低電路、電流限制、過熱保護(hù)、電池反接和反插入保護(hù)電路。圖3.3為穩(wěn)壓電路。圖3.4為電源系統(tǒng)整體電路圖。圖3.3 穩(wěn)壓電路 圖3.4 電源系統(tǒng)整體電路圖3.3 無線通信微功率數(shù)傳模塊本次設(shè)計采用CC1101模塊來實現(xiàn)無效數(shù)據(jù)傳輸。外形圖如圖3.5所示。射頻芯片 CC1101 是一款 Sub-GHz 的高性能射頻收發(fā)器，其主要針對工業(yè)、科研和醫(yī)療(ISM)以及 387MHz-46

27、4MHz，779MHz-928MHz 頻帶的短距離無線通信設(shè)備(SRD)。除了擁有可編程帶寬控制外，CC1101 還擁有可編程傳輸速率控制的優(yōu)點。此外，還具有體積小、集成度高、低功耗和外圍元件少的優(yōu)勢。其主要特點如下：v 微功率發(fā)射,低電流消耗(接收模式，433MHz，1.2kbps時僅16.0mA)。v 387.0MHz464.0MHz工作頻段。v 空中傳輸速率高達(dá)250kbps視距情況下，可靠傳輸距離可達(dá)100m(BER=10-3)。v 高靈敏度（433MHz，0.6kbps，1%誤碼率時為-116dBm）。v 支持0.6kbps500kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。v 通過4線SPI接口與MCU

28、連接，提供2個可設(shè)定功能的通用數(shù)字輸出引腳。v 采用單片射頻和MCU集成電路，外圍電路少，可靠性高，故障率低。v 只需與一個微控制器，少許外圍器件和天線即可使用。v 高抗干擾能力和低誤碼率，基于QPSK的調(diào)制方式，采用高效前向糾錯信道編碼技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)抗突發(fā)干擾和隨機(jī)干擾的能力。v 獨立的64字節(jié)RXFIFO和TXFIFO。v 在典型的系統(tǒng)應(yīng)用中，采用單片射頻和MCU集成電路，體重小、重量輕、外 圍電路少、可靠性高、故障率低。 圖3.5 CC1101無線通信模塊圖3.3.1 CC1101微功率無線數(shù)傳模塊使用方法CC1101無線模塊使用直流電源，電壓+3.3V-6.0V。根據(jù)具體情況，也可將

29、電源降到 2.0-3.0V。它提供1個20針的連接器(JP1),其定義與功能描述見表3-1。接口電平范圍：低電平0-0.5V，高電平2.5-3.3V。連接端子定義及管腳說明見表3-2。表3-1 CC1101 引腳功能引腳號 引腳名類型功能描述1SCLK 數(shù)字輸入 串行配置（SPI）接口，時鐘輸入2SO(GDO1) 數(shù)字輸出串行配置（SPI）接口，數(shù)據(jù)輸出3GDO2 數(shù)字輸出通用數(shù)字輸出引腳24DVDD 數(shù)字電源數(shù)字 I/O和內(nèi)核穩(wěn)壓器的1.8V3.6V 數(shù)字電源5DCOUPL 數(shù)字電源 用于去耦的 1.62.0V 數(shù)字電源輸出6GDO0 數(shù)字I/O用數(shù)字輸入輸出引腳0；串行輸出 RX 數(shù)據(jù)串行

30、輸入 TX 數(shù)據(jù)7CSN 數(shù)字輸入串行配置（SPI）接口，片選信號8XOSC_Q1 模擬 I/O晶體振蕩器引腳 1 或外部時鐘輸入9AVDD 模擬電源1.83.6V 模擬電源連接10XOSC_Q2 模擬 I/O晶體振蕩器引腳2 11 AVDD 模擬電源1.83.6V 模擬電源連接12RF_P RF I/O接收模式下到 LNA 的正 RF 輸入信號發(fā)送模式下來自 PA 的負(fù) RF 輸出信號13RF_N RF I/O接受模式下到 LNA 的正 RF 輸入信號發(fā)送模式下來自 PA 的負(fù) RF 輸出信號14AVDD 模擬電源1.83.6V 模擬電源連接15AVDD 模擬電源1.83.6V 模擬電源連接

31、16 GND 模擬接地模擬接地連接17RBIAS 模擬 I/O參考電流的外部偏置電阻18DGUARD 數(shù)字電源數(shù)字噪聲隔離的電源連接19GND 數(shù)字接地數(shù)字噪聲隔離的接地連接20SI 數(shù)字輸入串行配置（SPI）接口，數(shù)據(jù)輸入表3-2 連接端子定義及管腳說明管腳管腳名稱管腳類型說明1GND數(shù)字接地電源地2MOSI數(shù)字I/OPort1.53MISO數(shù)字I/OPort1.44GDO1數(shù)字I/OPort1.35CSN數(shù)字I/OPort1.26GDO2數(shù)字I/OPort1.17SCK數(shù)字I/OPort1.08VCC電源+3.3VCC1101微功率無線通信模塊，采用Chipcon公司的高性能CC1101(

32、CC1100的升級改進(jìn)版本）無線通信芯片。圖3.6為CC1101芯片俯視圖。圖3.6 CC1101芯片俯視圖3.3.2 CC1101的技術(shù)指標(biāo)CC1101工作電壓為 2.3V3.6V，在接收模式下電流消耗為 15.5mA；在1.2kBaud、1%誤包率的工作條件下靈敏度為-112dBm；數(shù)據(jù)的傳輸速率最高可達(dá)到 500kBaud。CC1101 支持 2-FSK、GFSK、ASK、MSK 的數(shù)據(jù)調(diào)制方式，有完整的位同步器，有數(shù)字接收信號強(qiáng)度指示器、載波檢測指示器。CC1101 無需使用外部射頻開關(guān)，也不需要溫度補(bǔ)償晶體振蕩器(TCXO)就可以補(bǔ)償晶體溫度漂移。CC1101根據(jù)主機(jī)、分機(jī)、中繼的工

33、作方式，選擇不同的硬件連接圖。該設(shè)計中CCll01通過對4線SPI接口(SI，SO，SCLK和CSN )和GDO2 測試接口的配置進(jìn)行工作。SPI 接口是一種同步串行通信接口，CSN是芯片選擇引腳，當(dāng)該引腳為低電平時，SPI 接口可以通信，否則不能通信。SI和S0為數(shù)據(jù)傳輸引腳，SI為數(shù)據(jù)輸入，SO為數(shù)據(jù)輸出。SCLK為同步時鐘，在時鐘的上升沿或下降沿數(shù)據(jù)被寫入或讀出；若信道中有數(shù)據(jù)，GDO2 腳電平跳變。以主機(jī)為例，該系統(tǒng)采用433 MHz 頻段，STC12C5410AD 的P1.2、P1.5、P1.4、P1.0引腳分別與CC1101的SPI口的CSN、SI、SO、SCLK 連接，對其進(jìn)行寄

34、存器配置和無線數(shù)據(jù)收發(fā)控制；該單片機(jī)的P1.1腳與CC1101 的GDO2 腳連接，當(dāng)信道中有數(shù)據(jù)時，GDO2 腳電平跳變，單片機(jī)產(chǎn)生中斷并進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。主機(jī)的無線收發(fā)電路如圖3.7所示。圖3.7 主機(jī)的無線收發(fā)電路圖3.4 語音播報控制模塊該部分以WT588D 為核心，通過外設(shè)Flash 芯片，可以存儲不同長度的語音信號。圖3.8為語音模塊圖。WT588D 語音芯片是一款功能強(qiáng)大的可重復(fù)擦除燒寫的語音單片機(jī)芯片。依據(jù)外掛或內(nèi)置的SPI-Flash 的不同，播放時長也不同。WT588D 語音芯片應(yīng)用框圖如圖3.9所示。支持DAC/PWM 兩種輸出方式，通過專業(yè)的上位機(jī)軟件，隨意組合語音，可插入

35、靜音，插入的靜音不占用內(nèi)存容量。在三線串口控制模式下，能播放不同地址字段的語音信號，控制語音播放，停止，循環(huán)播放和音量大小，或者直接觸發(fā)0219地址位的任意語音，三線串口控制控制端口擴(kuò)展輸出可以擴(kuò)展輸出8位。PWM 和DAC 輸出方式，PWM 輸出可直接推動0.5W/8的揚聲器，推挽電流充沛，DAC 輸出外接功放，音質(zhì)好。本次設(shè)計采用PWM 輸出方式。其主要特點如下：v 28腳模塊封裝，可通過更換存儲器以獲得不同長度的語音存儲時間； v 支持2M bit 32M bit容量的SPI-Flash（注：1byte=8bit）； v 采用 WT588D-20SS 語音芯片當(dāng)作主控核心； v 內(nèi)嵌獨特

36、的人聲語音處理器，使語音表現(xiàn)極為自然悅耳； v 內(nèi)置 13Bit/DA 轉(zhuǎn)換器，以及12Bit/PWM音頻處理，確保高品質(zhì)語音輸出； v 支持加載6K22KHz采樣率WAV音頻； v 支持按鍵控制模式、一線串口控制模式、三線串口控制模式； v 按鍵控制模式底下可以設(shè)置多種IO口觸發(fā)方式； v 任意設(shè)定顯示語音播放狀態(tài)信號的 BUSY 輸出方式； v 最多可加載500段用于編輯的語音； v 220段可控制地址位，單個地址位最多可加載128段語音，地址位內(nèi)的語 音組合播放； v 語音播放停止馬上進(jìn)入休眠模式； v 配套 WT588D VoiceChip 上位機(jī)軟件，接口簡單使用方便。能極大限度的發(fā)

37、揮 WT588D 語音模塊各項功能； v 在軟件中可完成控制模式設(shè)置、語音組合、調(diào)用語音、插入靜音等操作； v 可隨意插入靜音，靜音時間范圍為10ms25min； v 工作電壓DC2.8V5.5V； v 休眠電流小于10uA； 圖3.8 語音模塊圖圖3.9 WT588D語音芯片應(yīng)用框圖3.4.1 WT588D模塊使用方法WT588D語音芯片是一款功能強(qiáng)大的可重復(fù)擦除燒寫的語音單片機(jī)芯片。WT588D讓語音芯片不再為控制方式而尋找合適的外圍單片機(jī)電路，高度集成的單片機(jī)技術(shù)足于取代復(fù)雜的外圍控制電路。此次設(shè)計采用三線串口控制模式 。表3-3為芯片引腳功能圖。表3-3 WT588D引腳功能引腳號引腳

38、名簡述功能描述01RESETRESET復(fù)位腳，低電平保持5ms有效02DACDACDAC音頻輸出腳，需外接功放才能驅(qū)動揚聲器03PWM+PWM+PWM+音頻輸出腳，跟PWM-組合可直接驅(qū)動揚聲器 04PWM-PWM-PWM-音頻輸出腳，跟PWM+組合可直接驅(qū)動揚聲器 05P14SPI-FLASH_DI 燒寫程序數(shù)據(jù)輸入腳（利用外部下載器下載時用到）06P13SPI-FLASH_DO燒寫程序數(shù)據(jù)輸出腳（利用外部下載器下載時用到） 07P16SPI-FLASH_CLK 燒寫程序時鐘腳（利用外部下載器下載時用到） 08GNDGND電源地09P15SPI-FLASH_CS燒寫程序片選腳（利用外部下載器

39、下載時用到） 10P03K4/CLK/DATA 按鍵/三線時鐘/一線數(shù)據(jù)輸入腳11P02K3/CS按鍵/三線片選輸入腳12P01K2/DATA按鍵/三線數(shù)據(jù)輸入腳13P00K1按鍵14VCCVCC存儲器電源輸入腳15BUSYBUSY語音播放忙信號輸出腳16VDDVDD數(shù)字電源輸入腳3.4.2WT588D三線串口PWM輸出應(yīng)用電路 軟件設(shè)置：三線串口控制模式。 控制端口定義：P01為DATA，P02為CS，P03為CLK。由 MCU 發(fā)送信息對WT588D 進(jìn)行控制。 BUSY 輸出：P17為 BUSY 忙信號輸出端，可從上位機(jī)軟件端設(shè)置為播放狀態(tài)輸出為高電平或低電平。高電平時電壓接近 VDD

40、供電電壓。用于接發(fā)光二極管做放音狀態(tài)指示或忙信號判斷。 供電電壓：VDD=DC2.85.5V，VCC=DC2.83.6V。采用DC3.3V供電時，可以直接短接VDD跟VCC，采用DC5V供電時，VDD端接5V，VCC端需要從VDD端串接兩個二極管以提供工作電壓。VDD1為MCU工作電壓。如果VDD1跟VDD存在壓差，需要在MCU跟WTW-16P的通信線DATA、CS、CLK上串接電阻。 音頻輸出：PWM輸出方式，直接接揚聲器。此種輸出方式下，PWM+、PWM-均不能短接到地或者接電阻電容到地。 圖3.10為三線串口PWM輸出應(yīng)用電路。表3-4為芯片管腳連接說明。圖3.10 三線串口PWM輸出應(yīng)

41、用電路 表3-4管腳連接說明管腳號管腳名管腳類型說明01RESET數(shù)字I/O主機(jī)Port3.3（中繼Port1.3）03PWM+音頻輸出CON2.204PWM-音頻輸出CON2.108GND數(shù)字接地電源地10P03數(shù)字I/OPort2.111P02數(shù)字I/OPort2.012P01數(shù)字I/OPort1.714VCC模擬電源+3.3V16VDD數(shù)字電源+5V3.5 液晶顯示電路系統(tǒng)采用液晶顯示屏作為顯示，相比與LED顯示，液晶顯示（LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無輻射危險，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢。而且在設(shè)計中，需要顯示的數(shù)據(jù)內(nèi)容也比較大，這些都是LED顯示不能滿足的，所以在選擇上

42、，選擇了LCD作為顯示模塊，在液晶屏的選擇上，設(shè)計中選擇的是NOKIA5110液晶顯示屏，該模塊是+3.3V SPI模塊，像素為48x84，內(nèi)置了LED燈點亮屏幕，可以滿足本系統(tǒng)的設(shè)計，使用也非常方便，其實物圖如圖3.11。其主要特點如下：v 84x48 的點陣LCD，可以顯示4 行漢字；v 采用串行接口與主處理器進(jìn)行通信，接口信號線數(shù)量大幅度減少，包括電源和地在內(nèi)的信號線僅有9 條；v 支持多種串行通信協(xié)議（如AVR 單片機(jī)的I、MCS51 的串口模式等），傳輸速率高達(dá)4Mbps，可全速寫入顯示數(shù)據(jù)，無等待時間。v 可通過導(dǎo)電膠連接模塊與印制版，而不用連接電纜，用模塊上的金屬鉤可將模塊固定到

43、印制板上，因而非常便于安裝和更換。v LCD 控制器驅(qū)動器芯片已綁定到LCD 晶片上，模塊的體積很小。v 采用低電壓供電，正常顯示時的工作電流在200A 以下，且具有掉電模式。 圖3.11 NOKIA5110液晶顯示實物圖3.5.1 NOKIA5110 液晶顯示的使用方法 Nokia5110 液晶的驅(qū)動控制器為 PCD8544，它可以驅(qū)動48行*84列的圖形顯示，5110液晶的工作電壓為2.7-3.3V，在電路設(shè)計中我們用3.3V電壓為其供電。另外由于單片機(jī)系統(tǒng)采用的是5V工作電壓，所以在電源設(shè)計中，設(shè)計了兩種電源電路，一種5V穩(wěn)壓電路，一種3.3V電壓轉(zhuǎn)換電路。NOKIA5510 液晶模塊有

44、8個引腳，由于購買廠家不同，引腳的排列也有差別，8個引腳等別是： 復(fù)位腳；使能線；數(shù)據(jù)/命令選擇線；數(shù)據(jù)線；時鐘線；電源；背景燈；電源地。 NOKIA5110 (PCD8544) 的通信協(xié)議是一個沒有MISO 只有MOSI 的SPI 協(xié)議，如果單片機(jī)有富裕的SPI 接口，也可以利用硬件SPI，但通常沒有必要，只需要軟件程序模擬即可。3.5.1.1使用指令指令格式分為兩種模式：如果D/C（模式選擇）置為低，當(dāng)前字節(jié)解釋為命令字節(jié)，具體指令集請參考附錄B。如果D/C置為高，接下來的字節(jié)將存儲到顯示數(shù)據(jù)RAM。每一個數(shù)據(jù)字節(jié)存入之后，地址計數(shù)自動遞增。在數(shù)據(jù)字節(jié)最后一位期間會讀取D/C信號的電平。每

45、一條指令可用任意次序發(fā)送到PCD8544。首先傳送的是字節(jié)的MSB（高位）。當(dāng)SCE為高時，串行接口被初始化。在這個狀態(tài)，SCLK時鐘脈沖不起作用，串行接口不消耗電力。在正常傳送狀態(tài)下，SCE為低，如圖3.12所示。圖3.12串行總線協(xié)議傳送多個字節(jié)SCE上的負(fù)邊緣使能串行接口并指示開始數(shù)據(jù)傳輸。v 當(dāng)SCE 為高時，忽略 SCLK 時鐘信號；在SCE為高期間，串行接口被初始化（見圖3.13）。v SDIN 在SCLK的正邊緣取樣。v D/C 指出字節(jié)是一個命令 (D/C = 0)或是一個RAM數(shù)據(jù)(D/C = 1)； 它在第八個SCLK脈沖被讀出。v 在命令/數(shù)據(jù)字節(jié)的最后一位之后，如果SC

46、E為低，串行接口在下 一個SCLK正邊緣等待下一個字節(jié)的位7（見圖3.13）v RES端的復(fù)位脈沖中斷傳輸。數(shù)據(jù)不會寫進(jìn)RAM。寄存器被清除。 如果在RES正邊緣之后SCE為低，串行接口準(zhǔn)備接收命令/數(shù)據(jù)字節(jié) 的位7（見圖3.14）。圖3.13串行總線復(fù)位功能（SCE）圖3.14串行總線復(fù)位功能（ RES）3.5.2字庫芯片為了方便 NOKIA5110 更好的顯示，系統(tǒng)采用字庫芯片，型號為 GT20L16S1Y，芯片外形如圖3.15。GT20L16S1Y 是一款內(nèi)含15X16 點陣的漢字庫芯片，支持GB2312國標(biāo)簡體漢字（含有國家信標(biāo)委合法授權(quán)）、ASCII 字符。排列格式為豎置橫排。用戶通

47、過字符內(nèi)碼，利用本手冊提供的方法計算出該字符點陣在芯片中的地址，可從該地址連續(xù)讀出字符點陣信息。圖3.15 GT20L16S1Y外形圖字庫芯片的管腳描述如表3-5所示：表3-5 字庫芯片的管腳描述管腳號名稱描述1SCLK串行時鐘輸入2GND地3CS#片選輸入4VCC電源（3.3V）5SO串行數(shù)據(jù)輸出6SI串行數(shù)據(jù)輸入3.5.2.1漢字點陣排列格式每個漢字在芯片中是以漢字點陣字模的形式存儲的，每個點用一個二進(jìn)制位表示，存1的點，當(dāng)顯示時可以在屏幕上顯示亮點，存0的點，則在屏幕上不顯示。點陣排列格式為豎置橫排：即一個字節(jié)的高位表示下面的點，低位表示上面的點（如果用戶按16bit 總線寬度讀取點陣數(shù)

48、據(jù)，請注意高低字節(jié)的順序），排滿一行后再排下一行。這樣把點陣信息用來直接在顯示器上按上述規(guī)則顯示，則將出現(xiàn)對應(yīng)的漢字。第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1編程思想與編程環(huán)境對于一個較為完善的監(jiān)測系統(tǒng)來說，軟件部分具有相當(dāng)重要的地位。硬件系統(tǒng)只有在軟件的指揮下才能協(xié)調(diào)各個部分、圓滿完成工作。軟件的完善與否將直接影響監(jiān)測結(jié)果是否正確。因此，一個功能健全的系統(tǒng)必須有完善的軟件來支持。本系統(tǒng)所采用的軟件由語音播報子程序、顯示子程序、無線發(fā)射子程序和無線接收子程序等部分組成。每部分程序即相互關(guān)聯(lián)又都保持相對獨立。本系統(tǒng)軟件設(shè)計特點主要有:采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法，將軟件分為各個獨立的功能模塊，使之具有較好的通用性和

49、可移植性，便于系統(tǒng)的擴(kuò)展；用操作已定義過的變量替代操作直接地址單元，增加程序的可讀性。單片機(jī)編程語言常用的有兩種，一種是匯編語言，另一種是 C51 語言。匯編語言的機(jī)器代碼生成效率很高，但是可讀性并不強(qiáng)，復(fù)雜一點的程序就更難讀懂，而C51 語言在大多數(shù)情況下其機(jī)器代碼生成效率和匯編語言相當(dāng)，但可讀性和可移植性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了匯編語言，而且 C51 語言還可以嵌入?yún)R編來解決高實效性的代碼編寫問題。對于開發(fā)周期來說，C51 語言的開發(fā)周期通常小于匯編語言很多。C51 語言是一種結(jié)構(gòu)化語言。它層次清晰，便于按模塊化方式組織程序，易于調(diào)試和維護(hù)，這種語言的表現(xiàn)能力和處理能力極強(qiáng)，它不僅具有豐富的運算符和數(shù)

50、據(jù)類型，便于實現(xiàn)各類復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它還可以直接訪問內(nèi)存的物理地址，進(jìn)行位（bit）一級的操作。C51 語言的模塊化開發(fā)方式使開發(fā)出來的程序模塊可不經(jīng)修改，直接被其他項目所用，這樣可以最大程度的實現(xiàn)資源共享。由于C51 語言實現(xiàn)了對硬件的編程操作，因此 C51 語言集高級語言和低級語言的功能為一體，具有高效性，可移植性強(qiáng)等特點。綜合以上 C51 語言的優(yōu)點，本次設(shè)計選擇 C51 語言對系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行軟件編程。另外，該軟件設(shè)計只是在編程語言上選擇 C51 語言，系統(tǒng)的實現(xiàn)還需要 Keil C51開發(fā)系統(tǒng)來支撐。二者缺一不可。4.1.1 Keil C5軟件簡介Keil C51是美國 Keil Sof

51、tware 公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，圖4.1是 Keil 軟件的界面。與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更深刻。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows 界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。Keil 提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個

52、集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。圖4.1 Keil 軟件的界面Keil 軟件特點如下：1、Vision IDE：Vision IDE 包括一個工程管理器、一個源程序編輯器和一個程序調(diào)試器。使用Vision 可以創(chuàng)建元文件，并組成應(yīng)用工程加以管理。Vision 是一個功能強(qiáng)大的集成開發(fā)環(huán)境，可以自動完成編譯、匯編、鏈接程序的操作。2、C51編譯器：Keil C51 編譯器遵循 ANSI C 語言標(biāo)準(zhǔn)，支持C語言的所有標(biāo)準(zhǔn)特性，并增加一些支持80C51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)的特性。3、A51匯編器：Keil A51 匯編器支持 80C51 及其派生系列的所有指令集。4、LIB 51庫管

53、理器：LIB 51 庫管理器可以由匯編器和編譯器創(chuàng)建的目標(biāo)文件建立目標(biāo)庫。這些庫可以被鏈接器所使用，這提供了一種代碼重用的方法。5、BL51鏈接器定位器：BL51 鏈接器定位器使用由編譯器、匯編器生成的可重定位目標(biāo)文件和從庫中提取出來的相關(guān)模塊，來創(chuàng)建一個絕對地址文件。6、OH51目標(biāo)文件生成器：OH51 目標(biāo)文件生成器用于將絕對地址模塊轉(zhuǎn)為Intel格式的HEX文件。該文件可以被寫入單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的程序存儲器中。7、Monitor-51：Vision 調(diào)試器支持用 Monitor-51 對目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試。使用此功能時將會有一段監(jiān)控代碼被寫入目標(biāo)板的程序存儲器中。它利用串口和Vision 調(diào)試器進(jìn)行通信，調(diào)入真正的目標(biāo)程序。借助于Monitor-51，Vision 調(diào)試器可以對目標(biāo)硬件進(jìn)行源代碼級的調(diào)試。4.2 軟件總體設(shè)計系統(tǒng)的軟件部分采用C語言編寫。與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢。軟件系統(tǒng)的各節(jié)點的軟件連接示意圖如圖4.2所示。圖4.2 各節(jié)點的軟件連接示意圖 系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用模塊化的設(shè)計思想，系統(tǒng)功能的實現(xiàn)將