顏克坪

摘要：無線呼叫系統(tǒng)廣泛應用于各種需要即時響應的服務(wù)領(lǐng)域，穩(wěn)定可靠的呼叫系統(tǒng)極大的提高了服務(wù)管理水平。呼叫系統(tǒng)經(jīng)歷了有線呼叫系統(tǒng)、無線呼叫系統(tǒng)、視頻呼叫系統(tǒng)等幾個階段，無線呼叫系統(tǒng)以其電路簡單，工作穩(wěn)定可靠的特點，得到了極大的應用。
關(guān)鍵詞:無線呼叫、單片機、無線通信，中繼


隨著生活節(jié)奏的加快及信息科學技術(shù)的發(fā)展，在醫(yī)院、學校、小區(qū)等需要即時響應的服務(wù)領(lǐng)域，呼叫系統(tǒng)得到了廣泛的應用。自20世紀80年代開始使用電話進行呼叫以來，伴隨著電子科技的高速發(fā)展，呼叫系統(tǒng)經(jīng)歷了有線到無線，從簡單的語音呼叫，發(fā)展到視頻傳輸；從手工記錄數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)信息的自動存儲，呼叫系統(tǒng)從功能、時效及自動化等方面，都有了很大的發(fā)展。本研究主要進行基于nRF905的無線呼叫系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計研究。
一、系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)
1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
為提高本系統(tǒng)的工作可靠性，本研究通過對除數(shù)數(shù)據(jù)信息進行編碼校驗，并重發(fā)傳輸失敗或錯誤的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

 
  如圖可知，無線呼叫系統(tǒng)主要有一臺主機，若干分機及若干中繼器組成。其中中繼器的多少可根據(jù)系統(tǒng)呼叫距離而定，分機在遵循通訊距離最短的原則下，可注冊到主機或中繼器。
2、系統(tǒng)的工作流程
(1)分機與主機呼叫通信流程
  分機呼叫主機：按下分機呼叫按鍵，呼叫信號調(diào)制在載波上經(jīng)無線發(fā)射模塊發(fā)射出去，在距離較遠需要中繼器時，中繼器接收該信號，并按通信協(xié)議上船至主機；不需要中繼器的場合，則信號直接由主機接收。主機接收到信號后，進行ID檢測，確認呼叫分機的身份。確認呼叫來自本系統(tǒng)，并甄別分機號碼后，下傳應答信號。若一次呼叫不成功，則隔時繼續(xù)呼叫。
（2）在路故障檢測
   主機定時向各中繼器發(fā)送檢測信號，中繼器無條件即時應答。主機在規(guī)定時間接收到中繼器應答信號，則顯示該通道工作正常，負責進行故障顯示。
二、硬件電路設(shè)計
1、 無線通信模塊電路的設(shè)計
無線通信模塊是本系統(tǒng)的核心組成部分，其性能的好壞直接更換系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性。本系統(tǒng)芯片采用挪威Nordic公司生產(chǎn)的無線數(shù)傳芯片nRF905，具有較小的工作電流和較低的工作電壓，以100Kbps速率進行通信，其工作頻率在433MHz的ISM頻段，穿透能力強，傳輸距離較遠，可實現(xiàn)室內(nèi)的較遠距離傳輸。nRF905接口引腳功能如下[1]：
+3V、GND：電源，3V供電
POWER：電源控制，低電平：掉電狀態(tài)，高電平：工作，
TX：發(fā)送、接收數(shù)據(jù)控制端口，高電平：發(fā)送數(shù)據(jù)；低電平：接收數(shù)據(jù)。
TRX：收、發(fā)使能端，高電平：收、發(fā)工作狀態(tài)，低電平：編程或待機狀態(tài)
CD：載波檢測輸出，高電平有效
AM：地址匹配輸出，高電平有效
DR：數(shù)據(jù)就緒輸出，高電平有效
MISO、MOSI、SCK、CSN：SPI接口
其電路設(shè)計如下：

該電路電路元件少，與單片機接口電路簡單，TRX、TX、POWER邏輯組合控制nRF905的四種工作模式：待機和SPI編程模式；掉電和SPI編程模式；接收模式；發(fā)射模式。
2、主機硬件電路設(shè)計
（1）主機電路結(jié)構(gòu)圖
主機電路組成框圖如下：


















其中系統(tǒng)主機需要具有大的存儲容量，且具有非易失存儲能力，本系統(tǒng)主機選用STC89C58RD+單片機，其資源如下[2]：
A．ROM空間：32KB
B．RAM空間：256B，XRAM：1KB
C．EPROM：16KB

（2）鍵盤電路的設(shè)計
鍵盤占用8個IO口，采用４×４矩陣鍵盤，在工作時，定時對鍵盤進行掃描，記錄每次掃描的值。通過對緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的判斷，就可以識別出按鍵并完成消抖。

（3）液晶顯示電路設(shè)計
該液晶顯示電路每屏可以顯示４×８個漢字，并結(jié)合按鍵，做成菜單形式。未按鍵操作時顯示時間和日歷，按鍵時，顯示當前操作功能，提示用戶操作。

（4）時鐘電路設(shè)計
實時鐘電路采用DALLAS公司生產(chǎn)的DS1302[3]芯片，有時鐘和日歷功能，閏年自動調(diào)整；為省I/O資源，用串行數(shù)據(jù)傳輸；平時因芯片由系統(tǒng)電源提供電能，同時給備用電池充電，以儲備電能，掉電時芯片電源切換，使用備用電源供電。










3、分機按鍵電路及中斷喚醒設(shè)計
  系統(tǒng)分機要求具有工作電壓底，工作電流小，且具有非易失存儲器，選用STC12LE4052AD單片機。
  分機采用電池供電，要求具有節(jié)電設(shè)計。本系統(tǒng)采用掉電電流極小的STC12LE2052AD單片機，在掉電模式下能通過按鍵中斷喚醒功能。當有按鍵按下時，觸發(fā)外部中斷，電路進入正常工作狀態(tài)，完成一次呼叫過程以后，系統(tǒng)進入掉電模式，此時電路幾乎不消耗能量。當有鍵按下時，比如S1按下，則在INT0引腳上將產(chǎn)生一個下降沿，觸發(fā)外部中斷，單片機處理中斷程序，發(fā)出呼叫信息。當呼叫完成以后，進入掉電模式時，電流消耗極小。電容C1、C2、C3用來保證一次按鍵有且僅有一次觸發(fā)中斷，同時可避免按鍵長時間按下的耗電。

三、結(jié)束語
本系統(tǒng)硬件電路主要設(shè)計了無線通信模塊與主機、分機主要電路，根據(jù)系統(tǒng)的功能需求的不同，可以進行其他特殊功能電路的設(shè)計。硬件電路設(shè)計完成后，要使系統(tǒng)正常高效的工作，還需要在滿足通信協(xié)議的情況下，進行硬件系統(tǒng)的程序設(shè)計。

參考文獻：
[1]楊進寶，無線醫(yī)療呼叫系統(tǒng)的設(shè)計，湖南師范大學碩士論文，2010/10
[2] 宏晶科技．STC89C51RD+系列單片機用戶手冊 [EB/OL]．http: //www.mcu-memory.com/datasheet/stc/STC-AD-PDF/STC89C51RC-RD+_GUIDE-CHINESE.pdf，2009-02-02．
[3] 趙海蘭，朱劍，趙祥偉．DS1302實時顯示時間的原理與應用 [J]．電子技術(shù)，2004，(1)：43-46．

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