基于单片机的单总线病房对讲系统的设计与实现

基于单片机的单总线病房对讲系统的设计与实现

单总线通过连接线（一条直线和另一条直线）连接一个主机和几个下属设备，形成一个通信系统。本质上，当含有多个可靠性记录的单元时，复制每个阵列并表示序列。该系统必须根据单通线协议规定的时间和信号波形进行初始化、识别组件和数据结构。为了确保每个月初的计算机能够在适当的时间与主机一起通信时，总线的每个从属机器必须拥有唯一的地址。主机通过唯一的地址编号来识别每个从属机器。当所有主从机连接到主线时，相应地把主从机的地址线、连接线和控制线统一起来，以便进行数据处理。因此，该系统具有线路简单、硬件成本低、成本低、适合大规模扩建和数据传输方式等优点。作者利用一台机器设计并实现了一种单总线病信息系统。然后，他讨论了该系统的硬件组成以及一些主要问题。1主机与市域间的相互呼叫主机和各分机的连接如图1所示,整个系统由放置在护士值班室的主机和放置在各个病床边的分机以及连接主机和分机的单总线3大部分组成,主机和各分机之间由简化的单总线组成一个微型局域网.本系统能够完成主机同分机之间的相互呼叫和主机同分机之间的全双工对讲2大功能,其中主机同分机之间的相互呼叫有主机呼叫某一分机、主机向全部分机广播、某一分机呼叫主机三种模式.在呼叫的过程中都有相应的语音或铃声提示.2模拟通气部分整个系统的硬件组成框图如图2所示.主机和各个分机均由以单片机为核心的数字部分和实现全双工对讲的模拟通话部分组成,数字部分主要完成拔号、呼叫信号的编码、呼叫信号的语音提示和数字显示、对模拟通话部分的接通和挂断控制、对呼叫无人接听信息的保存等功能,模拟通话部分由话筒放大电路、扬声器放大电路、消侧音电路、提示语音电路部分组成,主机和各分机采用各自独立供电方式.用于呼叫的数字编码信号和用于对讲及提示的模拟语音信号均通过电容耦合经同一单总线分时传输,数字编码信号采用6kHz的2ASK调制传输,在接线时应保证主机和各分机的端子对应.主机上设有16个按键(拔号键、接听键、挂机键、广播键、呼叫键、复位键、0～9数字健),并存有各种提示语音,由单片机根据呼叫情况控制其播放;分机上只设有3个按键(接听键、挂机键、呼叫键),并都有语音信号检测电路,当分机准备呼叫主机时,首先检测是否占线(即主机是否正在跟别的分机通话),各分机的唯一地址编号由各自的拔码开关设定,分机在复位时将该拔码开关设定的地址编码读到单片机的分机号存储单元中.关于硬件的具体电路由于篇幅限制在这里不进一步讨论.3系统的组成主机和分机的主叫和被叫服务子程序流程分别如图3、图4、图5、图6所示.4双向传输数据传输单线总线技术要求在一条总线上实现一个主机跟若干个从机之间进行双向串行数据通信,这就要求解决各从机跟主机间通信线路的共享冲突问题和在同一条信号线上传输的地址信号、控制信号、数据信号的识别问题以及主机和各从机之间传输数据的同步问题.4.1判断是否有呼叫发生本文设计的病房对讲系统中,每一个分机都有拔码开关按照病床号码来设置分机的地址码,该地址码也存储在主机的分机地址码表中,在没有呼叫和对讲时,主机和各分机都处在侦听状态,即都在读取总线上的数据并判断是否有呼叫发生,当呼叫发生后则进一步判断是否呼叫自己,若是则发应答信号,若不是则继续侦听;当线路上有呼叫或对讲信号时,各分机通过自己的音频检测电路会得到一个表示线路忙的高电平信号,该线路忙信号将禁止相应的分机发出呼叫.而主机在每一次呼叫和对讲过程中都要参与,所以对于主机来说在没有处于对讲状态或没有被呼叫时就表示线路是空闲的.即主机通过自身的状态来判断线路状态,通过分机的地址码来定位分机;分机通过线路忙信号来判断线路状态,分机的呼叫对象只面向主机,任何时刻只有一个分机呼叫主机或主机呼叫分机,通过这种在分时复用的基础上进行码分多址的方法来解决通信线路的共享冲突问题.4.2控制代码和地址代码用于呼叫和应答的数字信号跟对讲时的音频模拟信号也是分时在同一条信号线上传送的,由于每次呼叫需要传输的数据量很小,数字信号的格式定义为其中控制代码有:主机呼叫从机、从机呼叫主机、主机广播、从机应答主机、主机应答从机、主机接听、从机接听、无人接听共8种.起始代码为16bit的高电平“1”,控制代码的格式为:0xxx0xxx冗余格式,地址代码也采取冗余,16bit的地址代码按8421BCD码构成4位十进制的病床号码,故不可能是16个全“1”,每一次呼叫或应答都是由56bit的代码组成.线路在空闲时处于低电平“0”状态,接收方如果连续收到16个”1”代码就认为其后的代码分别为控制代码和地址代码,在这种56bit的编码中其它地方不可能连续出现16个”1”,所以可通过这种利用长编码和码组中代码段的取值特征来区分起始代码、控制码和地址码.4.3发方美国通用i/o口总中断时间考虑到本对讲系统只是在传呼叫和应答这类数字信号时才需要同步,而且每次呼叫所需传输的数据量很少,本系统采取了降低传输效率来实现自同步的方法,从而构成一种单总线串行异步通信方式,其具体方法为:将56bit的控制和地址代码利用定时中断的方式从单片机带锁存的通用I/O口以串行的形式发送或接收,如图7所示,发方发送定时中断的时间为收方接收定时时间的10倍,收方对连续接收的“1”或连续接收的“0”进行计数,当连续读到8个“1”则判为1,当连续读到8个“0”时判为0,当没有连续读到8个“1”或“0”的情况下本次来的是“0”或“1”时,对计器清0并对本次来的“0”或“1”重新计数,直到连续读到8个连“0”或连“1”才判为“0”或“1”,这样允许通信双方的时钟频率相差只要不超过±20%仍能达到码元同步.本系统中主机和从机均为12MHz的晶体,主机和从机向I/O口发送时的定时中断时间均为10ms,从I/O口接收时的定时中断均为1ms,数据的传送速率为100码元/秒,这种传输速率对于本对讲系统来说已经足够.5基于多路数据