基于MSP430与DTMF技术的医院呼叫对讲系统的设计

摘要：当今国内的医院护理系统的发展现状，采用MSP430单片机与DTMF技术设计医院呼叫对讲系统，该系统以MSP430F149单片机作为控制核心，采用DTMF信号收发电路、DTMF信号编译码电路、振铃检测电路和显示电路等外围电路，通过进行硬件模拟实验和MATLAB软件仿真实验，验证了该系统的可行性和可靠性，可以实现拨号通话、显示信息、广播和护理级别设置等功能。该系统的设计简洁，主机芯片MSP430F149实现了低功耗，系统安装方便简单而且易于维护，成本比较低，具有较高的实用价值。
关键词：DTMF；单片机；信号检测；呼叫对讲系统

随着科学技术的迅速发展，尤其是电子信息技术的不断更新，医疗卫生事业也逐步深化改革，实现现代化医疗成为医院未来发展的趋势，医院呼叫对讲系统是提高医院的护理水平的重要设备之一，其基本功能就是通过一种简便的途径使护理对象与医护人员达成沟通。16位的MSP430单片机的集成度很高，片内资源丰富，主要的突出特点是低功耗，可以实现长时间的稳定工作，应用到该系统后，性能得到很好的优化，可以提高医护人员的工作效率和降低他们的劳动强度，病人也能得到及时的护理和医疗，可以显著提高医院的服务水平和医疗质量。

1 DTMF呼叫对讲系统介绍
1．1 DTMF技术的介绍
DTMF(Dual Tone Multi Frequency)，即双音多频，由一个高频信号与一个低频信号叠加组合成的，分别代表一个数字或字符。双音多频信号，是用两个特定的单音频的组合来代表数字或功能。高低频信号各有4种，分别组成高频群和低频群，采用8选1的组合方式来构成DTMF信号，从而有16种组态，分别可以代表拨号键盘上的0—9、A—D、*、#等16个字符，按照信号频率和字符对应列出表格(如表1所示)。由于其具有良好的抗噪声特性，被广泛用于通信系统拨号传输。

1．2 呼叫对讲系统的工作原理
系统的主机和分机都通过单片机进行控制，由于在整个呼叫系统中主机只有一个，是系统的核心模块，通过外部总线可以与分机连接，实现呼叫对讲的功能。主机可以在任何时间接收分机的呼叫，同时数码显示屏和病人信息一览显示表能同步和准确地显示相应的信息，设有一级、二级和三级护理级别，当有多路呼叫信号时，按护理级别和先后拨打顺序循环显示。

2 系统的总体设计
系统在空间上可分为3个部分，分别为医护人员值班室、病房和走廊(如图1所示)。主机、电话机和病人信息一览显示表等安装在医护人员值班室，分机安装在各个病房的各个床位，数码显示屏安装在走廊上。主机在待机的时候，走廊上的数码显示屏显示日期时间等信息，当有病人使用分机呼叫主机时，在医护人员值班室的主机会发出响铃信号同时病人信息一览显示表和走廊上的数码显示屏会显示相应病人的信息，电话接通后，医护人员得知病人的情况，以便准备相应的医疗措施。

3 系统主要硬件电路设计
3．1 主机的硬件设计
本系统主要由单片机、DTMF信号的发送电路、DTMF信号的接收电路、DTMF信号的解码电路、振铃检测电路、摘挂机检测电路等部分组成，如图2所示。

主机的设计采用MSP430F149单片机作为核心控制模块，它不仅控制着主机和分机号码的收发，还控制主机和分机的接通、振铃信号的通断、显示等功能。系统处在正常工作状态下，当主机呼叫分机时，通过相应的信号检测，主机电话机摘机后，拨打分机号码，经过DTMF信号解码后发送到相应的分机，分机电话机摘机后，主机和分机便可以实现通话，通话结束后挂机。当医护人员需要广播时，启动群呼功能，主机对所有分机广播，挂机后结束。当有分机呼叫主机时，主机接收到信号后对其进行编码，通过解码电路送入单片机，CPU读取信息后，显示电路显示相应分机的号码和呼叫时间，主机电话机摘机后，振铃信号清除，分机和主机便可以实现通话。
3．2 DTMF信号收发电路
本系统的DTMF信号收发电路采用MT8880，它集成度高，功耗低，能用于发送和接收DTMF信号。使用Protues设计收发电路，如图3所示，A端口接入到总线，B端口是DTMF信号收发端。MT8880使用标准的单片机控制接口，单片机可以精确地完成接收和发送功能。

处于发送状态时，数据总线上的4位二进制码锁存到发送数据寄存器，发送的信号频率由晶振频率通过分频产生，在基准频率中分离出8个不同的频率信号再按八取二的组合方式选择出一组高低频率从而合成一个DTMF信号。处于接收状态时，DFMF信号输入后，被分离成一组高低频率信号，检测到后译成对应的4位二进制码，随后锁存在接收数据锁存器中。
3．3 信号的解码电路
主机呼叫分机利用电话机的拨号原理，主机电话机拨打分机号码，发出的DTMF信号通过解码电路获得对应分机的地址信号。本系统采用MT8888作为解码器芯片，它的功能强大，具有电路简单、功耗低、稳定性高和抗干扰能力强等特点，该芯片外同电子元件少，很容易与MCU接口相连。由Protues设计出解码电路，如图4所示，单片机的P1．1端用作读选通功能接到MT8888的RD端，P1．2端用作写选通功能接到MT8888的WR端，图中电路当有DTMF信号输入时，锁存到输出寄存器中，使得IRQ端输出高电平，CPU查询到该信号后对MT8888进行控制，使得RD和CS端有效，同时把代表所拨号码的4位二进制码传送至CPU处理。