基于ZigBee的无线病房呼叫系统便携端设计

　　图 3-3 RS232 接口电路

　　RS232 模块与MSP430 通过一组UART 管脚和两个I/O 引脚P3.4 和P3.5 连接，UART 的TX 和RX 负责RS232 的输入输出，P3.4 和P3.5 引脚起控制作用。在设计时在两个I/O 引脚各加入了1 个LED 灯以方便观察。

　　本设计中的模块和元件只需要一种电压的直流电源，MSP430FG4618 和MAX3232 都需要+3.3V 直流电源。ETC 公司的AMSlll7 系列稳压器芯片能够提供1.5V/1.8V/2.5V/2.85V/3.3V/5.0V 稳压直流电压输出，本设计选用AMSlll7-3.3 型号来得到+3.3V 电压。 

　　图 3-4 电源电路设计

　　电源电路设计如图3-4 所示，开关的引脚1 接外部的电池组，利用0.1uF 的电容和470uF的电解电容并联来对电源信号进行退耦滤波处理，提高了系统的稳定性。

　　在本设计中声光报警装置由蜂鸣器和发光二极管组成。而键盘部分设计为一个3×4 的矩阵键盘电路。 

　　4 无线发射模块设计

　　CC2420 内部使用1.8V 工作电压，因而功耗很低，适合于电池供电的设备；外部数字I/O接口使用3.3V 电压，这样可以保持和3.3V 逻辑期间的兼容性。它在片上集成了一个直流稳压器，能够把3.3V 电压转换成1.8V 电压。 

　　图 4-1 CC2420 外围电路图

　　图4-1 给出了CC2420 外围电路图。芯片本振信号既可由外部有源晶体提供，也可由内部电路提供。由内部电路提供时需外加晶体振荡器和两个负载电容，电容的大小取决于晶体的频率及输入容抗等参数。本文采用16MHz 晶振，电容值为22pF.如果使用外部时钟，直接从XOSC16_Q1 引脚引入，XOSC16_Q2 引脚保持悬空；如果使用内部晶体振荡器，晶体接在XOSC16_Q1 和XOSC16_Q2 引脚之间。射频输入/输出匹配电路主要用来匹配芯片的输入输出阻抗，使其输入输出阻抗为50Ω，同时为芯片内部的PA 及LNA 提供直流偏置。

　　CC2420 通过4 线SPI 总线（SI、SO、SCLK、CSn）设置芯片的工作模式，并实现读/写缓存数据，读/写状态寄存器等。通过控制FIFO 和FIFOP 管脚接口的状态可设置发射/接收缓存器。CC2420 射频信号的收发采用差分方式进行传输，其最佳差分负载是115+j180Ω阻抗匹配电路应该根据这个数值进行调整。

　　CC2420 具有内部发送接收（T/R）开关电路，这就使得天线接口的匹配极为容易。RF 采用差动连接；单集天线需要使用不平衡变压器。通过外接直流通路，连接引脚TXRX_SWITCH到RF_P 和RF_N,实现PA 和LNA 的偏置。

　　CC2420 是一个半双工的RF 芯片，在同一时刻只处于一种工作状态，或者出于发送状态，或者处于接收状态；CC2420 有15 个命令寄存器，每个寄存器都有一个固定的地址；CC2420的发送缓冲与接收缓冲是分开的：TXFIFO 为128 字节，RXFIFO 为128 字节。

　　TXFIFO 与RXFIFO 的读写可以通过两种方式进行：

　　寄存器方式：通过读写TXFIFO 寄存器（0x3E）操作128 字节的TXFIFO 通过读写RXFIFO寄存器（0x3F）操作128 字节的RXFIFO.

　　RAM 方式：直接对具体RAM 地址的读写来操作指定地址的RAM 数据。

　　TXFIFO 中同一时刻只能有一个等待发送的数据帧，RXFIFO 中同一时刻可以有多个接受到的数据帧，只要这些数据帧的总长度不超过128 字节。CC2420 使用SFD、FIFO、FIFOP 表示收发数据的状态。

　　5 ZigBee 组网设计

　　ZigBee 无线病房呼叫系统是为了弥补现有病房呼叫系统的不足、改善病房环境、减轻医生、护士的工作量、更好的为病人服务而专门设计开发的一套病房呼叫系统。房间内的呼叫节点采用星型网络连接，由其中一个节点作为ZigBee 路由器，负责与中心网络的连接和数据中继转发；所有的ZigBee 路由器组成一个星型与树型结合的混合网络，再与ZigBee中心节点连接，中心节点设置在管理中心，构建成一个完整的ZigBee 无线网络。当病人发出的服务请求会通过网络传到中心端，医生或护士可以通过中心端获得病人的信息，对请求作出及时处理。

　　我们给出如下具体实现步骤：第一步：初始化硬件驱动和MAC 层。第二步：扫描信道获得并处理环境信息。节点根据信道扫描的结果作出加入网络或新建PAN 网络的判断，如果节点决定新建PAN 网络，那么执行第三步，否则调到第五步。第三步：建立PAN 网络。其中包括以下过程：信道能量扫描、短地址信息选取、选择PAN 网络ID、初始化网络设置。第四步：允许接收节点的入网请求。该部分处理关联指示原语，父节点执行完第四步后，节点己做好数据传输的准备，将不再执行第五步到第六步。第五步：加入PAN 网络。在这一步中，子节点先发布一个网络查找原语currentPrimitive=NLME_NETWORK_DISCOVERY.request,之后子节点的MAC 层就会执行一次主动扫描返回NLME_NETWORK_DISCOVERY.confirm,函数会据此更新邻接表，子节点就可以从搜索到的网络中选择一个父节点加入。第六步：数据传输。当子节点加入网络后，子节点和父节点就可以进行通信了。

　　6 结束语

　　本文从医院对病房呼叫系统的实际需要出发，提出了无线病房呼叫系统便携端的硬件整体设计方案，设计出无线病房呼叫系统便携端的总体框图及硬件设计，给出了该系统的组网方案及实现步骤。该方案具有低成本、低功耗、高可靠性和可扩展性等方面的优点。