基于單片機的病房呼叫系統(tǒng)設計-論文

1、 本科畢業(yè)設計（論文） 題 目 基于單片機的病房 呼叫系統(tǒng)設計 姓 名 專 業(yè) 學 號 指導教師 鄭州科技學院信息工程學院 二一五年六月目 錄摘 要IAbstractII1 緒論11.1 課題研究的背景及意義11.2 國內外的研究狀況11.3 無線通信技術21.3.1 IrDA紅外無線技術21.3.2 藍牙技術31.3.3 超寬頻（UWB）技術31.3.4 Wi-Fi(IEEE802.11)技術41.3.5 Zigbee技術42 系統(tǒng)的整體設計52.1 病房呼叫系統(tǒng)的設計要求52.2 方案論證52.3 方案選擇72.4 整體設計思路83 系統(tǒng)的硬件設計93.1 呼叫發(fā)射終端的硬件設計與實現(xiàn)93

2、.2 接收顯示終端的硬件設計與實現(xiàn)103.2.1 單片機的選擇103.2.2 無線接收模塊123.2.3 顯示電路143.2.4 報警電路163.2.5 查看、清零電路174 系統(tǒng)的軟件設計184.1 主程序設計184.2 數(shù)據(jù)檢測模塊程序設計184.3 顯示報警模塊程序設計195 系統(tǒng)調試及實驗結果分析205.1 軟件調試205.2 硬件調試215.3 實驗結果分析23結 論24致 謝25參考文獻26附錄1 系統(tǒng)總體電路圖27附錄2 元器件清單28附錄3 實物圖29附錄4 源程序30基于單片機的病房呼叫系統(tǒng)設計基于單片機的病房呼叫系統(tǒng)設計摘 要醫(yī)療呼叫系統(tǒng)是提高醫(yī)院醫(yī)療服務水平和質量的一個重

3、要組成部分，醫(yī)院醫(yī)務人員與病人之間信息溝通是醫(yī)療呼叫系統(tǒng)的主要功能。無線醫(yī)療呼叫系統(tǒng)可在不改變病房現(xiàn)有布局的情況下實現(xiàn)醫(yī)務人員與病人之間的交流。本文介紹了一種基于STC89C51單片機的病房呼叫系統(tǒng)，整個系統(tǒng)以STC89C51單片機為核心輔以無線模塊以及顯示電路，能夠實現(xiàn)病人和醫(yī)護人員之間的信息傳遞。當有按鍵按下時，無線發(fā)射模塊編碼并發(fā)射信號，再由無線接收模塊接收到信號譯碼后匯總到單片機，最終由LCD1602示出呼叫者的病床號并伴有蜂鳴器的報警聲，從而獲得醫(yī)療救治。此系統(tǒng)能夠為醫(yī)院提供一個成本低效率高、操作方便和易于安裝維護的快捷系統(tǒng)。關鍵詞：單片機；無線模塊；LCD1602；蜂鳴器；呼叫系統(tǒng)

4、THE DESIGN OF SICKBED CALLING SYSTEM BASED ON SINGLE CHIP MICORCOMPUTEAbstract Medical Call system is used to improve the health care in hospital and its main function is to keep in touch between the doctors or the nurses and the patients. They can contact with each other by the wireless medical cal

5、l system(WMCS) under unchanging existing ward's layout. This paper introduces a kind of Sickbed Calling System based on STC89C51 Single Chip Microcomputer. All the system as STC89C51 Single Chip Microcomputer as core, and coupled with wireless module and display circuit, so it let the exchange b

6、etween doctors and patients comes true. This project use the button replace the button beside sickbed. When someone press down the button beside the sickbed to need doctors or nurses help.Through the wireless send module to send the message, then received by wireless receive module and collected by

7、Single Chip Microcomputer, displayed by LCD1602 indicator and accompany with alarming from buzzer at last, so that they receive the help from doctors or nurses. This equipment provide a low cost and efficient and easy to manipulate system to the hospital.Keywords：Single Chip Microcomputer; LCD1602;

8、Buzzer; Calling SystemI1 緒論1.1 課題研究的背景及意義病房呼叫系統(tǒng)是一種能夠為病房護士與病人提供遠程對話的輔助工具，它可以有效地加強護士與病人之間的聯(lián)系，提高醫(yī)療護理水平，緩和醫(yī)患之間的緊張關系。如何利用如今先進的信息科學技術來服務于醫(yī)療領域，從而更大程度的提高醫(yī)院的服務質量及利潤，滿足人們需求是現(xiàn)在醫(yī)院信息化建設中的一個重要著眼點。醫(yī)療呼叫系統(tǒng)已經成為醫(yī)院不可缺少的監(jiān)護設備，是各醫(yī)院現(xiàn)代化的標志，它對于病人和醫(yī)護人員之間的信息溝通起到了至關重要的作用，能夠有效地保證病人及時得到醫(yī)護人員的看護和醫(yī)治。病房呼叫系統(tǒng)是現(xiàn)代化醫(yī)院實現(xiàn)信息化、智能化以及現(xiàn)代化管理的重要組成

9、部分,可以有效地提升醫(yī)院的形象，強化醫(yī)院的管理1。在當今的醫(yī)療系統(tǒng)中，各種電子檢測儀器、治療儀器被廣泛應用，從而有效的提高了診斷的準確度以及治療效果。醫(yī)院的呼叫護理系統(tǒng)從傳統(tǒng)上陪護家屬們的口頭呼叫到電子按鈴呼叫，至今國內大多數(shù)醫(yī)院仍停留在電子按鈴呼叫的階段，只有少數(shù)醫(yī)院實現(xiàn)了電子通話的功能，醫(yī)院中呼叫系統(tǒng)是否得力直接關系到病人的人身健康，嚴重時甚至會對病人造成生命威脅。隨著我國信息事業(yè)的持續(xù)、快速發(fā)展，通信基礎設施日臻完善，當代世界通信技術發(fā)展的總趨勢是數(shù)字化、綜合化、寬帶化、智能化和個人化2。病房呼叫系統(tǒng)是以醫(yī)院為平臺，綜合利用無線通信技術、安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術將報警呼叫有

10、關的設施集成，構建高效的病床呼叫管理系統(tǒng)，提升醫(yī)護人員的工作效率、病人的健康安全指數(shù)以及便利程度，并且實現(xiàn)醫(yī)務工作者及時處理病人的呼叫。1.2 國內外的研究狀況 工業(yè)革命開始于歐洲，很大程度上推動了歐洲各國經濟的發(fā)展，歐洲各國在電子產品領域上自然也是領先于我國的。在歐洲較為發(fā)達的國家，其醫(yī)院的病床呼叫系統(tǒng)非至善至美。目前最為先進的病房呼叫系統(tǒng)是美國研制的可視系統(tǒng)即按下呼叫按鍵后，進行呼叫的病人能夠在醫(yī)護人員收到呼叫報警后和醫(yī)護人員進行視頻對話。但我國的病房呼叫系統(tǒng)起步較晚，在上個世紀八十年代還在采用人工報警或者搖鈴報警，之后才出現(xiàn)了按鈴呼叫，但技術含量比較低3。隨著電子技術的發(fā)展，呼叫系統(tǒng)逐步

11、由繼電器控制實現(xiàn)，由于繼電器機械觸點式結構，存在觸點多，可靠性差等缺點，使得其在病房緊急呼叫系統(tǒng)中的應用受到很大限制4-7。改革開放以來隨著新產品的引進，電子技術的發(fā)展，門鈴式呼叫系統(tǒng)漸漸的在國內各醫(yī)療機構普及，但由于技術含量低，穩(wěn)定性差等不足，在應用方面還存在許多隱患。當前，少數(shù)成型的無線病房呼叫系統(tǒng)基本上采用基于RF無線射頻技術進行傳輸，在連接方面省去了專用線路，大大減少了施工量，而且美化了外觀。但這種系統(tǒng)的最大缺陷是容易產生同頻信號干擾，在同一頻段內的其他無線設備工作時，信號將會抵消。此外，當多個節(jié)點同時發(fā)送呼叫信號至護士站時相互間搶占信道，護士站主機會丟掉其中的部分呼叫請求，可靠性相對

12、較低。目前國內許多醫(yī)院的病房呼叫系統(tǒng)也只是簡單地按鍵觸發(fā)，引起醫(yī)護值班室中顯示出呼叫病床號并有報警鈴響起，沒有實現(xiàn)呼叫病人和醫(yī)護工作人員之間的語音對話功能，好讓醫(yī)護工作人員清楚呼叫者的需求（病人出現(xiàn)不適或者患者需更換吊瓶等需求），提高醫(yī)護人員的工作效率降低病患者的健康風險。時至今日，病房呼叫系統(tǒng)也在日益完善并且正朝著小型化，智能化以及人性化的方向發(fā)展，相信在不久的將來，我國的無線病房呼叫產品也會站在世界同行的前列。1.3 無線通信技術1.3.1 IrDA紅外無線技術IrDA是紅外數(shù)據(jù)協(xié)會的縮寫，全稱為The Infrared Data Association，是20世紀90年代初期成立的一個國

13、際性非營利組織，負責制定和推廣可以共同實用的低成本紅外數(shù)據(jù)互聯(lián)的國際標準。IrDA的宗旨是制定以合理的代價，來實現(xiàn)標準和協(xié)議，從而促使紅外通信技術的發(fā)展。IrDA標準的無線設備傳輸速率已經從原先的115.2kbps逐步發(fā)展到了4Mkbps、16Mkbps8 。紅外無線通信技術是一種利用紅外線進行點對點通信的技術。紅外通信技術由于其價格低廉、使用方便，解決了有線連接的許多不便，因而受到了家電設備廠商、電腦外圍設備商、以及通信設備廠商的高度重視。目前，支持它的軟硬件技術都很成熟，在小型移動設備上被廣泛使用。它具有移動通信所需的體積小、功耗低、連接方便、簡單易用、成本低廉、不需申請頻段及技術比較成熟

14、的特點，但IrDA用于工業(yè)網絡上的最大問題在于只能在2臺設備之間連接，并且存在有視距角度等問題。1.3.2 藍牙技術藍牙（luetooth）技術一開始就瞄準了無線局域網的市場，在10米到100米的空間內，支持該技術的移動或非移動設備可方便地建立網絡、進行音頻通信。藍牙技術的最終目標是建立一個全球統(tǒng)一的無線連接標準，使不同廠家生產的移動計算機和便攜式設備能在近距離通過無線的方式連接起來，實現(xiàn)交叉操作以及交互信息數(shù)據(jù)共享，各種信息化的移動便攜設備通過無線的連接方式實現(xiàn)資源共享9。藍牙列入了IEEE 802.15.1標準，其規(guī)定子包括PHY層、MAC層、網絡層和應用層的集成協(xié)議棧。藍牙的工作頻率為2

15、. 4GHz，有效范圍半徑約l0m。在其范圍內，設備相互間可自動使用無線的方式連成一個微網，進行聯(lián)絡與確認。另外，藍牙對每個微網只能配置7個節(jié)點，制約了其在大型傳感器網絡中的應用10。1.3.3 超寬頻（UWB）技術超寬頻（UWB）全稱為ULTRA WIDE BAND，該技術發(fā)展于20世紀60年代，當時主要研究微波網絡在面對時域脈沖時產生的瞬間行為。80年代后期，UWB技術開始被稱為無載波或脈沖無線電，美國國防部在1989年首次使用“超寬頻”這個詞。UWB技術帶寬相對較大，分辨率高，抗干擾強、保密性好、定位精確、系統(tǒng)容量大且傳輸速率高。根據(jù)最新的美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）的定義，超寬頻系統(tǒng)的

16、中心頻率高于2.5GHz，并具有至少500MHz的l0dB頻寬。UWB種類眾多，因此潛在的應用也相當廣泛，包括無線局域網（WLAN）、個人局域網絡（PAN）、短距離雷達（如汽車傳感器、防撞系統(tǒng)、智能型高速公路感測系統(tǒng)及液態(tài)物體書評偵測系統(tǒng)）、穿地雷達，以及應用在醫(yī)療監(jiān)視與運動員訓練等領域的人體局域網絡11。1.3.4 Wi-Fi(IEEE802.11)技術Wi-Fi（Wireless Fidelity）是一種無線通信協(xié)議。IEEE802. 11的最初規(guī)范是在1997年提出，主要目的是提供WLAN接入，是目前WLAN的主要技術標準。IEEE802. 11流行的幾個版本包括：“a”（波段為5. 8

17、GHz，帶寬為54Mbps），“b”（波段為2. 4GHz，帶寬為11Mbps）和“g”（波段為2. 4GHz，帶寬為22Mbps）。Wi-Fi技術的工作頻率為2. 4GHz，最高傳輸率能達到11Mbps。Wi-Fi規(guī)定了協(xié)議的物理層和媒體接入控制層，并依賴TCP/IP作為網絡層。Wi-Fi技術能讓無線用戶得到以太網的網絡性能及速率，且可無縫地將多種LAN技術集成起來，形成一種能最大限度地滿足用戶需求的網絡，具有部署方便、通信可靠、抗干擾能力強、成本低、靈活性好、吞吐量大等特點。由于其優(yōu)異的帶寬是以大的功耗為代價的，因此大多數(shù)便攜Wi-Fi裝置都需要常規(guī)充電，這些特點限制了它在工業(yè)場合的推廣和

18、應用12。1.3.5 Zigbee技術2004年12月，由英國Invensys公司、日本三菱電氣公司、美國摩托羅拉公司和荷蘭飛利浦半導體公司共同發(fā)起，加入聯(lián)盟來研發(fā)名為、“ZigBee”的下一代無線通信標準13。目前，這個聯(lián)盟已經吸引了上百家芯片公司、無線設備開發(fā)商和制造商的加入14ZigBee聯(lián)盟正式發(fā)布了ZigBee技術的標準15。ZigBee（IEEE802. 15. 4）技術是一種短距離的無線通信技術，使用2. 4GHz波段，采用跳頻及擴頻技術。ZigBee網絡具有低功耗、低成本、低速率、近距離、短時延、高容量、省電、安全及免執(zhí)照頻段的特點，主要應用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種

19、電子設備之間，典型的傳輸數(shù)據(jù)類型有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應時間數(shù)據(jù)。ZigBee技術的應用目標主要是：工業(yè)控制（如自動控制設備、無線傳感器網絡）、醫(yī)護（如無線傳感器網絡）、家庭智能控制（如照明、水電氣計量及報警等）、消費類電子設備的遙控裝置、PC外設的無線連接等領域。因ZigBee產品的互操作性與廠商無關，免去每次為制定方案的重新設計，增強了產品的革新，應用工業(yè)標準和通用平臺更具經濟效益16-18。2 系統(tǒng)的整體設計2.1 病房呼叫系統(tǒng)的設計要求通過走訪多家醫(yī)院，發(fā)現(xiàn)在不同規(guī)模的醫(yī)院中，基本上都是除了重癥監(jiān)護室外，普通病房中的病床一般為2到4張，因此將病房呼叫系統(tǒng)設計為一個病房中有4個病

20、床是符合實際要求的。為防止病房中出現(xiàn)多個病床同時呼叫導致的醫(yī)療救治不及時影響病人的生命健康，需要將床位號進行優(yōu)先級設置，以達到對病人進行及時救治的目的。系統(tǒng)包括4路呼叫信號，按病人的病情設置呼叫優(yōu)先級，有多個病人同時呼叫時，顯示優(yōu)先級最高的病床號，對低優(yōu)先級的呼叫進行存儲，處理完高優(yōu)先級的呼叫，按下查看按鍵，則顯示出被迫進入呼叫等待的優(yōu)先級較低者的床位號。系統(tǒng)要易于安裝便于操作維護，成本低廉。2.2 方案論證系統(tǒng)整體劃分為兩大部分，即固定在病房中的呼叫發(fā)射終端，固定在醫(yī)護值班室中的接收顯示終端。對于設計病房呼叫系統(tǒng)的可行方案中，針對是否采用無線通信技術以及采用無線通信技術的程度，制定出了以下三

21、種方案。方案一：整個呼叫系統(tǒng)是基于傳統(tǒng)的有線方式完成的，每個元器件都是使用導線連接起來的，實現(xiàn)各元器件之間的信息傳遞。呼叫發(fā)射終端中四個呼叫按鍵與主機以有線方式進行連接，通過按下呼叫按鍵，對主機產生一個外部中斷，控制調用顯示報警子程序，然后由接收顯示終端進行報警。其中，醫(yī)護值班室的報警系統(tǒng)和主機之間也是采用有線的方式進行連接的，使用電線的長度取決于病床與醫(yī)護值班室距離的實地測量值，方案一的系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。 顯示器 1號床 單 片 機 2號床 3號床 蜂鳴器 4號床 圖2.1 方案一系統(tǒng)框圖 方案二：該方案就是將病床呼叫系統(tǒng)進行完全無線化設計，即采用無線模塊代替繁瑣的邏輯電路，簡化系統(tǒng)的

22、電線連接。 將每個呼叫按鍵各與一個無線發(fā)射模塊連接封裝成遙控器形式，病人能夠在病房中任意走動，病房中隨處感覺不適時按下呼叫按鍵的進行呼叫，無線發(fā)射模塊將信息發(fā)射出去，而后由無線接收模塊接收信號，并將該信號傳遞給單片機，進而控制顯示器和蜂鳴器發(fā)出呼叫信號。方案二的系統(tǒng)框圖如圖2.2所示。1號床無線發(fā)射模塊何必2號床無線發(fā)射模塊何必3號床無線發(fā)射模塊何必4號床無線發(fā)射模塊何必單 片 機顯示器蜂鳴器無線發(fā)射模塊何必圖2.2 方案二系統(tǒng)框圖 方案三：將有線通信技術和無線通信技術有機的結合起來，應用在病房呼叫系統(tǒng)的設計當中，也就是說，在整個病房呼叫系統(tǒng)當中，既有利用電線進行連接的有線電路，又有使用無線技

23、術建立起來的無線通信模塊。呼叫發(fā)射終端由4個呼叫按鍵通過導線與一個無線模塊相連，報警顯示終端由無線接收模塊、一片單片機、一個液晶顯示器、一個蜂鳴器以及復位按鍵連接而成。當有人按下呼叫按鍵時，由無線發(fā)射模塊將信號發(fā)射出去，無線接收模塊接收到該信號，通過單片機來控制液晶顯示器和蜂鳴器進行顯示報警。基于方案三設計的系統(tǒng)框圖如圖2.3所示。 呼 叫發(fā) 射終 端 接 收報 警終 端 無 線發(fā) 射模 塊 無 線接 收模 塊圖2.3 方案三的系統(tǒng)框圖2.3 方案選擇綜合以上三種方案進行分析如下：方案一的系統(tǒng)設計思路明確，完全可行，只是因為整體系統(tǒng)采用有線方式進行連接，在安裝時要對并房屋中各個病床和醫(yī)護值班室

24、之間的距離測量，來準確的拉扯電線，非常的不方便，而且對于規(guī)模略大些的醫(yī)院而言，更是實用性不強，由于醫(yī)院規(guī)模較大，病房很多，避免不了有很多病房距離醫(yī)護值班室較遠，這使得安裝更加麻煩。而且由于整個裝置都是有線連接方式，電路走向復雜，如若后期系統(tǒng)不能正常工作而需要維修時，維修人員檢查故障都是一件非常不易的事情。與方案一的有線型病床呼叫系統(tǒng)相比而言，方案二的無線病床呼叫系的實用性會更強大些，更接近現(xiàn)代化、智能化、自動化，但是由其設計原理及其系統(tǒng)框圖可以明確得知，此方案下設計出來的病床呼叫系統(tǒng)使用到的元器件比較多，不僅在焊接以及調試時帶來了一定的難度，并且使得系統(tǒng)因使用元器件繁多而增大成本，這不符合我們

25、的設計理念。與前兩種方案相比較而言，第三種方案綜合運用有線技術和無線技術的病床呼叫系統(tǒng)的設計更符合目前社會和人們的需求，該設計方案不僅使用無線模塊簡化了電路，便于安裝和日后維修，而且使用方便、成本較為低廉能夠讓更多的醫(yī)院接受，便于推廣。雖然基于該方案的呼叫系統(tǒng)沒能達到人們理想中的完全智能化、信息化、自動化，但是也很大程度上滿足了現(xiàn)代人們的需求。綜上對三種設計方案的分析與比較，再結合現(xiàn)階段的人們地生活水平和對醫(yī)療輔助裝置功能及質量的要求，以及各方案下系統(tǒng)的可推廣性，方案三是最佳方案。2.4 整體設計思路設同一病房內有四個病人，并將病床分別記為1號床、2號床、3號床和4號床，根據(jù)病情的嚴重性設置優(yōu)

26、先級，優(yōu)先級從高到低的順序依次為1、2、3、4即1號床、2號床、3號床和4號床的病人的病情由重到輕。當有病人按下呼叫按鍵時，無線發(fā)射模塊就會發(fā)出相應的信號，待無線接收模塊接收到信號后，匯總到單片機，然后通過單片機控制顯示器顯示出呼叫病人所在的病床編號并伴有蜂鳴器的報警聲。當有兩個或兩個以上的病人同時按下呼叫按鍵時，呼叫系統(tǒng)則會根據(jù)其優(yōu)先級進行床位號的顯示，優(yōu)先級高的先顯示，優(yōu)先級較低的則進入到呼叫等待中，等醫(yī)護人員處理完高優(yōu)先級病人的呼叫后才會顯示出低優(yōu)先級的床位號。系統(tǒng)的整體框圖如圖2.4所示。無線發(fā)射模 塊 1號床 2號床 3號床 4號床單片機無 線接 收模 塊顯示器蜂鳴器圖2.4 系統(tǒng)整

27、體框圖3 系統(tǒng)的硬件設計3.1 呼叫發(fā)射終端的硬件設計與實現(xiàn)呼叫發(fā)射終端是安裝在病房之中的，由編碼芯片PT2262、發(fā)射頭、呼叫按鍵、按鍵指示燈以及一節(jié)12V干電池組成。當有呼叫按鍵按下時，按鍵指示燈會閃爍，編碼芯片會對該信息進行編碼并由發(fā)射頭將編碼好的信息發(fā)射出去。PT2262是低功耗低價位通用編碼電路，其引腳圖如圖3.1所示。圖3.1 PT2262引腳圖PT2262PT2262最多可有12位(A0-A11)三態(tài)地址端管腳(懸空、接高電平、接低電平)，任意組合可提供312個地址碼，PT2262 最多可有6位(D0-D5)數(shù)據(jù)端管腳，設定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出，可用于無線遙控發(fā)射電路

28、。PT2262 管腳說明如表3.1所示。表3.1 PT2262管腳說明名稱管腳 說明A0-A111-8 10-13地址管腳，用于進行地址編碼,可置為“0”、 “1” 、“懸空”。 D0-D310-13數(shù)據(jù)輸入端，有一個為“1”即有編碼發(fā)出，內部下拉。VCC18電源正端（）GND9電源負端（）TE14編碼啟動端，用于多數(shù)據(jù)的編碼發(fā)射，低電平有效；OSC115振蕩電阻輸入端，與OSC2所接電阻決定振蕩頻率；OSC216振蕩電阻振蕩器輸出端；DOUT17 編碼輸出端（正常時為低電平）在通常使用中，一般采用8位地址碼和4位數(shù)據(jù)碼，這時編碼芯片PT2262和解碼芯片PT2272的第18腳為地址設定腳，有

29、三種狀態(tài)可供選擇：懸空、接正電源、接地三種狀態(tài)，38即6561（8個引腳，3種狀態(tài)），所以地址編碼不重復度為6561組，只有發(fā)射端PT2262和接收端PT2272的地址編碼完全相同，才能配對使用，一般生產廠家都把地址編碼端懸空，用戶可以自己設置編碼。設置地址碼的原則是：同一個系統(tǒng)地址碼必須一致；不同的系統(tǒng)可以依靠不同的地址碼加以區(qū)分。發(fā)射頭是一塊集成電路，有3個引腳，分別是：數(shù)據(jù)引腳（DATA）、電源引腳（VCC）以及接地引腳（GND）。呼叫發(fā)射終端的連接示意圖如圖3.2所示。PT2262 VCCDOUTTED0D1D2D3發(fā)射頭VCCDATAGND 1號按鍵 2號按鍵 3號按鍵 4號按鍵圖3

30、.2 呼叫發(fā)射終端連接示意圖3.2 接收顯示終端的硬件設計與實現(xiàn)接收顯示終端是由STC89C51單片機、無線接收模塊、LCD1602、蜂鳴器組成。由無線接收模塊接收來自呼叫發(fā)射終端的無線信號，并由STC89C51單片機控制進行報警顯示，即由LCD1602顯示出呼叫病床的床位號，同時伴有蜂鳴器的報警聲。3.2.1 單片機的選擇單片機系統(tǒng)是以單片機為核心，配合適當?shù)耐鈬O備和軟件構成的應用系統(tǒng)，其基本硬件結構如圖3.3所示。 輸入設備輸入接口電路輸入接口電路 輸出設備 控制器 存儲器 運算器 表示控制信息流 表示數(shù)據(jù)信息流圖3.3 單片機的硬件結構STC系列單片機是由深圳宏晶科技公司開發(fā)、臺灣積體

31、電路制造股份有限公司生產的增強8051內核單片機，在片內資源、性能以及工作速度上都有很大的改進。STC單片機產品系列化、種類多。STC單片機按照工作速度和內部資源的配置不同，可以分為若干個系列產品。STC89、STC90和STC11/10系列屬于基本配置，而STC12/15系列產品增加了PWM、A/D和SPI等接口模塊。每個系列產品的差異主要是片內資源數(shù)量上的差異。在單片機選型時，應根據(jù)控制的實際需要，選擇合適的單片機，即單片機的內部資源要盡量滿足控制系統(tǒng)需求，而減少外部接口電路，保證單片機應用系統(tǒng)的高可靠性和高性價比。STC89系列單片機性能優(yōu)、價格低廉、編程方便，滿足系統(tǒng)需求。故此，在本課

32、題的研究中選擇了STC89C51單片機。 STC89C51單片機最小系統(tǒng)包括單片機及其所需的必要的電源電路、時鐘電路、復位電路等，能使單片機始終處于正常的運行狀態(tài)。電源、時鐘等電路是使單片機能運行的必備條件，可以將最小系統(tǒng)作為應用系統(tǒng)的核心部分，通過對其進行存儲器擴展、A/D擴展等，使單片機完成較復雜的功能。單片機最小系統(tǒng)電路圖如圖3.4所示。圖3.4 單片機最小系統(tǒng)電路圖3.2.2 無線接收模塊無線接收模塊包括接收頭和譯碼芯片PT2272。PT2262和PT2272除地址編碼必須完全一致外，振蕩電阻還必須匹配，一般要求譯碼器振蕩頻率要高于編碼器振蕩頻率的2.58倍，否則接收距離會變近甚至無法

33、接收，隨著技術的發(fā)展市場上出現(xiàn)一批兼容芯片，在實際使用中只要對振蕩電阻稍做改動就能配套使用。在具體的應用中，外接振蕩電阻可根據(jù)需要進行適當?shù)恼{節(jié)，阻值越大振蕩頻率越慢，編碼的寬度越大，發(fā)一幀碼的時間越長。PT2272的引腳圖如圖3.5所示。圖3.5 PT2272引腳圖 接收頭將接收到的信號輸入PT2272的14引腳（DIN），由PT2272對接收到的信號進行解碼，然后將解碼后得到的信號輸出。PT2272管腳說明如表3.2所示。表3.2 PT2272管腳說明 名稱管腳說明A0-A71-8、10-13 地址管腳，用于進行地址編碼，可置為 “0”，“1”，“f”(懸空)，必須與2262一致，否則不解

34、碼D0-D57-8 10-13 地址或數(shù)據(jù)管腳，當作為數(shù)據(jù)管腳時，只有在地址碼與2262一致，數(shù)據(jù)管腳才能輸出與2262數(shù)據(jù)端對應的高電平，否則輸出為低電平，鎖存型只有在接收到下一數(shù)據(jù)才能轉換VCC18電源正端（）VSS9電源負端（）DIN14數(shù)據(jù)信號輸入端，來自接收模塊輸出端OSC116振蕩電阻輸入端，與OSC2所接電阻決定振蕩頻率；OSC215振蕩電阻振蕩器輸出端；VT17解碼有效確認輸出端（常低）解碼有效變成高電平（瞬態(tài)）編碼芯片PT2262 發(fā)出的編碼信號由地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片PT2272 接收到信號后，其地址碼經過兩次比較核對后，VT腳才輸出高電平，與此

35、同時相應的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平。當呼叫發(fā)射終端沒有按鍵按下時，PT2262不接通電源，其17腳為低電平，所以315MHz的高頻發(fā)射電路不工作，當有按鍵按下時，PT2262接通電源，其第17腳輸出經調制的串行數(shù)據(jù)信號，當17腳為高電平期間315MHz的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號，當17腳為低平期間315MHz的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全收控于PT2262的17腳輸出的數(shù)字信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控相當于調制度為100的調幅。接收頭是一塊集成電路，有4個引腳，分別是：兩根數(shù)據(jù)引腳（DATA）、電源引腳（VCC）以及接地引腳（GND）。接收頭與PT2272的連接方式連接方

36、式示意圖如圖3.6所示。 接收頭DATADATAVCCGND PT2272DINVCCVSS 圖3.6 接收頭與PT2272連接方式示意圖 無線接收頭接收到PT2262發(fā)射出的無線信號后，由PT2272對該信號進行解碼，并輸送給單片機，通過51單片機進行控制顯示報警電路，進而發(fā)射出相應的報警信號。PT2272與51單片機的連接方式如圖3.7所示。PT2272D0D1 D2D3STC89C51 P2.0 P2.1 P2.2 P2.3圖3.7 PT2272與單片機連接方式示意圖3.2.3 顯示電路當有呼叫按鍵按下時，由無線發(fā)射模塊將對應的信息發(fā)射出去，由無線接收模塊接收到信息并將信息解碼后，然后由

37、單片機控制LCD1602和蜂鳴器進行顯示報警。本呼叫系統(tǒng)的顯示電路采用的是LCD1602來顯示報警信息。LCD1602可以顯示兩行16個字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0-D7和RS、R/W、EN三個控制端口，工作電壓為5v，工作電流為2.0mA(5.0V)；字符尺寸為2.95×4.35(W×H)mm并且?guī)в凶址麑Ρ榷日{節(jié)和背光。該模塊也可以只用D4-D7作為四位數(shù)據(jù)分兩次傳輸。這樣的話是可以節(jié)省MCU的I/O口資源。LCD1602采用標準的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳功能如表3.3所示。表3.3 LCD1602顯示模塊的引腳功能表引腳號名稱狀態(tài)功能1VSS 電源地

38、2VDD 電源3VL 液晶驅動電源4RS輸入寄存器選擇1：數(shù)據(jù)；0：指令5R/W輸入讀/寫操作選擇1：讀；0：寫6E輸入使能信號7DB0三態(tài)數(shù)據(jù)總線（LSB）8DB1三態(tài)數(shù)據(jù)總線9DB2三態(tài)數(shù)據(jù)總線10DB3三態(tài)數(shù)據(jù)總線11DB4三態(tài)數(shù)據(jù)總線12DB5三態(tài)數(shù)據(jù)總線13DB6三態(tài)數(shù)據(jù)總線14DB7三態(tài)數(shù)據(jù)總線（MSB）15E1輸入背光調節(jié)16E2輸入背光調節(jié) VL為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度；RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器；R/W為讀寫信號線，高電平時進行

39、讀操作，低電平時進行寫操作；當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀寫信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)；E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令；DB0DB7為8位雙向數(shù)據(jù)線；DB0背光源正極；DB1背光源負極。顯示電路如圖3.8所示。圖3.8 顯示電路3.2.4 報警電路報警電路的作用是在有病床按下呼叫按鍵時，醫(yī)護工作人員很有可能會忽略液晶顯示屏顯示出來的呼叫病人的床位號，這一視覺上的報警信號，于是引入了蜂鳴器，利用蜂鳴器的響聲進行報警，當有病人按下呼叫按鍵時，液晶顯示器顯示呼叫者的床位號的同時，蜂鳴器便會

40、發(fā)出響聲，因此就會給醫(yī)護工作人員一個聽覺上的報警信號，避免醫(yī)護人員較忙的時候，病人長時間呼叫而得不到響應。報警電路如圖3.9所示，當有病人按下呼叫按鍵時，單片機經P3.4輸出一個低電平，再經過一個阻值為2.2K的限流電阻將PNP型三極管導通，隨后蜂鳴器發(fā)出報警信號。圖3.9 報警電路3.2.5 查看、清零電路查看、清零電路即查看按鍵電路和清零按鍵電路。當有病人呼叫時，顯示器會顯示出呼叫病床的床位號，蜂鳴器也會發(fā)出報警響聲，醫(yī)護工作人員接收到呼叫信息時，按下清零按鍵對此呼叫信息進行清除；當有兩個或兩個以上的病人同時按下呼叫按鍵時，液晶顯示屏顯示出優(yōu)先級較高的病床號，醫(yī)護工作人員按下查看按鍵，優(yōu)先

41、級較高的病床號被清除，同一時間發(fā)出呼叫請求的優(yōu)先級較低的病房的病床號被顯示。查看、清零電路的電路圖如圖3.10所示。圖3.10 查看、清零電路4 系統(tǒng)的軟件設計4.1 主程序設計系統(tǒng)通電后，首先進行初始化操作，然后接收數(shù)據(jù)，并對接收到的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)檢測，系統(tǒng)調用顯示子程序和報警子程序，隨后進行報警呼叫顯示，在醫(yī)護工作人員接收到呼叫信息后，按下復位按鍵，則系統(tǒng)又返回到了初始狀態(tài)。本病床呼叫系統(tǒng)的主程序流程序如圖4.1所示。接收數(shù)據(jù)系統(tǒng)初始化開始數(shù)據(jù)檢測顯示報警呼叫處理 圖4.1 主程序流程圖4.2 數(shù)據(jù)檢測模塊程序設計當系統(tǒng)通電后，對與主機相連的PT227的D0-D3引腳進行掃描，判斷各引腳電平

42、的高低情況，系統(tǒng)就數(shù)據(jù)進行類型分析，判斷數(shù)據(jù)類型，從而進行相應的顯示報警。數(shù)據(jù)檢測模塊的程序流程圖如圖4.2所示。有低電平？分析信號編號掃描D0-D3引腳開始返回 N Y圖4.2 數(shù)據(jù)檢測模塊程序流程圖4.3 顯示報警模塊程序設計顯示報警模塊由主機控制蜂鳴器以及LCD1602進行報警。LCD的顯示速度比較慢，在執(zhí)行每一條自己另之前一定要確認LCM的標志BF是否為0，如果BF等于1，數(shù)據(jù)或命令不能傳送，因此，數(shù)據(jù)的讀寫必須先判定“忙標志”，顯示報警程序流程圖如圖4.3所示。 指令輸出BF=0？指令輸入P3.4=0開始返回 Y N圖4.3 顯示報警程序流程圖405 系統(tǒng)調試及實驗結果分析5.1 軟

43、件調試系統(tǒng)的軟件調試是基于Proteus仿真軟件完成的。Proteus仿真軟件是英國Lab Center Electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。Proteus是世界上著名的EDA工具表，從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，真正實現(xiàn)了從概念到產品的完整設計，是目前唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺。在Proteus繪制好原理圖后，調入已經編譯好的目標代碼文件，可以在Proteus的原理圖中看到模擬的實物運行狀態(tài)和過程。本病床呼叫系統(tǒng)采用無線模塊完成的，無線模塊在系統(tǒng)中的應用

44、極大的提高了裝置實用性和安裝以及后期維修的便利性。但是，在使用Proteus軟件進行仿真實驗時，無線模塊不能進行仿真實驗，為了能夠測試系統(tǒng)的顯示效果，在仿真時采用了有線的連接方式，并將相應的程序導入。圖5.1是在接通電源后，系統(tǒng)的待機狀態(tài)圖，圖5.2系統(tǒng)的調試效果圖。圖5.1 系統(tǒng)的待機狀態(tài)圖圖5.2 系統(tǒng)調試效果圖5.2 硬件調試系統(tǒng)的硬件調試是一個非常復雜的過程。給系統(tǒng)供給所需電源，觀察系統(tǒng)能否正常工作，如果實現(xiàn)了預期的功能，則證明系統(tǒng)焊接沒有問題。如果，接通電源后沒能正常工作，則系統(tǒng)在焊接時出現(xiàn)了故障，或者是在給系統(tǒng)導入程序時出現(xiàn)了錯誤，這也是導致系統(tǒng)不能正常工作的一個重要原因。在對系統(tǒng)

45、進行排查故障時，要對系統(tǒng)的每個部分進行逐步排查，找出引起故障的原因所在，并解決問題，直至系統(tǒng)調試成功。系統(tǒng)硬件調試結果：無人呼叫時的系統(tǒng)待機狀態(tài)圖如圖5.3所示；1號病床呼叫時系統(tǒng)工作狀態(tài)圖如圖5.4所示；系統(tǒng)對呼叫病人的回應狀態(tài)圖如圖5.5所示。圖5.3 待機狀態(tài)圖圖5.4 系統(tǒng)工作狀態(tài)圖圖5.5 處理呼叫狀態(tài)圖5.3 實驗結果分析 經過對系統(tǒng)軟件以及硬件的細心調試，本病床呼叫系統(tǒng)基本實現(xiàn)了預期功能。對系統(tǒng)接通電源后，顯示屏被點亮并顯示出“Happy Every Day!”的字樣；當有病人按下呼叫按鍵時，顯示屏則顯示出呼叫病床的床位號，并伴有蜂鳴器的報警聲，處理完報警后即按下清零鍵后，顯示屏

46、會顯示出“I Know!”字樣，并持續(xù)1秒鐘的時間，隨后轉為“Happy Every Day!”字樣；當有兩個或者兩個以上的病人同時按下呼叫按鍵時，顯示屏則顯示出同時呼叫的幾個病床中，優(yōu)先級較高者的病床號，并伴有蜂鳴器的報警聲，當醫(yī)護人員收到報警并處理完呼叫后，按下查看按鍵，顯示屏則顯示出同時呼叫的優(yōu)先級次之的病床的床位號，再次按下查看按鍵直至將同一時間按下呼叫按鍵的所有病床的床位號顯示完全為止，此時1602液晶顯示屏顯示的則是“Happy Every Day!”字樣，以此類推的進行報警。結 論在老師的辛勤指導下，本病房呼叫系統(tǒng)最終成功的完成了，實現(xiàn)了預期的功能。系統(tǒng)設計的順利完成歸功于成功的

47、方案設計、系統(tǒng)規(guī)劃以及可靠的軟、硬件支持，在整個設計過程中學會了從一個系統(tǒng)的角度去分析考慮其中的問題，如何將一個系統(tǒng)規(guī)劃好，協(xié)調好，讓它正常的工作起來，這是一個貫穿整個設計過程中的關鍵問題。本系統(tǒng)分為多個模塊，不但系統(tǒng)規(guī)劃、方案設計復雜，其硬件、軟件的設計工作量也相當大，在整個系統(tǒng)設計過程中，查閱大量的相關資料，了解系統(tǒng)各模塊的元器件功能。與傳統(tǒng)的病房呼叫系統(tǒng)相比，本病房呼叫系統(tǒng)具有優(yōu)先級判斷功能，解決了同一時刻出現(xiàn)多人呼叫的緊急情況，提醒醫(yī)護工作人員按照呼叫病人的病情嚴重程度進行救治和護理，提高工作人員的工作效率，有效的保障病人的生命健康。在功能上面有了較大的突破，使得電子產品在醫(yī)療領域中進

48、一步發(fā)揮了其搶答的功能，給病人、醫(yī)療工作人員以及陪護人員帶來了極大的便利。本病房呼叫系統(tǒng)采用了無線通信技術，很大程度上簡化了復雜的邏輯電路，便于安裝和維護。但是，本系統(tǒng)還是不夠完善，還有可以改進的地方，比如說，在此病床呼叫系統(tǒng)的設計基礎上，加上呼叫視頻通信技術，即在病人按下呼叫按鍵，醫(yī)護人員接收到呼叫后，可與病房中的病人或者其陪護進行視頻通話，醫(yī)護人員能清楚的知道發(fā)出呼叫信息的病人所需要的幫助是什么（例如：病人病情突變導致病人感覺不適、陪護人員向醫(yī)護人員咨詢照顧該病時的注意事項或者病人正在輸?shù)牡跗恐袥]有藥了，需要換吊瓶等不同的請求），從而對癥下藥，節(jié)省不必要的時間，提高醫(yī)護工作人員的工作效率。

49、相信隨著科學技術的不斷向前發(fā)展，電子技術的逐步成熟，會有更多的現(xiàn)代化技術應用到醫(yī)療領域，使得系統(tǒng)的設計更加現(xiàn)代化、智能化，給醫(yī)療領域帶來更大的便利，使得病人和醫(yī)護工作者都更加受益！致 謝耗時幾個月的時間，終于完成了這篇論文，在論文的寫作過程中遇到了很多的困難和障礙，在老師和同學的幫助下克服過去了。尤其是在之前的系統(tǒng)設計、方案制定、系統(tǒng)仿真以及元器件焊接過程中可謂是困難重重，多虧指導老師XXX老師，她對我進行了無私的指導和幫助，耐心的幫助我制定整體系統(tǒng)方案，指導系統(tǒng)的仿真以及焊接，不厭其煩的幫我指出論文中的不當之處，并且熱心的幫助我指導修改論文。在此，向給予我莫大幫助的劉筠筠老師表示最衷心的感謝

50、！感謝這篇論文所涉及到的各位作者。本文在寫作的過程中參考和引用了數(shù)篇文獻，如果沒有各位文獻作者研究成果的啟迪和指導，那么，我將會很難完成這篇論文的寫作。感謝在完成畢業(yè)設計以及論文寫作的過程中給予過我?guī)椭耐瑢W和朋友，在我遇到困難時，他們都伸出了熱情的雙手，給我傳授了許多專業(yè)性的知識，給我提供了許多與本研究項目相關的一些素材，幫助我克服了畢業(yè)設計和論文寫作過程中遇到的種種困難。由于我的學術水平有限，所寫的論文難免會有不足之處，懇請各位老師和同學批評指正！我定會虛心接受批評和建議，進一步的修改我的論文，使之變得更加完善！參考文獻1 醫(yī)院和福利院如何正確選用護理呼叫系統(tǒng)EB. http:/ 2 王錦

51、. 電話機原理、裝調與維修M. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2005, 125-132.3 柯寶中, 蔡幻仲. 基于單片機的酒店客房呼叫終端J. 計算機技術與自動化，2012,(4):104-107.4 唐聞新. 醫(yī)院無線呼救系統(tǒng)J. 電腦知識與技術, 2008, (17): 1469-1472.5 陳海芹. 應用PLC對病房緊呼叫系統(tǒng)的設計J. 科技創(chuàng)業(yè)家，2012,(18): 10-12.6 張從力, 雷蕾, 段其昌等. 可用于礦井緊急通訊的無線語音系統(tǒng)研究J. 國外電測量技術, 2010,(9): 43-46.7 郭廣頌, 胡墣. 基于電片機的無線病房呼叫系統(tǒng)設汁J. 電子技術應用，2012,(2):50-52, 62.8 馬靜波. 基于IrDA標準的紅外無線數(shù)字通信及應用J. 信息技術, 2005, (3):47-51.9 Dal Davis. Blue