基于单片机的病房呼叫系统设计论文

本科毕业设计（论文）题 目 基于单片机的病房 呼叫系统设计 姓 名 专 业 学 号 指导教师 郑州科技学院信息工程学院二一五年六月目 录摘 要 .IAbstract .II1 绪论 .11.1 课题研究的背景及意义 .11.2 国内外的研究状况 .11.3 无线通信技术 .21.3.1 IrDA 红外无线技术 .21.3.2 蓝牙技术 .31.3.3 超宽频（UWB）技术 .31.3.4 Wi-Fi(IEEE802.11)技术 .41.3.5 Zigbee 技术 .42 系统的整体设计 .52.1 病房呼叫系统的设计要求 .52.2 方案论证 .52.3 方案选择 .72.4 整体设计思路 .83 系统的硬件设计 .93.1 呼叫发射终端的硬件设计与实现 .93.2 接收显示终端的硬件设计与实现 .103.2.1 单片机的选择 .103.2.2 无线接收模块 .123.2.3 显示电路 .143.2.4 报警电路 .163.2.5 查看、清零电路 .174 系统的软件设计 .184.1 主程序设计 .184.2 数据检测模块程序设计 .184.3 显示报警模块程序设计 .195 系统调试及实验结果分析 .205.1 软件调试 .205.2 硬件调试 .215.3 实验结果分析 .23结 论 .24致 谢 .25参考文献 .26附录 1 系统总体电路图 .27附录 2 元器件清单 .28附录 3 实物图 .29附录 4 源程序 .30基于单片机的病房呼叫系统设计基于单片机的病房呼叫系统设计摘 要医疗呼叫系统是提高医院医疗服务水平和质量的一个重要组成部分，医院医务人员与病人之间信息沟通是医疗呼叫系统的主要功能。无线医疗呼叫系统可在不改变病房现有布局的情况下实现医务人员与病人之间的交流。本文介绍了一种基于STC89C51单片机的病房呼叫系统，整个系统以STC89C51单片机为核心辅以无线模块以及显示电路，能够实现病人和医护人员之间的信息传递。当有按键按下时，无线发射模块编码并发射信号，再由无线接收模块接收到信号译码后汇总到单片机，最终由LCD1602示出呼叫者的病床号并伴有蜂鸣器的报警声，从而获得医疗救治。此系统能够为医院提供一个成本低效率高、操作方便和易于安装维护的快捷系统。关键词：单片机；无线模块；LCD1602；蜂鸣器；呼叫系统基于单片机的病房呼叫系统设计ITHE DESIGN OF SICKBED CALLING SYSTEM BASED ON SINGLE CHIP MICORCOMPUTEAbstractMedical 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 call system(WMCS) under unchanging existing wards 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 between 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 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; Buzzer; Calling System基于单片机的病房呼叫系统设计01 绪论1.1 课题研究的背景及意义病房呼叫系统是一种能够为病房护士与病人提供远程对话的辅助工具，它可以有效地加强护士与病人之间的联系，提高医疗护理水平，缓和医患之间的紧张关系。如何利用如今先进的信息科学技术来服务于医疗领域，从而更大程度的提高医院的服务质量及利润，满足人们需求是现在医院信息化建设中的一个重要着眼点。医疗呼叫系统已经成为医院不可缺少的监护设备，是各医院现代化的标志，它对于病人和医护人员之间的信息沟通起到了至关重要的作用，能够有效地保证病人及时得到医护人员的看护和医治。病房呼叫系统是现代化医院实现信息化、智能化以及现代化管理的重要组成部分,可以有效地提升医院的形象，强化医院的管理 1。在当今的医疗系统中，各种电子检测仪器、治疗仪器被广泛应用，从而有效的提高了诊断的准确度以及治疗效果。医院的呼叫护理系统从传统上陪护家属们的口头呼叫到电子按铃呼叫，至今国内大多数医院仍停留在电子按铃呼叫的阶段，只有少数医院实现了电子通话的功能，医院中呼叫系统是否得力直接关系到病人的人身健康，严重时甚至会对病人造成生命威胁。随着我国信息事业的持续、快速发展，通信基础设施日臻完善，当代世界通信技术发展的总趋势是数字化、综合化、宽带化、智能化和个人化 2。病房呼叫系统是以医院为平台，综合利用无线通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将报警呼叫有关的设施集成，构建高效的病床呼叫管理系统，提升医护人员的工作效率、病人的健康安全指数以及便利程度，并且实现医务工作者及时处理病人的呼叫。1.2 国内外的研究状况工业革命开始于欧洲，很大程度上推动了欧洲各国经济的发展，欧洲各国在电子产品领域上自然也是领先于我国的。在欧洲较为发达的国家，其医院的病床呼叫系统非至善至美。目前最为先进的病房呼叫系统是美国研制的可视系统即按下呼叫按键后，进行呼叫的病人能够在医护人员收到呼叫报警后和医护人员进行视频对话。但我国的病房呼叫系统起步较晚，在上个世纪八十年代还基于单片机的病房呼叫系统设计1在采用人工报警或者摇铃报警，之后才出现了按铃呼叫，但技术含量比较低 3。随着电子技术的发展，呼叫系统逐步由继电器控制实现，由于继电器机械触点式结构，存在触点多，可靠性差等缺点，使得其在病房紧急呼叫系统中的应用受到很大限制 4-7。改革开放以来随着新产品的引进，电子技术的发展，门铃式呼叫系统渐渐的在国内各医疗机构普及，但由于技术含量低，稳定性差等不足，在应用方面还存在许多隐患。当前，少数成型的无线病房呼叫系统基本上采用基于 RF 无线射频技术进行传输，在连接方面省去了专用线路，大大减少了施工量，而且美化了外观。但这种系统的最大缺陷是容易产生同频信号干扰，在同一频段内的其他无线设备工作时，信号将会抵消。此外，当多个节点同时发送呼叫信号至护士站时相互间抢占信道，护士站主机会丢掉其中的部分呼叫请求，可靠性相对较低。目前国内许多医院的病房呼叫系统也只是简单地按键触发，引起医护值班室中显示出呼叫病床号并有报警铃响起，没有实现呼叫病人和医护工作人员之间的语音对话功能，好让医护工作人员清楚呼叫者的需求（病人出现不适或者患者需更换吊瓶等需求），提高医护人员的工作效率降低病患者的健康风险。时至今日，病房呼叫系统也在日益完善并且正朝着小型化，智能化以及人性化的方向发展，相信在不久的将来，我国的无线病房呼叫产品也会站在世界同行的前列。1.3 无线通信技术1.3.1 IrDA 红外无线技术IrDA 是红外数据协会的缩写，全称为 The Infrared Data Association，是 20世纪 90 年代初期成立的一个国际性非营利组织，负责制定和推广可以共同实用的低成本红外数据互联的国际标准。IrDA 的宗旨是制定以合理的代价，来实现标准和协议，从而促使红外通信技术的发展。IrDA 标准的无线设备传输速率已经从原先的 115.2kbps 逐步发展到了 4Mkbps、16Mkbps 8 。红外无线通信技术是一种利用红外线进行点对点通信的技术。红外通信技术由于其价格低廉、使用方便，解决了有线连接的许多不便，因而受到了家电设备厂商、电脑外围设备商、以及通信设备厂商的高度重视。目前，支持它的基于单片机的病房呼叫系统设计2软硬件技术都很成熟，在小型移动设备上被广泛使用。它具有移动通信所需的体积小、功耗低、连接方便、简单易用、成本低廉、不需申请频段及技术比较成熟的特点，但 IrDA 用于工业网络上的最大问题在于只能在 2 台设备之间连接，并且存在有视距角度等问题。1.3.2 蓝牙技术蓝牙（luetooth）技术一开始就瞄准了无线局域网的市场，在 10 米到 100米的空间内，支持该技术的移动或非移动设备可方便地建立网络、进行音频通信。蓝牙技术的最终目标是建立一个全球统一的无线连接标准，使不同厂家生产的移动计算机和便携式设备能在近距离通过无线的方式连接起来，实现交叉操作以及交互信息数据共享，各种信息化的移动便携设备通过无线的连接方式实现资源共享 9。蓝牙列入了 IEEE 802.15.1 标准，其规定子包括 PHY 层、MAC 层、网络层和应用层的集成协议栈。蓝牙的工作频率为 2. 4GHz，有效范围半径约l0m。在其范围内，设备相互间可自动使用无线的方式连成一个微网，进行联络与确认。另外，蓝牙对每个微网只能配置 7 个节点，制约了其在大型传感器网络中的应用 10。1.3.3 超宽频（UWB）技术超宽频（UWB）全称为 ULTRA WIDE BAND，该技术发展于 20 世纪 60年代，当时主要研究微波网络在面对时域脉冲时产生的瞬间行为。80 年代后期，UWB 技术开始被称为无载波或脉冲无线电，美国国防部在 1989 年首次使用“超宽频”这个词。UWB 技术带宽相对较大，分辨率高，抗干扰强、保密性好、定位精确、系统容量大且传输速率高。根据最新的美国联邦通信委员会（FCC）的定义，超宽频系统的中心频率高于 2.5GHz，并具有至少500MHz 的 l0dB 频宽。UWB 种类众多，因此潜在的应用也相当广泛，包括无线局域网（WLAN）、个人局域网络（PAN）、短距离雷达（如汽车传感器、防撞系统、智能型高速公路感测系统及液态物体书评侦测系统）、穿地雷达，以及应用在医疗监视与运动员训练等领域的人体局域网络 11。基于单片机的病房呼叫系统设计31.3.4 Wi-Fi(IEEE802.11)技术Wi-Fi（Wireless Fidelity）是一种无线通信协议。IEEE802. 11 的最初规范是在 1997 年提出，主要目的是提供 WLAN 接入，是目前 WLAN 的主要技术标准。IEEE802. 11 流行的几个版本包括：“a”（波段为 5. 8GHz，带宽为54Mbps），“b” （波段为 2. 4GHz，带宽为 11Mbps）和“g”（波段为 2. 4GHz，带宽为 22Mbps）。Wi-Fi 技术的工作频率为 2. 4GHz，最高传输率能达到11Mbps。Wi-Fi 规定了协议的物理层和媒体接入控制层，并依赖 TCP/IP 作为网络层。Wi-Fi 技术能让无线用户得到以太网的网络性能及速率，且可无缝地将多种 LAN 技术集成起来，形成一种能最大限度地满足用户需求的网络，具有部署方便、通信可靠、抗干扰能力强、成本低、灵活性好、吞吐量大等特点。由于其优异的带宽是以大的功耗为代价的，因此大多数便携 Wi-Fi 装置都需要常规充电，这些特点限制了它在工业场合的推广和应用 12。1.3.5 Zigbee 技术2004 年 12 月，由英国 Invensys 公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司和荷兰飞利浦半导体公司共同发起，加入联盟来研发名为、“ZigBee”的下一代无线通信标准 13。目前，这个联盟已经吸引了上百家芯片公司、无线设备开发商和制造商的加入 14ZigBee 联盟正式发布了 ZigBee 技术的标准 15。ZigBee（IEEE802. 15. 4）技术是一种短距离的无线通信技术，使用 2. 4GHz 波段，采用跳频及扩频技术。ZigBee 网络具有低功耗、低成本、低速率、近距离、短时延、高容量、省电、安全及免执照频段的特点，主要应用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间，典型的传输数据类型有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据。ZigBee 技术的应用目标主要是：工业控制（如自动控制设备、无线传感器网络）、医护（如无线传感器网络）、家庭智能控制（如照明、水电气计量及报警等）、消费类电子设备的遥控装置、PC 外设的无线连接等领域。因 ZigBee 产品的互操作性与厂商无关，免去每次为制定方案的重新设计，增强了产品的革新，应用工业标准和通用平台更具经济效益 16-18。基于单片机的病