毕业设计（论文）-病房无线呼叫系统.doc

摘要临床呼叫求助装置是传送临床信息的重要手段，关系病员安危，传统的有线呼叫系统历来受到各大医院的普遍重视。如果采用无线传输，会节约布线和改造线路的资金，为医院节约成本，并且及时、准确、可靠，简便可行。本设计是一种病房无线呼叫系统，采用无线编解码传输方式,避免了传统的有线呼叫系统布线麻烦和改建麻烦的问题。所设计的病区无线呼叫系统主要分为发射和接收两大部分。其中系统有多个呼叫通道，可供多个床位或病房使用，以数据编解码芯片PT2262和PT2272为核心，采用无线收发模块进行传输，其模块工作频率为315MHZ，接受方式为超再生，在护士站由LED数码管显示呼叫者的编号，并有声音提示。其中利用NE555构成单稳态触发电路控制数码管显示和声音提示的时间，护士还可以通过确认按纽立即停止显示和提示，对于加强护士站与病房的联系，提高护理水平有很大帮助。本次设计完成了各项指标，而且在要求传输距离20米的基础上，实现了40米的传输，接收端反应灵敏稳定。关键词：无线；编码；解码 ；数码管；编码译码器； AbstractDesign of this area is a wireless call system that uses wireless transmission codec, to avoid the traditional cable system, call routing and trouble into trouble. The design of the wireless unit to call the main system is divided into two 1arts, transmitting and receiving. Of which there are four call-channel system for the four ward bedsoruse the data to codec chi1 PT2262 and PT2272 at the core, used to send and receive wireless transmission module, the module o1erates at 315MHZ, as a way to acce1t Chao Zaisheng, nurses By the LED digital dis1lay of caller ID, and voice 1rom1ts. NE555 use of which constitutes a single steady-state control circuit to trigger a digital dis1lay and voice 1rom1ts the time, nurses can also confirm button and 1rom1ted an immediate end to show that is intended to enhance the nurses station wards with ties to raise the level of care has been ins1ired by them. The com1leted design of indicators, and the requirements in the transmission distance of 20 meters on the basis of the achievement of a 40-meter transmission, the receiving end res1onsive stability. This design can be a11lied not only to call for medical systems, and can be a11lied to a large car 1ark management, hotel room on the 1latform of the total calls, such as teaching question in the field of wireless remote control.Keywords: wireless; coding; decoding; digital tube; coder-decoder目录第1章 绪论1.1 无线电通信发展简史1.2 无线愿景1.3 医院病房无线呼叫系统 1.3.1 系统研究背景 1.3.2 系统概述及优点1.3.3 无线呼叫系统与有线呼叫系统对比1.4 研究内容1.5 行文结构安排第2章 无线电通信基本原理2.1 通信系统的一般模型2.2 通信系统的分类与通信方式 2.2.1 通信系统的分类 2.2.2 通信方式2.3 无线电信号传输原理 2.3.1 无线电信号的产生与发射 2.3.2 无线电信号的接收2.4 通信系统主要性能指标第3章 病房无线呼叫系统总体方案设计3.1 系统设计总体要求3.2 系统设计原理框图3.3 系统设计方案讨论3.3.1 主机选择3.3.2 无线收发模块选择3.3.3 显示模块3.3.4 主机显示界面第4章 病房无线呼叫系统设计及实现4.1 模块功能简介4.1.1 AT89C514.1.2 直流电源4.1.3 无线发射/接收模块PT2262/PT22724.1.4 显示模块4.1.5 语音报警电路 4.2 主/从站模块框图及实现 4.2.1 主站原理框图 4.2.2 从站检测原理框图4.3 从机设计4.3.1 从机硬件实现4.3.2、软件部分设计4.4 主机设计 4.4.1 主机硬件实现4.4.2 主机软件流程图第5章 主机系统设计5.1 虚拟仪器5.1.1虚拟仪器的特点5.1.2 虚拟仪器的基本工作原理5.2 LabVIEW语言5.3发射数据格式5.4 系统界面第6章 结论致谢参考文献附录1 附录2第一章 绪论无论从什么角度看，无线通信都是通信产业中发展最快的一部分。正因为如此，无线通信受到媒体的普遍关注，公众对它充满了期待。在过去的10中，蜂窝系统经历了指数性的快速增长，全球用户已达20亿。在大多数发达国家，蜂窝电话已成为工作和日常生活中不可或缺的工具。在许多发展中国家，蜂窝系统也在迅速取代过时的有线系统。许多家庭、商务区和校园已经开通了无线局域网，它正在补充甚至替代有线网络。无线传感器网络、自动化高速公路、自动化工厂、智能家居、智能家电、远程医疗等新的应用正从研究设想变成现实。无线通信爆炸式的增长以及笔记本电脑和掌上电脑的大量普及，充分显示无线网络有着光明的前景。不过，要想设计性能足以支持这些新兴应用并且健壮的无线网络，我们还面临着许多技术上的挑战。1.1 无线电通信发展简史电学的发展肇始于18世纪晚期至11世纪早期。在以发明者伏特（A.Volta，17451827）命名的伏特电池出现后，开始有了直流电路。不久，即出现了低频交流电路。它利用法拉第（Faraday）感应定律所制造的发电机（generator）与变压器（transformer），可以更有效地产生与传输交流电能。以后经过斯坦因麦兹（Charles Stienmets）、爱迪生（Thomas Edison）、西门子（Werner Siemens）和特斯拉（Nikolas Tesla）等科学家的卓越工作，电力的产生与传输配电工程发展十分迅速，成为人们生活不可或缺的极重要的组成部分。在此基础上，利用电能来传输信息，就成为人们追求的另一目标。 信息传输是人类社会生活的重要内容。从古代的烽火到近代的旗语，都是人们寻求快速远距离通信的手段。直到11世纪电磁学的理论与实践已有坚实的基础后，人们开始寻求用电磁能量传送信息的方法。1837年莫尔斯（F.B.Morse）发明了电报（telegra1h），创造了莫尔斯电码，开创了通信的新纪元。 1876年贝尔（Alexander G.Bell）发明了电话(tele1hone)，能够直接将语音信号变成电能沿导线传送。电报、电话的发明，为迅速准确地传递信息提供了新手段，是通信技术的重大突破。电报、电话都是沿导线传送信号的，能否不用导线，在空间传送信号呢？答案是肯定的，这就是无线电通信。1864年英国物理学家麦克斯韦（J.Clerk Maxwell）发表了电磁场的动力理论这一著名论文，总结了前人在电磁学方面的工作，得出了电磁场方程，从理论上证明了电磁波（electromagnetic wave）的存在，为后来的无线电发明和发展奠定了坚实的理论基础。1887年德国物理学家赫兹（H.Hertz）以卓越的实验技巧证实了电磁波是客观存在的。他在试验中表明：电磁波在自由空间的传播速度与光速相同，并能产生反射、折射、驻波等与光波性质相同的现象。麦克斯韦的理论得到了证实。从此以后，许多国家的科学家都在努力研究如何利用电磁波传输信息的问题，这就是无线电通信（radio communication）。其中著名的有英国的罗吉（O.J.Lodge），法国的勃兰利（Branly）、俄国的波波夫（A.C.IIoiib）与意大利的马可尼（Gugliemo Marconi）等。在以上这些人中，以马可尼的贡献最大。他于1815年首次在几百米的距离用电磁波进行通信获得成功，1101年又首次完成了横渡大西洋的通信。从此，无线通信进入了实用阶段。但这时的无线电通信设备是：发送设备用火花发射机、电弧发生器或者高频发电机等；接收设备则是用粉末（金属屑）检波器。直到1104年，费来明（Fleming）发明了二极管之后，才开始进入无线电电子学时代。1107年李德福雷斯特（Lee de Forest）发明了电子三极管（triode），用它可组成具有放大（am1lification）、振荡（oscillation）、变频（frequency conversion）、调制（modulation）、检波（detection）、波形变换等重要功能的电子线路，为现代千变万化的电子线路提供了“心脏”器件。因而电子管的出现，是电子技术发展史上第一个重要里程碑。1148年肖克莱（W.Shockley）等人发明了晶体三极管（transistor），它在节约电能、缩小体积与重量、延长寿命等方面远远胜过电子管（electronic tube），因而成为电子技术发展史上第二个重要的里程碑。晶体管在许多方面已取代了电子管的传统地位，成为极其重要的电子器件。20世纪60年代开始出现将“管”、“路”结合起来的集成电路（integrated circuit），几十年已取得极其巨大的成就。中、大规模乃至超大规模集成电路的不断涌现，已经成为电子线路，特别是数字电路（digital circuit）发展的主题，对人类进入信息社会起了不可估量的推动作用。这可以说是电子技术史上第三个重要里程碑。1.2 无线愿景 展望未来，无线通信在几十年内仍将是通信发展的前沿，无线通信的愿景是，不论在世界的任何地方，人们都可以用小体积的手持设备或笔记本电脑方便地进行多媒体通信。不论在办公室、校园，还是街边的咖啡屋，掌上电脑、笔记本电脑和台式电脑都可以通过无线网络互相通信。在居室里，无线网络不仅能连接电脑、电话和安全监控系统，还可以使新型的的智能家电交互式工作，甚至能通过互联网控制这些家电。对于老弱病残，这种智能家居可以照料他们的生活起居，可以帮助监视病人，并在紧要时刻做出应急响应。无线娱乐服务也将渗透到家庭和其他公共活动场所。视频电话会议可以将彼此分开的人们联系在一起，不论是相隔几个街区还是远隔重洋，错过航班的销售人员或是在加勒比海度假的CEO也照样可以加入到会议中来。无线视频使得远程教育、远程培训和远程医疗成为可能，无线传感器在民用和军用方面都有巨大的价值。民用用途包括火灾监控、有害废弃物处理、建筑物和桥梁的受力检测、二氧化碳气体运动和受灾地区有害气体扩散的监控等方面。这些无线传感器能自行构成网络，对传感器的测量结果进行处理后，将信息发送给中央控制器。军用用途包括识别与跟踪敌方目标、探测生化袭击、辅助无人驾驶车辆以及反恐活动等。无线网络还能使分布式控制系统中的远程设备、传感器和制动器通过无线信道相连接，这样的系统能使得自动化高速公路、移动机器人和可重构的工业自动化成为现实。1.3 医院病房无线呼叫系统1.3.1 系统研究背景 伴随着医疗体制改革的不断深化和医疗事业的飞速发展，越来越多的人们需要迅捷、方便地得到医院的各种各样的医疗服务，这必将使医院之间的竞争日趋激烈。这使得衡量一个医院的综合水平高低，不再仅仅局限于软、硬件的建设上，更要比服务。原有的服务体系已不足以适应现代社会需求；谋求适合现代社会需求的客户服务系统，是所有企事业单位计划做或正在做的工作。这些工作有利于改善服务量，提高效率并增加企业效益，从而赢得良好的社会声誉。如何利用先进的信息技术为医院服务，更大程度的提高医院的服务质量及利润，是医院信息化建设中的一个重要着眼点。 为了顺应时代的潮流，满足广大民众的多样化看病需求，提高各级医院的工作效率、服务质量，医院无线呼叫系统应运而生。可见，医院无线呼叫系统是各医院提高服务质量的良好解决方案。医院无线呼叫系统已经成为公认的改善服务的措施。通过无线呼叫系统的建设，医院不仅可以更大程度地提高服务质量及工作效率，更可以体现出医院的高科技特色、吸引众多患者，同时也可以利用无线呼叫系统多种多样的增值业务来提高医院的利润、达到盈利性的目的。1.3.2 系统概述医护呼叫系统已经成为医院提高医护服务质量、提高医护人员工作效率和减少医疗事故的一种必不可少的基础设备。 随着无线科技的发展和应用，医护呼叫系统可以摆脱线缆的束缚，实现即时通讯，移动接收呼叫信息。医院专用无线呼叫系统就是在无线技术基础上，结合了单片机控制和计算机软件技术，根据医院的规模、内部业务流程和管理需求开发的全新医护呼叫系统。此系统采用低辐射、低功率、高无线接收灵敏度、零电磁干扰的无线编码技术，发射功率不足手机的1/10，完全满足医院的低无线电辐射的要求。其优点如下：微功率无线技术，绿色环保，无辐射； 全部采用无线设计，无需布线，检修方便；施工期短，无施工费用，高科技、高性价比；实现分类呼叫，呼叫信息有效传达只需毫秒数量级；呼叫数据备份、存储、统计、分析，医护管理好帮手；紧急情况快速响应，有效应对突发事件，提升形象，减少医患纠纷。1.3.3 无线呼叫系统与有线呼叫系统对比无线呼叫系统传统有线呼叫系统安装安装方便，无需布线，无需改变现有装修，省去繁琐的布线工程需要技术人员测量、打眼、走线、连线、安装调试，很麻烦，费时费力维护即安即用，医护人员也可自行设置，非常方便发生故障，查询故障原因很不方便，重新走线，影响医院正常营业费用可重复利用，安装便易，根据需要可随意移动位置，无任何成本重复使用率低，需布线材料费和人工费，比“无线”产品高出60%移动性医护人员可随身佩带，只要患者有需要，随叫随到医护人员不在值班室，无法找到，延误对患者的诊治，引起患者不满图111.4 研究内容1.5 本文结构第二章 无线电通信基本原理2.1 通信系统的一般模型 通信的目的就是传输信息。通信系统的作用就是将信息从信源发送到一个或多个目的地。对于电通信来说，首先要把消息转变成电信号，然后经过发送设备，将信号送入信道，在接收端利用接收设备对接收信号作相应的处理后，送给信宿再转换为原来的消息。这一过程可通过图11所示的通信系统一般模型来概括。信息源发送设备接收设备受信者信道噪声源图21 通信系统一般模型图11中各部分的功能简述如下：1信息源信息源（简称信源）的作用是把各种消息转变成原始的电信号。根据消息的种类不同，信源可以分为模拟信源和数字信源。模拟信源输出连续的模拟信号，如话筒、摄像机等；数字信源则输出离散的数字信号，如电传机、计算机等各种数字终端等。并且，模拟信源送出的信号经数字化处理后也可以送出数字信号。2发送设备发送设备的作用是产生适合于在信道中传输的信号，即使发送信号的特征和信道特性相匹配，具有抗信道干扰的能力，并且具有足够的功率以满足远距离传输的需要。因此，发送设备涵盖的内容很多，可能包括变换、放大、滤波、编码、调制等过程。对于多路径传输系统，发送设备中还包括多路复用器。3信道 信道是一种物理媒介，用来将来自发送设备的信号传输到接收端。在无线信道中，信道可以是自由空间；在有线信道中，可以是明线、电缆和光纤。有线信道和无线信道均有多种物理媒介。信道既给信号以通路，也会对信号产生各种干扰和噪声。信道的固有特性及引入的干扰与噪声直接关系到通信的质量。4接收设备 接收设备的功能是将信号放大和反变换（如译码、解调），其目的是从受到减损的接收信号中正确的恢复原始电信号。对于多路复用信号，接收设备中还包括解除多路复用，实现正确分路的功能。此外，它还要尽可能减小在传输过程中噪声与干扰所带来的影响。5受信者 受信者（简称信宿）是传送消息的目的地，其功能与信源相反，即把原始电信号还原成相应的消息，如扬声器2.2 通信系统的分类与通信方式2.2.1 通信系统的分类 1按信号特征分类 按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，相应的把通信系统分成模拟通信系统和数字通信系统。 2按传输媒介分类 按传输媒介，通信系统可以分为有线通信系统和无线通信系统两大类。所谓有线通信是用导线（如架空明线、同轴电缆、光导纤维、波导等）作为传输媒介完成通信的，如市内电话、有线电视、海底电缆通信等。所谓无线通信是依靠电磁波在空间传播达到传递消息的目的，如短波电离层传播、微波视距离传播、卫星中继等。 3按工作波段分类 按通信设备的工作频率或波长不同，分为长波通信、短波通信、远红外通信等。图22列出了通信使用的频段、常用的传输媒质及主要用途。频率范围/HZ名称典型应用330极低频远程导航、水下通信30300超低频水下通信3003000特低频远程通信3k30k甚低频远程导航、水下通信、声纳30k300k低频导航、水下通信、无线电信标300k3000k中频广播、海事通信、测向、遇险求救、海岸警卫3M30M高频远程广播、电报、电话、传真、搜寻救生、业余无线电30M300M甚高频电视、调频广播、陆地交通、出租汽车、飞机通信0.3G3G特高频电视、蜂窝网、导航、卫星通信、G1S监视雷达、无线电高度计3G30G超高频卫星通信、无线电高度计、机载雷达、气象雷达、微波链路30G300G极高频雷达着陆系统、卫星通信、移动业务、铁路业务300G3T亚毫米波为划分、实验用43T430T红外光通信系统430T750T可见光光通信系统750T3000T紫外线光通信系统图222.2.2 通信方式 通信方式是指通信双方之间的工作方式或信号传输方式。 1单工、半双工、全双工通信 对于点与点之间的通信，按消息传递的方向与时间关系，通信可以分为单工、半双工、全双工通信。 （1）单工通信，是指消息只能单方向传输的工作方式。通信的双方中只有一个可以进行发送，另一个只能接收。 （2）半双工通信，是指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式。 （3）全双工通信，是指通信双方可同时进行收发消息的工作方式。一般情况全双工通信的信道必须是双向信道。 2并行传输和串行传输 在数据通信（主要是计算机或其他数字终端设备之间的通信）中，按数据代码排列的不同方式，可分为并行传输和串行传输。（1）并行传输，是将代表信息的数字信号码元序列以成组的方式在两条或两条以上的并行信道上同时传输。并行传输的优势是节约传输时间，速度快。此外，并行传输不需要另外的措施就实现了收发双方的字符同步。缺点是需要n条通信线路，成本高，一般只用于设备之间的近距离通信。（2）串行通信，是将数字信号码元序列以串行方式一个码元接一个码元地在一条信道上传输。远距离数字传输常采用这种方式。 串行通信的优点是只需要一条通信信道，所需线路铺设费用只是并行传输的1/n。缺点是速度慢，需要外加同步措施以解决收、发双方码组或字符的同步问题。2.3 无线电信号传输原理 2.3.1 无线电信号的产生与发射 要完成无线电通信，首先必须产生高频率的载波电流，然后设法将电报或电话信号“加到”载波上去。在无线电技术中采用振荡器来产生高频电流。振荡器可以看作是将直流电能转变为交流电能的换能器。振荡器是无线电发送设备的基本单元。为了发送电报信号，可以加一个电键来控制供给振荡器的直流电源，电源接通时，振荡器产生高频电流i；电源断开时，振荡器没有高频电流送出。这样，就得到了高频电流（含有信息），高频电流送至发射天线，转变为电磁波发射出去。电磁波中就包含了所要传送的电报信号。实际上，为了提高振荡器的频率稳定性和增加输出功率，在振荡器之后往往还要加缓冲级与放大级，将发射功率提高到所需数值，再发射出去。电键一般也不是直接控制振荡器，而是控制振荡器以后的某一级。由于受控电流大，往往超过电键的载流能力，常用电键控制一个电流放大器（键控管），由键控管来控制发射机中某一级电流的通断。根据不同的调制方式，可以有调幅、调频、调相等。以调幅发射机为例如图23所示。主振缓冲中间放大器功放推动级倍频器受调放大器低频电压放大器低频功放级调制器话筒图23调幅发射机方框图2.3.2 无线电信号的接收无线电信号的接收过程正好与发送过程相反。在接收处，先用接收天线将收到的电磁波转变已调波电流，然后从已调波电流中检出原始的信号。这一过程正好与发送过程相反，称为解调，也叫检波。最后再用听筒或扬声器将检波取出的音频电流转变为声能，人就听到了发射机出发送的语言、音乐等信号。但是，接收天线所收到的电磁波很微弱。为了提高接收机的灵敏度，可在检波器之前加一级至几级高频小信号放大器，然后再检波。检波之后，再经过适当的低频放大，最后送至扬声器或耳机转变为声音。接收机有直接放大式接收机和超外差式接收机，下图为超外差式接收机，图24所示。高频小信号放大器混频器中频放大器检波器低频放大器本地振荡器扬声器图24 超外差式接收机方框图2.4 通信系统主要性能指标在设计和评价一个通信系统时，需要建立一套能反映系统各方面性能的指标体系。性能指标也称质量指标，他们是从整个系统的角度综合提出的。 通信系统的性能指标涉及其有效性、可靠性、经济性、标准性、可维护性等。尽管不同的通信业务对系统性能的要求不尽相同，但是从研究信息传输的角度来说，通行的有效性和可靠性是主要的矛盾所在。 所谓有效性是指传输一定信息量时所占用的信道资源（频带宽度和时间间隔），或者说是传输的“速度”问题；而可靠性则是指接收信息的准确度，也就是传输的“质量”问题。这两个问题相互矛盾而又相对统一，并且还可以进行互换。 由于模拟通信系统与数字通信系统之间的区别，两者对有效性和可靠性的要求与度量的方法不尽相同。 模拟通信系统的有效性可用有效传输频带来度量，同样的消息用不同的调制方式，则需要不同的频带宽度。如话音信号的单边带调幅占用的带宽仅为4kHZ，而话音信号的宽带调频占用的带宽则为48kHZ，显然调幅信号的有效性比调频的好。可靠性通常用接收端解调器输出信噪比来度量。输出信噪比越高，通信质量就越好。不同调制方式在同样信道信噪比下所得到的解调后的输出信噪比是不同的。如调频信号的抗干扰能力比调幅的好，但调频信号所需要的传输频带却宽于调幅的。 数字通信的有效性可用传输速率和频带利用率来衡量。 （1）码元传输速率RB,又称码元速率、传码率。它被定义为单位时间（每秒）传送码元的数目，单位为波特，简记为B。 但要注意，码元速率仅仅表征单位时间传送码元的数目，而没有限定这时的码元是何种进制。 （2）信息传输速率Rb，简称传信率，又称比特率。它定义为单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位为比特/秒，简记为b/s。Rb = RB * 2(M) （3）频带利用率。在比较不同通信系统的有效性时，不能单看他们的传输速率，还应考虑所占用的频带宽度，因为两个传输速率相等的系统其传输效率并不一定相同。所以，真正衡量数据通信系统的有效指标是频带利用率，它定义为单位带宽（每赫兹）内的传输速率，即 数字通信系统的可靠性可用差错率来衡量。差错率常用误码率和误信率表示。（1）误码率Pe，是指错误接收的码元数在传输总码元数中所占的比率，更确切地说，误码率是码元在传输系统中被传错的概率，即 Pe = （2）误信率Pb，又称误比特率，是指错误接收的比特数在传输总比特数中所占的比例，即 Pb = 第三章 病房无线呼叫系统总体设计方案3.1 系统设计总体要求当病房有呼叫需要时，病人只要按下呼救按键无线发射模块就会输入电路所需控制的床位号，同时启动编码电路产生带有地址编码和开关状态信息的编码脉冲信号，在通过无线电发射电路将信号发射出去，而无线电接收电路将接收到的编码脉冲信号通过解码电路进行编码地址确认，确认是否是本遥控开关系统的地址。如果是则解码电路产生相应的输出信号控制继电器电路，开关电路动作。即显示屏显示床位号，语音系统发出相对应的语音播报，通知护士。 根据上述分析，本系统设计要求包括以下几个方面： 1 以51单片机为核心控制器件，辅以相关接口电路及IC构成硬件系统。 2 利用无线数据收发模块实现无线数据传输。 3 有多台从机由主机控制且可以同时工作，并且可以随意增加有限台从机，实现最小控制距离。 4 当从机无任何动作时，从机处于静默状态（自动断电），以节约电能。5 当从机有需要进行呼叫时，在主机上显示出病床号码，伴随语音播报，以便通知护士和医生,并可通过主机直接解警。6 用LabVIEW制作主机显示界面。3.2 系统设计原理框图根据设计要求，我们设计的系统原理框图如图3-1所示。键盘键盘单片机单片机无线发射模块无线发射模块无线接收模块单片机LCD显示上位机显示存储器语音播报图31 系统原理框图如上图所示，本系统由单片机（主机）、直流电源、无线发射/接收模块、接口电路、显示存储电路和语音播报电路等组成。3.3 系统设计方案讨论3.3.1 主机选择方案一：采用AT81C51为核心的单片机，成本较低，处理速度较快，增加多路也易于实现。在设计时，可以通过串口在显示器随机产生十以内加、减法题目。采用语音报警，可使医生或护士听到报警信息，并可通过主机直接解警。通信接口可利用MAX485芯片实现半双工通信，其通信传输线少，从而更满足设计需要。方案二：采用PC机直接对该系统进行控制，其优点在显示界面和方法多，编程格式灵活，如采用VB、JAVA或用LabVIEW等，比较美观。通信接口需采用机内的RS-232，实现与下位机的实时数据传输。相比较而言，方案一比较有利于从机设计，方案二比较有利于主机设计。由于医院属于公共场所，从机容易丢失或损坏，从技术和经济的角度考虑，方案一的代价相对较小，因此在此系统中，我们选择方案一作为我们的设计方案。3.3.2 无线收发模块选择方案一:采用美国ACM公司生产的新一代高性能、低成本的单片发射芯片ACMTX16,可工作于400460MHZ频段，性能优良，外围电路简单，是专为遥控、数据传输、无线标签、小型寻呼系统等应用设计的。ACMTX16是大规模集成电路，设计独特，内部采用1LL合成技术，因此只需外接廉价的低频率晶体和少数外部元件即可得到所需频率。方案二： PT2262/PT2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗、低价位通用编码、解码电路，PT2262/PT2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平H,接低电平L),任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从DOUT(17脚)串行输出，可用于无线遥控发射电路。采用基于PT2262/2272无线接收发模块的主要优点（1）天线输入端有选频电路，而不依赖1/4波长天线的选频作用，控制距离较近时可以剪短甚至去掉外接天线（2）输出端的波形在没有信号比较干净，干扰信号为短暂的针状脉冲，而不像其它超再生接收电路会产生密集的噪声波形，所以抗干扰能力较强。（3）无线接收发模块自身辐射极小，加上电路模块背面网状接地铜箔的屏蔽作用，可以减少自身振荡的泄漏和外界干扰信号的侵入。（4）采用带骨架的铜芯电感将频率调整到315MHZ后封固，这与采用可调电容调整接收频率的电路相比，温度、湿度稳定性及抗机械振动性能都有极大改善。可调电容调整精度较低，只有3/4圈的调整范围，而可调电感可以做到多圈调整。可调电容调整完毕后无法封固，因为无论导体还是绝缘体，各种介质的靠近或侵入都会使电容的容量发生变化，进而影响接收频率。另外未经封固的可调电容在受到振动时定片和动片之间发生位移；温度变化时热胀冷缩会使定片和动片间距离改变；湿度变化因介质变化改变容量；长期工作在潮湿环境中还会因定片和动片的氧化改变容量，这些都会严重影响接收频率的稳定性，而采用可调电感就可解决这些问题，因为电感可以在调整完毕后进行封固，绝缘体封固剂不会使电感量发生变化。方案三:采用无线调幅发射模块YCF500-1,具有稳定性高、抗干扰能力强、灵敏度高等优点，采用SMT贴片元件工艺，选用优质名牌阻容件，以及用其表面谐振器稳频, 使其性能在恶劣的环境下更能显示出其优势所在，主要芯片采用目前世界上最先进的超外差接收芯片技术。接收灵敏度为-105dBm。主要用在工业控制，数据传送, 计算机通讯等方面。综合考虑此系统所需要的经济效益、工作环境、系统灵敏度等要求，相比较而言,第二种方案更有利于我们的实现和测量。3.3.3 显示模块方案一:显示采用图形LCD，它是一种被动式显示器，由于其功耗极低、抗干扰能力强，因而在低功耗的单片机系统中大量使用。LCD本身不发光只是调节光的亮度，目前市场上销售的LCD显示器都是利用液晶的扭曲向列效应制成，这是一种电场效应，夹在两片导电玻璃电极间的液晶经过一定处理，它内部的分子成10度的扭曲，当线性偏振光透过其偏阵面便会旋转10度。当在玻璃电极上加上电压后，在电场作用下，液晶的扭曲结构消失，其旋光作用也消失，偏振光便可直接通过。当去掉电场后液晶分子又恢复扭曲结构。它与1C机相比，成本较低，可以实现汉字和数据的直观化，增加多路也易于实现。方案二:发光二极管显示器LED是单片机应用产品中常用的廉价输出设备。它是由若干个发光二极管组成，当发光二极管导通时，相应的一个点或一个笔划发光，控制不同组合的二极管导通，就能显示出各种字符，常用为七段显示器结构。所以本系统采用LCD显示。3.3.4 主机显示界面方案一:LabVIEW是实验室虚拟仪器工程工作台（LabVIEW Virtual Instruments Engineering Workbench）的简称，是美国国家仪器公司开发的虚拟仪器开发平台软件，它的功能强大灵活，可以广泛应用于自动测量系统、工业过程自动化、实验室仿真等各个领域。 LabVIEW使用图形化编程语言编程，简单直观，极大节省程序开发时间，同时LabVIEW可提供丰富的库函数和功能模块，可完成各种各样的复杂编程任务。方案二:在实践中，使用PC机对In1rise公司推出的Del1hi是一种功能强大的高级编程语言，其具有可视化面向对象的特征，特别适合Windows平台下的图形界面和用户程序的编制, 在Windows平台下，Win32 A1I支持同步和异步两种I/O操作。同步操作的方式的java/j2me/code/ target=_blank程序设计相对比较简单，但是I/O操作函数在I/O操作结束前不能返回，这将挂起调用线程，直到I/O操作结束；异步操作方式要相对复杂一些，但是可以让I/O操作在后台运行，而不会挂起调用线程，这在大数据量通信情况下对改善调用线程的响应速度是相当有效的。同时由于Win1x和WinNT下对串行通信的处理不同，这就导致了在Win1x下开发的同步方式串行通信程序在NT下会发生工作线程之间的协作阻塞，即当读线程在等待WaitCommEvent的时候，写线程不能正常工作，停在那里，整个程序处于瘫痪状态。这个问题是Windows的A1I函数处理串行通信的一个BUG，所以对于适应性强的程序都是选择异步方式。鉴于此，本系统采用第一种方案。第四章 病房无线呼叫系统设计及实现4.1 模块功能简介4.1.1 AT89C51单片机简介AT81C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（F1EROMFalsh 1rogrammable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位C1U和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。图411主要特性：与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器； 寿命：1000写/擦循环； 数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 2管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。10能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，12口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平 时间。ALE/1ROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 1SEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/1SEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/1SEN信号将不出现。EA/V11：当EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（V11）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。4芯片擦除：整个1EROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，C1U停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。4.1.2 直流电源电源电路由变压器和整流稳压电路组成。变压器用于将220V交流电压转换为正、负1V低压交流电压；整流电路用于将低压交流电路整流为脉动电压。该脉动电压与滤波电容相连，形成较平滑的直流电压。将两路直流电压分别送入三端稳压器MC7805的输入端Vin后，在输出端形成+5V直流稳压电压，供单片机和测量电路使用。后接电容起滤波的作用，用于滤除导线上的干扰。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（1WM）控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。开关电源工作效率高，一般可达到80%以上，故在其输出电流的选择上，应准确测量或计算用电设备的最大吸收电流，以使被选用的开关电源具有高的性能价格比。我们选用DC-DC直流隔离电源DCMD5D1,将单一直流电源+5V隔离变成所需的1V直流电源输出，简化了电路设计,排除了电源回路与地线之间的干扰,起隔离栅的作用。4.1.3 无线发射/接收模块 PT226/PT2272PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK