基于485总线的病房呼叫系统论文正文.doc

摘 要为提高医院的工作效率，保证病人及时得到医护人员的救助，这里设计了一种新型的医院智能呼叫系统。该系统以AT89S52单片机为控制核心、采用RS-485总线进行通讯，实现病房与护理人员间的快速、准确地呼叫及响应功能。系统由护理主机、呼叫分机、RS-485总线通讯声光报警及LCD显示等组成。直观准确的把病人的要求传达到值班室总机。主要包括硬件设计和软件设计两部分：硬件电路包括液晶显示电路、MAX485有线传输电路、声光控制电路和呼叫信息显示电路，设计所采用的主控制器是AT89S52单片机，而相应的控制功能由单片机语言编写；软件电路包括电子呼叫设计及相应的控制程序。论文涉及病房呼叫系统总体原理图，液晶显示原理，RS-485总线传输原理，主控单片机等硬件设计方案及软件编程程序。同时我采用了主从分布式多机通讯，能同时监控多个病房的呼叫并进行分级处理，通过采用RS-485总线通讯系统实现远距离、多对一的呼叫。该系统具有显示床号，呼叫者重要程度显示，回复等功能。用于医院病房对护理总台的呼叫，操作简单，使用方便。这样方便了病人，同时也减轻了医院的服务压力。关键词：RS-485总线；液晶显示；串行通信；主机；从机ABSTRACTIn order to improve the work efficiency of hospitals and make patients get effective help in time，a new type of intelligence calling system is introduced in this article This system takes the AT89S52 single chip computer as control core and RS-485 as communication，and can realize the fast and accurate communication between the ward and the nurseIt is composed of nursing master computer，follow computer，RS485，the acousto-optic warning，LCD and so onThe system can deliver the patients requirements directly to the duty office switchboard. It mainly consists two parts: hardware design and software design. To be more specific, hardware design includes liquid crystal circuit, MAX485 wired transmission circuit, the acoustic-optics control circuit and calling information displaying circuit, with the AT89S52 SCM as its master controller。And corresponding controlling function programmed in Microcomputer language. On the other hand, software circuit includes electronic calling designing and corresponding controlling programs. The paper involves general schematic diagram of Call Machine for Sick-room system, the liquid crystal displaying principle, RS485 bus transmission principle, master controlling SCM and related hardware designing proposals and software programming programs, etc. It adopts primarysecondary distributive multi-computer communication，can simultaneously monitor and stage wisely treat multiple wardscal1By the use of RS-485，the system can communicate remotely and realize the calling function of multiple-to-one call。The system has many functions，such as display of sickroom number，the degree of calling，reversion and so onThe system is mainly used for calling to information desk from sickroom The operation of the system is very simple an d convenientThese make the patients more comfortable and also lighten the service pressure of hospital.Key Words：RS-485 Bus; LCD; communication; master computer; slaveComputer目 录1引言11.1病房呼叫系统产生的背景与发展趋势11.2本课题研究的意义22方案论证32.1显示方案论证32.1.1方案一：LED（发光二极管）数码显示器显示方案32.1.2方案二：LCD（液晶显示器）显示方案32.2串行通信方案论证32.2.1方案一：RS-232串口通信方案32.2.2方案二：RS-485串口通信方案42.3单片机选用论证方案52.3.1方案一：选用型号为AT89S52的52单片机芯片52.3.2方案二：选用其他型号的单片机芯片63系统主要原理和框图73.1设计的主要工作原理73.2系统整体方框图74硬件电路设计84.1AT89S52整体描述84.1.1AT89S52整体功能特性84.1.2AT89S52的芯片构造84.1.3AT89S52的引脚特性94.2串行通信电路124.2.1串行异步通信124.2.2RS-485技术134.2.3MAX485的电路设计144.3显示电路设计154.3.1LCD液晶显示154.3.21602LCD液晶的基本参数以及引脚功能154.3.3本设计中1602LCD液晶的接口电路174.4键盘电路设计174.4.1矩阵式键盘扫描的结构和工作原理174.4.2矩阵式键盘的电路设计184.5声光控制电路设计194.5.1声音控制的电路设计194.5.2发光控制的电路设计205软件设计215.1主程序流程图215.2键盘扫描程序设计225.3LCD液晶显示程序设计23结 论24参考文献25附录一： 发送电路原理图27附录二： 接收电路原理图28附录三： 发送电路程序29附录四： 接收电路程序37致 谢46天津职业技术师范大学2010届本科生毕业设计1 引言1.1 病房呼叫系统产生的背景与发展趋势现在的社会竞争越来越激烈，医院自然也不例外，尤其是商业医院。对于大部分医院来说，提升档次和服务质量是一个重要的竞争手段。众所周知，陪护问题一直是医患矛盾的主体，也是长期困扰卫生系统服务质量的大问题。其中一个突出的表现就是病人不能得到及时的护理。以前病人在需要护理的时候需要叫别人去值班室叫护士，甚至于自己跑去叫护士。这样就存在着医务人员不能及时赶到，不仅会浪费了大量的时间，而且还会耽误病人的病情。这样就更加激化了医院与病人之间的矛盾。而病房呼叫系统的出现就极大的缓解了这个矛盾，为病人与护士之间架起了一座及时沟通的桥梁。可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。而单片机这种微型计算机就是把智能赋予各种机械的单片机。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台微型计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。 当今世界医疗科学技术发展的实践证明，自动控制技术、信息科学、计算机技术和通讯技术将对生命科学的研究，医疗事业的繁荣和发展产生重大的影响。计算机通讯技术在病房呼叫系统中的应用，为医护人员及时掌握突发急病患者、高危患者的准确呼救信息，对迅速到达现场实施抢救提供了技术保障，尤其是无人陪护的急病患者；对于普通患者的呼叫，也能得到及时的护理，以免延误治疗的最佳时间，此外，它也为提高医院的护理水平，减轻护士劳动强度，提高病员的舒适度，实现医院医疗管理体系提供了技术支持。对于追求上乘服务的医院来说，在病人呼叫护士和医院的过程当中使用这种电子化的方式可大大降低护理成本，增强护理的及时性和有效性。以前当病人需要服务时就不得不亲自到值班室去叫。安装该呼叫系统后，病人在需要护理的时候只需直接按下按键等待护士的到来，而不需要亲自到值班室去叫。这样有利于协助医院病员在病床上方便地呼叫医务人员。安装该呼叫系统后，为病人与护士之间架起一座及时沟通的桥梁 。使用呼叫服务系统可在减少护理人员的同时，保证病员能够及时得到服务，让每个病人及时得到最佳护。病房呼叫系统将病人的请求快速传送给值班医生或护士，是提高医院和病房护理水平的必备设备之一。1.2 本课题研究的意义随着医疗技术的不断发展，医疗服务越来越凸显他的地位了。能否及时叫到护士则是医疗服务的一个重要指标。在现在这个信息时代，每个区域、行业都在想着如何利用高科技以获得快速、准确的信息。而病房呼叫系统就实现了病人与护士之间及时沟通的要求。这也就出现了本课题的研究。本设计是基于AT89S52单片机设计的病房呼叫系统设计。呼叫主机设在值班室内，分机(呼叫应答器)设在病床的多功能控制板上。主机可以显示呼叫信号发生的床位号，并可与病人对讲，在医护人员走廊上方设有大显示器，便于医护人员对呼叫房间及时准确地辩认。呼叫系统还对不同的病床号进行重病床设定，优先处理重症病人的呼叫请求。当患者有需要的时候，按下床边的按键，此时，值班室的系统板上会显示此患者的床位号，并且震铃。当呼叫源有呼叫信号时,在系统上有相应的声、光呼叫信号指示,并能显示出呼叫号码。然后护士按下“确认”键取消当前呼叫。49天津职业技术师范大学2010届本科生毕业设计2 方案论证该系统实物主要有两部分组成：分机发送器和主机接收器，主要实现在医务人员陪伴的情况病人可以随时联系到医务人员的功能。在分机发送器上设有键盘电路，主机接收器上面设有LCD液晶显示屏，这样方便的进行人机对话。搭配此硬件设计了优先级选择，为医护人员及时掌握突发急病患者、高危患者的准确呼救信息，对迅速到达现场实施抢救提供了技术保障，尤其是无人陪护的急病患者；对于普通患者的呼叫，也能得到及时的护理，以免延误治疗的最佳时间。本设计利用RS-485技术进行传输病人呼叫信息，便于医务人员及时接收接收。为提高服务质量系统在接收时还伴声、光呼叫信号指示提示等功能。2.1 显示方案论证2.1.1 方案一：LED（发光二极管）数码显示器显示方案LED数码显示器经常用来显示单片机系统的工作状态、运算结果等各种信息，LED数码显示器是单片机与人对话的一种重要输出设备。用于显示数字的LED数码显示器由七段发光二极管再加上一个小数点位组成，共计8位代码，由一个数据字节提供。2.1.2 方案二：LCD（液晶显示器）显示方案LCD1602是字符型液晶显示模块，它可以显示两行，每行16个字符，相当于32个LED数码管，而且比数码管显示的信息还多。采用单+5V电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比。由于LED数码显示器显示方面的局限性，不能提供文字画面显示。而LCD灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成人性化的全文人机交互图形界面，低电压低功耗是其又一显著特点。因此，经过比较我最终采用方案二。2.2 串行通信方案论证2.2.1 方案一：RS-232串口通信方案该方案的串行通信协议是RS-232接口标准，系统结构如图2-1所示：它采用一般的双绞线做传输介质，实现中心监护站对病人床边监护仪之间点对点的通信，通信简单容易实现。利用RS232串口通信及现场总线技术，可方便地实现1台微机与多台点菜器的近距离通信，通用性好，成本低。但整个系统随着监护病人数量增多，联网线路太多，而且由于RS-232接口标准出现较早。中央监护站病房1#病房2#病房n#RS-232 图2-1 基于RS-232标准系统组成框图RS-232在通信上存在一些不足之处，主要有以下四点：（1） 接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL 电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。 （2） 传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps。 （3） 接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。 （4） 传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在50米左右。 2.2.2 方案二：RS-485串口通信方案该方案的串行通信协议是RS-485接口标准，系统结构如图2-2所示中央监护站病房1#病房2#病房n#RS-485 图2-2 基于RS-485标准系统组成框图RS485半双工异步通信总线是一种被广泛使用的数据通信总线。相对而言，RS485串行通讯接口具备了多点之间相互通信功能，可以说是一种总线标准的通信协议，它具有如下优点：（1） RS-485接口信号电平比RS-232降低了，不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。 （2） RS-485的数据最高传输速率为10Mbps。 （3） RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。 （4） RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达3000米，另外RS-232接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达32个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。鉴于RS-485总线的各种优势，我最终采用了第二种方案：RS485串口通信方案。2.3 单片机选用论证方案2.3.1 方案一：选用型号为AT89S52的52单片机芯片52内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算术逻辑单元(ALU) 相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的数据吞吐率。AT89S52有如下特点:8K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即(RWW)，512 字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG 接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/ 计数器(T/C),片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。 工作于空闲模式时CPU停止工作，而USART、两线接口、SRAM、T/C、SPI 端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作；在省电模式下，异步定时器继续运行，允许用户保持一个时间基准，而其余功能模块处于休眠状态；Standby模式下只有晶体或谐振振荡器运行，其余功能模块处于休眠状态，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展Standby模式下则允许振荡器和异步定时器继续工作。本芯片是以Atmel高密度非易失性存储器技术生产的。片内ISP Flash允许程序存储器通过ISP串行接口，或者通用编程器进行编程，也可以通过运行于AVR 内核之中的引导程序进行编程。引导程序可以使用任意接口将应用程序下载到应用Flash存储区(Application Flash Memory)。在更新应用Flash存储区时引导Flash区(Boot Flash Memory)的程序继续运行，实现了RWW操作。 通过将8位RISC CPU与系统内可编程的Flash集成在一个芯片内，ATmega16 成为一个功能强大的单片机，为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案。2.3.2 方案二：选用其他型号的单片机芯片无论从单片机的资源，还是执行速度进行比较，AT89S52单片机都要比其它单片机性价比高，而且AT89S52单片机的价格还比其它单片机便宜。根据以上的两种方案的比较，最终我在本电路设计时采用了AT89S52芯片。天津职业技术师范大学2010届本科生毕业设计3 系统主要原理和框图3.1 设计的主要工作原理设计采用主从结构，主机由AT89S51单片机、键盘 示器和声光报警装置组成，放在医生值班室内，当有病人呼叫时进行声光报警，并在数码管显示器上显示病人的位置。从机放在病房内，病人有紧急情况时，按下报警按钮，向值班医生呼叫，并点亮呼叫指示灯。主机和从机之间通过RS485总线连接在一起。本设计最终可实现的功能为： （1） 本设计是一个可容16张床位的病房呼叫系统。这十六个床位分布在四个房间，每个房间分别有四张床位（2） 对这四个方家安设优先级，1号房间的优先级大于二号房间，二号房间大于三号房间，三号房间大于四号房间。将这四个每位病人的情况事先将其响应级别存入主机， 应答时医生首先响应最高级别的呼叫。（3） 当病人按下床头的键时，此时护士值班室内的呼叫系统板上显示该患者的床位号，并振铃。当护士按下“响应”键时，取消当前呼叫。3.2 系统整体方框图系统的这个题方框图如图3-1声光报警数码显示键盘主机AT89S52单片机RS485总线及驱动RS485总线及驱动RS485总线及驱动键盘从机指示灯键盘从机指示灯 系统整体方框图3-1系统由护理主机、呼叫分机、RS-485总线通讯声光报警及LCD显示等组成。天津职业技术师范大学2010届本科生毕业设计4 硬件电路设计4.1 AT89S52整体描述4.1.1 AT89S52整体功能特性AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，片内含8k bytes的可重复编程的Flash存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），3个16位可编程定时计数器，1个全双工串行通信口，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程Flash，使得 AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个6向量 2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式：空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作；掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。4.1.2 AT89S52的芯片构造AT89S52单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时器/计数器、并行I/O口、串行I/O口和中断系统等几大单元以及数据总线、地址总线和控制总线三大总线构成。(1) 中央处理器中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。(2) 程序存储器AT89S52共有8KB个E2PROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。(3) 数据存储器（RAM）AT89S52内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据。所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。(4) 并行输入输出口AT89S52共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。(5) 串行输入输出口AT89S52内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。(6) 定时/计数器AT89S52有三个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对单片机进行控制。(7) 中断系统AT89S52具备较完善的中断功能，有两个外中断、三个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有两级的优先级别选择。4.1.3 AT89S52的引脚特性图4-1为AT89S52单片机的管脚图 图4-1 AT89S52单片机的管脚图VCC:电源 GND:地 P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。 在 flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。 P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向的I/O 口，P1 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表4-1所示： 表4-1 P1口引脚功能表引脚号第二功能P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI（在系统编程用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK（在系统编程用）P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送“ 1”。在使用8位地址访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。 P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动 4 个TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。P3口的特殊功能表如表4-2所示： 表4-2 P3口的特殊功能表引脚号第二功能P3.0RXD（串行输入） P3.1TXD（串行输出）P3.2INT0(外部中断 0) P3.3INT0(外部中断 0)P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器写选通)RST： 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出 96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器 AUXR上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。 ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低 8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。 如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行 MOVX 或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个 ALE使能标志位的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。 EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。 为了执行内部程序指令，EA应该接Vcc 。 在flash编程期间，EA也接收12伏Vpp 电压。 XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。4.2 串行通信电路如果在传递字节的过程中组成字节的所有比特在总线上一个接一个地顺序传输，这种方式叫串行通信。串行通信又分为异步串行通信和同步串行通信，异步方式下，每发送一个字节都需要在接收和发送方进行数据同步，因此速度低，但可靠性高。而同步串行通信则分面向字符、面向比特和面向字节三种，一次传递一个由若干字节（或比特、字符）组成的数据块。4.2.1 串行异步通信在异步通信中，连接线不包括时钟线，时钟信号由发送端和接收端各自提供。因为连接的每一端都提供自己的时钟信号，所以每个中断的时钟频率必须保持一致，否则将产生失步。每个传输的字节都用一个起始位来与时钟同步，以及一个或几个停止位来表示传输字节的结束。串口通信中大多采用异步通信，如PC上的RS-232C端口所使用的就是异步通信方式。异步通信有很多种格式，最通用的是8-N-1，在这种方式中，发送端以一个起始位表示传输开始，后跟8位数据，并以一个停止位表示一个字节传输结束。当接收端辨认出起始位后，就知道一个字节的传输开始了，并利用自己的时钟读取后面的8位数据，当接收到停止位后，就停止读取，并把接收的数据送往接收缓冲。4-2中的N表示传输不使用奇偶校验位。 图4-2 其中的N表示传输不使用奇偶校验位4.2.2 RS-485技术RS-485是RS-422的变型，RS-422为全双工，可同时发送和接收；RS-485则为半双工，在某一时刻，一个发送另一个接收。真正的多点总线应由连接至多个驱动器和接收器构成，并且其中任何一个均可发送或接收数据，也就是说两条信号线组成的单通道即可完成收发功能。RS-485是一种多发送器的电路标准，它扩展了RS-422的性能，允许双总线上一个发送器驱动32个负载设备。负载设备可以是被动发送器、接收器或收发器。当用于多站互联时，可以节省信号线，便于高速远距离传送。下表4-3为RS-485的性能介绍。 表4-3 RS-485的性能介绍。技术指标参数接口方式RS-485操作方式差动方式最大距离（m）1200（100kb/s）最大速率10Mb/s最大驱动器数目32最大接收器数目32接收灵敏度200mV驱动器输出阻抗120k接收器负载阻抗12 k负载阻抗60MAX485接口芯片是Maxim公司的一种RS485芯片，其结构和引脚都非常简单,内部含有一个驱动器和接收器。因为MAX485工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可，在与单片机连接时接线非常简单。只需要一个信号控制MAX485的接收和发送即可，因此在串行通信中被广泛使用。图4-3为MAX485引脚结构图 图4-3 MAX485引脚结构图4.2.3 MAX485的电路设计MAX485芯片的结构和引脚都非常简单,内部含有一个驱动器和接收器。采用单一电源+5 V工作，额定电流为300 A，采用半双工通讯方式。它完成将TTL电平转换为RS485电平的功能。RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接时只需分别与单片机的RXD和TXD相连即可；/RE和DE端分别为接收和发送的使能端，当/RE为逻辑0时，器件处于接收状态；当DE为逻辑1时，器件处于发送状态，因为MAX485工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可；A端和B端分别为接收和发送的差分信号端,当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1；当A的电平低于B端时，代表发送的数据为0。在与单片机连接时接线非常简单。只需要一个信号控制MAX485的接收和发送即可。同时将A和B端之间加匹配电阻，一般可选100的电阻。 可以串行口取电，可以驱动max232与max485实现通信。没加负载时电压有5.16V，加负载后降制3V左右。下图4-4为Max485电路连接图。图4-4 MAX485电路连接图4.3 显示电路设计4.3.1 LCD液晶显示液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。4.3.2 1602LCD液晶的基本参数以及引脚功能1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别，下图4-5为1602封装尺寸图：图4-5 1602封装图 1602LCD主要技术参数：显示容量:162个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表4-4： 表4-4 1602各引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2Date I/O2VDD电源正极10D3Date I/O3VL液晶显示偏压信号11D4Date I/O4RS数据/命令选择端（V/L）12D5Date I/O5R/W读/写选择端（H/L）13D6Date I/O6E使能信号14D7Date I/O7D0Date I/O15BLA背光源正极8D1Date I/O16BLK背光源负极第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。4.3.3 本设计中1602LCD液晶的接口电路下图4-6位1602LCD液晶在本电路中的连接图。 图4-6 1602LCD液晶连接图4.4 键盘电路设计键盘是单片机不可缺少的出入设备，是实现人机对话的纽带。键盘按结构形式可分为非编码键盘和编码键盘。在单片机中使用的都是非编码键盘，因为非编码键盘结构简单、成本低廉。非编码键盘的类型很多，常用的有独立是键盘、行列式（又称矩阵式）键盘等。4.4.1 矩阵式键盘扫描的结构和工作原理 在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式，如图4-7。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键。由此可见，需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。 图4-7 矩阵式按键接口原理矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，上图中，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的I/O口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了，这种逐列检查键盘状态的过程称为对键盘进行扫描。4.4.2 矩阵式键盘的电路设计键盘的工作方式一般有编程扫描方式和中断扫描方式两种。在系统设计中，考虑到单片机及时响应按键操作，不过多地占用CPU的工作时间，就选择了中断扫描方式。图8为4*4矩阵键盘结构图，共有16个按键，每个按键都规定一个键号，分别为bed 1 room 1,bed 2 room 1,bed4 room 4。同时对每一个用户设置优先级别，1号房间的优先级大于2号房间，2号大于3号，3号大于4号，而且每个房间也设了优先级，都是1号床大于2号床，2床大于3床，3床大于4床。 图4-8 4*4矩阵键盘结构图4.5 声光控制电路设计4.5.1 声音控制的电路设计蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成，当接通电源后（1.515V直流工作电压），多谐振荡器起振,输出1.52.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。下图4-9为蜂鸣器控制电路图。 图4-9 蜂鸣器控制电路4.5.2 发光控制的电路设计发光二极管简称LED，采用砷化镓、镓铝砷、和磷化镓等材料制成，其内部结构为一个PN结，具有单向导电性。当在发光二极管PN结上加正向电压时，PN结势垒降低，载流子的扩散运动大于漂移运动，致使P区的空穴注入到N区，N区的电子注入到P区，这样相互注入的空穴与电子相遇后会产生复合，复合时产生的能量大部分以光的形式出现，因此而发光。发光二极管在制作时，使用的材料有所不同，那么就可以发出不同颜色的光。其原理如图4-10 图4-10 LED 发光原理发光二极管的发光颜色有：红色光、黄色光、绿色光、红外光等。发光二极管的外形有：圆形、长方形、三角形、正方形、组合形、特殊形等。常用的发光二极管应用电路有四种，即直流驱动电路、交流驱动电路、脉冲驱动电路、变色发光驱动电路。 使用LED作指示电路时，应该串接限流电阻，该电阻的阻值大小应根据不同的使用电压和LED所需工作电流来选择。 发光二极管的压降一般为1.52.0 V，其工作电流一般取1020 mA为宜。下图4-11为光控电路设计。图4-11为光控电路设计天津职业技术师范大学2010届本科生毕业设计5 软件设计5.1 主程序流程图主程序完成系统初始化及各个程序之间的联系任务。具体主程序流程图如图5-1： 图5-1 主程序流程图5.2 键盘扫描程序设计本设计总共用到16个按键，按键的数量较多，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。矩阵式键盘由行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上。这样，一个端口就可以构成4*4=16个按键，比之前将端口线用于键盘多出一倍，而且线数越多，区别越大。矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些，识别也要复杂一些，列线通过电阻接正电源，并将行线所接的单片机的I/O口作为输出端，而列线所接的 I/O口则作为输入。这样，当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下。行线输出是低电平，一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样，通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。它的流程图如图5-2所示：开始初始化键盘扫描取键值延时液晶显示返回 图5-2 键盘扫描流程图5.3 LCD液晶显示程序设计LCD液晶显示器是一种被动式的驱动器，与LED不同，它本身并不会发光，而是利用液晶在电压作用下，能改变光线通过方向的特点而达到显示白底黑字或黑底白字的目的。它具有体积小、功耗低、抗干扰能力强等优点。我在这里所选用的是1602LCD液晶显示。1602LCD液晶是字符型的，它的显示模块专门用于显示字符、数字、符号等的点阵型液晶显示模块。1602可以显示2行16个字符，有8位数据总线D0-D7，和RS、R/W、EN三个控制端口，工作电压为5V，并且带有字符对比度调节和背光。LCD1602的显示模块包括LCD显示屏、控制器、驱动器、少量电阻等。其软件部分的设计流程图如图5-3是开始清屏并光标复位单片机发出命令准备写入数据执行显示命令液晶显示应答否图5-3 1602LCD的设计流程图天津职业技术师范大学2010届本科生毕业设计结 论这次毕业设计，我选择了做实物的课题，这不仅是对我的一种锻炼，也是对我大学四年所学知识的综合检查。从开始设计到设计的完成，我感觉收获很多，不仅在理论上有了很大的升华,并且还在实践中锻炼了自己，使自己成长了许多。论文首先对整个系统的工作原理和实现方法进行了简单的介绍，并进性了方案比较，选择出了最优越的方案。最终验证出了系统工作的整体框图。在此基础上，介绍了系统设计用到的各个组成部分的功能特性，在理论上对整个系统有一定了解的情况下，进行了系统硬件的电路的设计，充分利用各方面的资料，发挥我所学的特长。设计出了以AT89S52单片机为核心的基于单片机的病房呼叫系统，并实现了系统功能。整个系统的开发过程是曲折的，首先在硬件设计上，由于以前所学课程有一定的基础，我多方查阅资料，不断的向老师、同学学习请教，以确保设计的电路系统完整，并能实现最理想的系统功能。经过几个月学习，我设计出了各个部分的电路图，并实现了电路图的组合。经过测试与修改，最终完善了硬件电路的设计，并能够比较理想的完成本次毕业设计功能病房呼叫系统的RS-485的传输。对于软件设计，因为以前的编程经验不够，再加上对AT89S52这一芯片的了解不是很彻底，因此，在这方面花费了很多的精力和