病房呼叫系统设计报告.doc

武汉轻工大学电子系统设计基于单片机的病房呼叫系统论文学院 电气与电子工程学院专业 电气类班级 英才1301 学生姓名 林枫，樊谦学号 1304080059（林枫）1304080051（樊谦）目录摘要3前 言41系统整体设计4功能与方案确定4功能要求4方案论证4总体结构框图52系统硬件设计5硬件构成示意图5单片机简介6主要单元模块介绍6控制器AT89C516显示电路设计6报警电路设计7控制电路设计7系统软件设计7系统主程序流程图7显示程序流程图7键盘扫描流程图7系统调试与结果7软件调试7结 论7参考文献8附 录8附录一 整体电路图8附录二 程序8摘要病房呼叫系统是病人请求值班医生或护士进行诊断、护理的紧急呼叫工具它主要用于协助医院病员在病床上方便地呼叫医务人员可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。医院的竞争越来越激烈商业医院的生存是第一位的提升档次和服务质量迫在眉睫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使用病房呼叫系统方便病人更快找到医生以节约病人的宝贵时间 系统是基于51系列的单片机设计的病床呼叫系统。该系统以AT89C51单片机为核心辅以矩阵键盘、LED显示电路和部分简单模拟和数字电路组成的能够实现病人和医护人员之间信息的传递。每个病人要呼叫可以按键同时会有蜂鸣器响不同的数码管显示床位号相应的指示灯亮。这里主要矩阵键盘输入信号这是编程的关键。 在该设计中每个病房都有一个按键当患者有需要时按下按键此时 值班室的显示屏可显示此患者的床位号多人使用时可实现循环显示医护人员按下“响应”键取消当前呼叫。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AT89C51矩阵键盘LED病床呼叫 黑龙江八一农垦大学前 言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。 医院的竞争越来越激烈商业医院的生存是第一位的提升档次和服务质量迫在眉睫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使用病房呼叫系统方便病人更快找到医生以节约病人的宝贵时间。 病床呼叫系统是一种应用于医院病房、养老院等地方用来联系沟通医护人员和病员的专用呼叫系统是提高医院水平的必备设备之一。病床呼叫系统的优劣直接影响到病员的安危历来受到各大医院的普遍重视。它要求及时、准确可靠、简便可行、利于推广。目前市场上存在着许多种型号不一功能各异的医院病房呼叫系统主要为两大类有线式和无线式。无线式病房呼叫系统不存在铺设线路的问题但是可靠性差而且无线电波会干扰其他医疗仪器设备。本文设计的是有线式的适合较小的医院病房使用具有成本低易于操作、安装和维护而且具有可靠稳定对其他医疗设备不会产生干扰的特点但受到布线较多影响美观故不适宜较大的医院。病床呼叫管理系统便于病员快捷的呼叫护士缩短人工呼叫的时间。当今病房呼叫系统正在逐步地向智能化发展它可以和录像机一起使用当病人按下开关时在护士值班室的大屏幕能够观察病人的需要。并且可以配备对讲机等设备能够使病员及时快捷地与医护人员进行沟通。 1 系统整体设计 1.1 功能与方案确定 1.1.1 功能要求 一，任一病房共8张呼叫医护值班室马上能响应并显示。二，显示病房床号。三，若有多个病床呼叫就循环显示。四，处理完毕后可以清除记录。1.1.2 方案论证 方案一 使用8051单片微机外加作地址锁存用的一块8三态锁存器74LS373芯片和一块EPROM芯片可构成一个完整的最小微机电路,以此为基础在智能装置中若要配置多位数码管显示器以及m行n列矩阵键盘的话可通过扩展诸如8255或8279之类的并行1/0芯片来完成或者通过串行通讯口P3.0(RXD)和P3:1(TXD)经多块串并并串转换电路74LS164和74LS165 IC芯片实现接口。按照一般的设计方法显示和键盘搜索按下键均按动态扫描的方法进行显示电路接口由P1口和P2口组成键盘接口由P2口和P3口组成。在完成显示功能过程中P1口锁存器显示字符的八段字形码P2口的高6位(P2.7-P2.2)锁存待显示字符的位选码。8051按分时方式执行程序进入到键盘搜索时经P2.7-P2.2输出键盘扫描的行选码键盘的列输入由P3口的P3.7-P3.4承担缓冲功能。利用P2 .7-P2.2输出数据代码的做法是通过改变程序计数器高6位数值来实现的。 方案二 用8051自身接口实现数码管静态显示和键盘扫描使用8051单片微机外加作地址锁存用的两块8三态锁存器74LS373芯片可构成一个完整的最小微机电路。以此为基础在智能装置中若要配置多位数码管显示器以及m行n列矩阵键盘的话可以不扩展I/O芯片而由8051自身I/O口实现上述功能。 3 输入部分键盘输入 按键控制器 AT89C51输出部分 LED显示 功能, 即用P0口的八个端口作为LED的段选,用P1口和P2口的做键盘电路的接口。 综上所述方案一中键盘显示均采用动态扫描方式其软件实现起来比较简单但硬件电路过于复杂没有合理利用单片机的I/O而方案二外围电路简单且软件实现起来也不是太复杂合理利用单片机I/O口比较起来本文采用的是方案二。 1.1.3 总体结构框图 框架模块功能描述 一.输入部分包括按键输入按键输入相当于一个外界的干扰信号用于向单片机传输命令或数据。 二.调节电路部分包括晶振和复位需要时对控制器发出中断信号以对系统进行调节。三微处理器采用常见的AT89C51单片机为控制核心通过软件编程对实时采集的信息进行处理同时也调节电路进行驱动和控制。 四输出部分包括LED显示电路将从键盘上输入的信号显示出来给人以直观的印象。 五系统过程的综述键盘按钮输入信号AT89C51单片机收到信号后进行处理通过输出系统将信号显示在LED屏上此时还可以通过按键进行中断调节显示会发生相应变化实际情况出发人们易于操作。 2 系统硬件设计 2.1 硬件结构电路外围电路主要由按键，蜂鸣器组成。其中按键部分的9个独立按键用来检测8个床位及强制清除状态。蜂鸣器用来做为病人呼叫后的报警装置。2.2 单片机简介 单片机全称为单片微型计算机Single ChipMicrocomputer,又称为微控器Microcontroller Unit或嵌入式控制器Embedded Controller。它是将计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上的微型计算机通常片内都含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。随着技术的发展单片机片内集成的功能越来越强大并朝着片上系统方向发展。 单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点在自动化装置、智能仪器仪表、过程控制、通信、家用电器等许多领域得到日益广泛的应用。 2.3 主要单元模块介绍 2.3.1 控制器STC89C52 STC89C52是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS8位单片机片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM)器件采用ATMEL公司的高密度非易失性存储技术生产兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元功能强大STC89C52单片机可为您提供许多高性价比的应用场合可灵活应用于各种控制领域。 2.3.2 显示电路设计 一LED显示原理 LED即发光二极管它是一种由某种半导体材料制成的PN结由于掺杂浓度很高当正相偏置时会产生大量的电子-空穴复合把多余的能量释放为光能。LED显示器具有工作电压低、体积小、寿命长约十万小时、响应速度快颜色丰富红、黄、绿等等特点是智能仪器最常使用的显示器。 LED的正向工作电压降一般在1.2-2.6V发光工作电流在5mA-20mA发光强度基本上与正向电流成正比故电路须串联适当的限流电阻12。LED很适合于脉冲工作状态在平均电流相同的情况下脉冲状态比直流工作状态产生的亮度增强20%左右。LED显示器有单个、七段和点阵式几种类型。本设计将使用七段LED显示器。 二七段LED显示 七段LED显示器由数个LED组成一个阵列并封装与一个标准外壳中。为适用于不同的驱动电路有共阴极和共阳极两种结构如图所示。用七段LED显示器可组成0-9数字和多种字母为了适应各种装置的需要这种显示中还有一个小数点所以实际共有八段。图2-8 LED显示器的两种结构为了显示某个数或字符就要点亮对应的段这就需要译码。译码有硬件和软件之分硬件译码的优点是计算机时间的开销比较小但硬件开支大。与硬件电路相比软件译码显示电路省去了硬件译码器本设计采用软件译码的方式。按照显示方式七段LED系统又有静态显示和动态显示之分。这次设计采用的是静态显示利用74LS373和显示器组成了显示系统。在每一次显示输出后能够保持不变仅在待显示数字需要改变时才更新锁存内容。2.3.3 报警电路设计 采用发光二极管和蜂鸣器相串联用三极管加限流电阻作为控制开关用单片机P3.7端口控制当有高电平导通显示器显示床号的同时蜂鸣器发出“嘀嘀”声作为呼叫提示。 2.3.4 控制电路设计 控制按键接p3.3端口当有呼叫发出时值班室人员收到相应信息后可按下“响应按钮”通过编程令单片机执行中断程序。 3 系统软件设计 3.1 系统主要构思程序主要由3大模块构成。分别为中断模块，按键检测模块，数码管显示及蜂鸣器报警模块。中断模块采用了定时器0和定时器1，定时器0定时周期较短，其主要负责数码管的实时显示。定时器1定时时间较长，主要负责病人呼叫后的数码管闪烁及当前显示哪位病人号码。按键检测模块则是通过9个独立按键分别检测8个病人和1个强制清零按钮的状态。数码管显示模块则是实时显示当前电路状态，即所呼叫的病人编号。3.2 系统主程序流程图 3.3 TIM0中断流程3.4 TIM1中断流程4 系统调试与结果 系统调试工作是系统开发过程中必不可少的一个过程一个完整的控制系统调试包含控制系统的硬件联调、软件联调、系统仿真、仿真烧录和现场安装调试等几个环节。在系统设计组装完成后首先是进行实验室条件下的系统硬件调试调试成功后有了硬件的保证就容易发现软件的漏洞进而促进改进和完善。所有的调试通过后要进行现场运行并能持续一定的时间待其中未发现故障后方可验收合格才算完成了整个系统的设计工作 4.1 硬件调试 4.1 软件调试 单片机应用系统的软件调试也没有规律可循调试时更多的是凭经验。软件调试的主要任务是排查错误。 通过在KEIL_C编译器下调试程序有两种错误一种逻辑错误也就是语法错误是很容易被发现的另一种是功能错误是指在没有语法错误的基础上由于设计思想或算法的问题导致不能实现软件功能的一种错误。通过这两方面错误不断地调试以及对各模块的调试最后组成一个完整的程序。 5 结 论 至此本设计的主要内容已经完成。本章是在对前面完成的工作进行总结的基础上提出今后进一步工作的建议和设想。选择这个课题难点为病人都按开关时在数码显示器能循环显示病床这也就是考验我们对所学知识有比较透彻的了解和我们的耐心。随着集成电路和计算机技术的迅速发展使电子仪器的整体水平发生巨大变化传统的仪器逐步的被智能仪器所取代。智能仪器的核心部件是单片机因其极高的性价比得到广泛的应用与发展从而加快了智能仪器的发展在做毕业设计的过程中虽然碰到了不少的困难但是在老师的指导以及自己的努力下终于取得了一定成果。 一、 主要工作及结论 1、熟悉AT89C51单片机功能及工作特性掌握其接口扩展方法。 2、对键盘和显示器进行选型比较得出各种型号优劣比。 3、采用面向对象的思想分层次、分模块构建设计的总体框架。 二、 存在的问题 1、电子电路的设计中对各种影响因素的考虑不够完全。 2、系统设计不够优化有待改善。如显示屏上数字有闪烁迹象显示程序仍可完善又如系统可增加优先级的设定方便处理急救病人。 3、没有扩展更多电路如日历时钟电路、通讯接口电路等。 这些都为我今后的学习和工作留下了积极的影响。 黑龙江八一农垦大学 6 参考文献 谭浩强.MCS-51单片机应用教程.北京清华大学出版社,20045762 2 张振荣.MCS-51单片机及实用教程.北京人民邮电出版社,2000231236 康华光.电子技术基础.北京高等教育出版社,20001723 李伯成.单片机及嵌入式系统.北京清华大学出版社,2005337346 肖金球.单片机原理与接口技术.北京清华大学出版社,2004153159 7 附 录 附录一 整体电路图 附录二 程序 #include #include public_head.h #include key_inspection.h#include digital_display.hint key_status8; /定义数组用来存放病人按键状态int count, count_1, display_flag, buzzer_flag;int display_none; /数码管熄灭标志int _flash; /数码管闪烁标志/* * 定时器初始化 * 定时器0 定时周期 3ms 用于动态数码管扫描 * 定时器1 定时周期 50ms 用于蜂鸣器响 */void Init_Tim(void)TMOD = 0x11;TH0 = TIM0_H;TL0 = TIM0_L;ET0 = SET;TH1 = TIM1_H;TL1 = TIM1_L;ET1 = SET;EA = SET;TR0 = SET;/* * 主函数 */void main(void)int i;for(i = 0; i 0; i-)for(j = 110; j 0; j-);/* * 按键检测程序 */void key_inspection(void)int i,k;key = 0xFF;if(key != 0xff)delay_ms()