病房无线呼叫系统毕业设计.doc

编号 本科生毕业设计本科生毕业设计 病房呼叫系统设计病房呼叫系统设计 The Design of Call Ward System 学学 生生 姓姓 名名张杭张杭 专专 业业自动化自动化 学学 号号310908020526 指指 导导 教教 师师乔美英乔美英 学学 院院电气学院电气学院 2001320013 年年 6 6 月月 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 摘摘 要要 在大型机关 医院 旅馆 KTV 中 常需要有一种内部联络和呼叫系统 以便在旅客 病员 和服务人员之间建立必要的联络 而一般的内部通话系统都比较少 经常使用的 是比较便宜的呼叫指示 这种呼叫指示系统在提示的同时 能够用数码管显示各呼叫的号 码 本设计是以 AT89C52 为核心的病人呼叫系统 对该系统的硬件设备和程序 软件结构进行了相应的描述 无呼叫时 数码管显示时间 时间可以通过按键 设置 有呼叫请求时 数码管显示呼叫号码 蜂鸣器鸣响 护士按键回复 实 现医院医疗人员值班室和病人房之间的通信呼叫联系 具有使用方便 操作简 单等特点 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 方便医疗服务 所以衡量一个医院的综合水平高低 不再仅局限于硬件的建设上 更要比 服务 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 比 目前的同类产品更能受到医院及病人的认可 有更强的竞争力 能大量推广 在医院的病房里每个床位边都装有一个呼叫按钮 当病人需要帮助时 按 下呼叫按钮 护士办公室里呼叫显示板上相应房间号的指示灯点亮并进行声音 提示 关键字 呼叫系统 AT89C52 程序软件 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 AbstractAbstract In large organizations hospitals hotels KTV often need to have an internal contact and call system so that the passengers patient and establish the necessary contact between service personnel while internal communications systems are small often using the cheaper call instructions this call indicator system in the tip at the same time to be able to use digital pipe display the call number Patient call this design is based on AT89C52 as the core system the system of hardware and software structure are described in the corresponding program No call the digital tube display time time can be set by buttons Have call request the digital tube display the call number buzzer ringing nurses reply buttons implement hospital medical personnel office calls contact and communication between the patient room has the characteristics of convenient use simple operation Along with the deepening reform of medical system and the rapid development of medical enterprise more and more people need to be quick and convenient medical service The comprehensive level of high and low so the measure of a hospital is no longer limited to hardware construction more than services Clinical call for help device is an important means of transmission of clinical information patient safety traditional wired calling system has been paid attention to by the hospitals If using wireless transmission can save the wiring and transform circuit for hospital cost savings and timely accurate reliable simple and feasible more than the similar products can be approved by the hospital and the patients have stronger competitiveness to a large number of promotion Every bed side in the hospital ward is equipped with a call button when patients need help press the call button the nurse call display board in the office room number of the corresponding indicator light and voice prompt Key words calling system AT89C52 Application software 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 目目 录录 第一章第一章 绪绪 论论 1 1 1 1 课题的背景及研究意义 1 1 2 国内外研究现状 1 1 3 研究内容 2 第二章第二章 系统总体方案设计系统总体方案设计 3 3 2 1 设计要求 3 2 2 系统方案设计 3 第三章第三章 系统设计及实现系统设计及实现 6 6 3 1 系统原理框图及总体设计 6 3 2 单片机软硬件设计 13 第四章第四章 主机系统设计主机系统设计 1818 4 1 虚拟仪器 18 4 2 LABVIEW 语言 20 4 3 发射数据格式 21 4 4 系统界面 22 总总 结结 2424 参考文献参考文献 2525 致致 谢谢 2626 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 0 1 绪 论 1 1 课题的背景及研究意义 随着电子技术的发展 特别是随大规模集成电路产生而出现的微型计算机 给人类生活带来了根本性的改变 如果说微型计算机的出现使现代科学研究得 到了质的飞跃 那么可以毫不夸张的说 单片机技术的控制系统 数据采集系 统 智能化仪器的仪表 办公自动化等在诸多领域得到极为广泛的应用 并已 走向家庭 从洗衣机 微波炉到音响 汽车 到处都是可以见到单片机的踪影 因此 单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之 一 目前医院里的病房呼叫系统几乎还处于很低的水平 几乎还不能满足智能 化的管理要求 这样不仅会带给病人时间上的损失 对于医院也会有经济效益 损失 并伴有一定安全隐患 同时采用有线管理 盘绕线路 存在布线复杂 布线费用较高 易出故障 维修不便 明线不雅观等缺陷 这样会造成安全隐 患 鉴于以上弊端 本系统采用无线管理系统 本系统既可以避开技术问题 有效节省材料损耗 并且可以免去很多不安全隐患的存在 更重要的是 病房 无线呼叫系统是智能化的一种产品 可以及时准确的找到病人所在位置和哪位 病人有需要 及时解决病人的各种问题 它可以有效加强护士与病人之间的联 系 提高医疗护理水平 从某种角度上看 这个系统不仅可以显示病床号码 更可以为病人解决其他问题 例如 当病人有身体不适或其他需要时 可以按 下从机键 那么主机就可以显示该病床号码 医院护士或医生可以及时找到病 人 为其进行治疗 这样一来 省去了很多不必要的麻烦 更节省了很多时间 便于管理 由此可见 病房无线呼叫系统是一个很有开发前景的硬件设备 可以从很 大程度上减少医生的麻烦 节省病人的时间 提高医院的工作效率 自然医院 从中得到最大程度上的经济效益 科技水平和医疗水平的进步 医院的服务理 念也随之发生了相应的改变 树立了以人为本 全心为患者服务意识 为了方 便患者 提高服务质量 医疗呼叫系统已经成为了国内外各类医院中广泛使用 的一种电子设备原有的医疗服务体系已不适应现代医疗需求 谋求适合现代医 疗需求的客户服务系统 是大多数医疗单位计划做或正在做的工作 如何利用 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 1 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 1 21 2 国内外研究现状国内外研究现状 目前使用的医疗呼叫系统一般由设在护士值班室的医疗呼叫系统主机和安 装在各病床的呼叫终端组成 主机通过有线或无线的方式与各病房呼叫终端进 行通信 系统一般具有声光提示功能 有的系统有通话功能 使医护人员能够 了解病人的医护请求 除人性化的辅助功能外 研究重点主要集中在主机与病 房呼叫终端之间通信的安全性 可靠性 施工 系统构建 可扩展性等技术问 题上进行研究 其通信方式可归纳为 有线通信和无线通信两种方式 我国的大部分医院在自动化管理上处于较低的水平 通常利用上采用人工 呼叫 病人家属需要实时看着病人 一旦有什么需要 跑到护办室叫护士 效 率很低 极有可能耽误病情 不能做到智能化的管理模式 有些医院采用病房 有线呼叫系统管理 线路盘绕复杂 极易出现故障 且故障不易排除 线路交 错也可能引起火灾 存在着很大安全隐患 无线通信医疗呼叫系统 主机与病房呼叫终端之间采用无线电波或红外光 等无线通信手段进行通信 呼叫终端一般采用电池供电 主机与病房呼叫终端 之间不需要布线 具有安装施工简单 能满足移动呼叫的需求 因此 国内的 病房呼叫系统处于初级落后阶段 病房无线呼叫系统很具有开发潜质 发展前 景应该是不言而喻的 国外的病房呼叫系统 无线呼叫系统已经是很普遍的一 种解决问题医患之间联系的有效方法 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 2 1 31 3 研究内容研究内容 随着住院病人越来越多 在医院里 为了能及时为患者服务 每张病床的 床头都有一个按钮 需要时病人按下床头的按钮 护理站即通过声光报警的方 式显示哪一个床位的病人在呼叫 这就是所谓的病房呼叫系统 病房呼叫系统 可以用有线连接的方式实现 缺点是布线复杂 维修麻烦 而病房无线呼叫系 统则具有安装方便 无需布线等优点 其应用也越来越广 它有以下几个明显 的特点 1 应用编译码器专用集成电路及单片机进行控制操作 可以实现多点的 无线呼叫 2 呼叫者按动按钮后 系统在显示呼叫者病床号的同时电路发出报警 3 如果有多处呼叫同时进行 先呼叫的信号优先锁存显示 保证系统能 够有续的进行 4 无线呼叫系统有效的隔离掉电气干扰 增加系统操作的安全可靠性 5 正常没有呼叫时 显示时间 本文主要介绍了病房无线呼叫系统的设计过程 原理 程序 实现的功能 当没有呼叫请求的时候 单片机控制数码管显示时间 当病人按下病房无线呼 叫按钮时 该信号通过发射模块传递给主机 呼叫号码在数码管上显示出来 同时蜂鸣器鸣响 而且 本系统是一种中小型的应用系统 这套系统不单在医 院中使用 也可以在一些高级会所 例如宾馆 KTV 中使用 以提高企业形象 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 3 这些系统投资少 见效快 受到不少企业的青睐 可以促进企业管理现代化 科学化 也是企夜创造品牌效应的途径 2 系统总体方案设计 2 1 设计要求 根据上述分析 本系统设计要求包括以下几个方面 1 以单片机为核心控制器件和发射接收装置 构成硬件系统 2 制作一个直流电源提供发射部分的电源 3 利用无线数据收发模块和PT2272 芯片实现数据发射接收的传输 4 利用单片机控制数码管显示时间 并实现时间的设置 5 当有呼叫时 利用在主机上显示出病床号码 以便于医护人员及时解 决病人的一切需要和问题 6 收到呼叫请求后 按下复位键 主机复位显示时间 2 2 硬件系统方案 该系统由主机从机两部分构成 主机与从机之间的无线数据传输由发射接 收模块完成 从机电源是 12V 直流电源 利用变压器变压 桥式整流 滤波稳 压实现 主机电源由电源线插电脑 USB 口实现 2 2 1 从机电源 无线发射部分的电源为 12V 直流电源 这种小功率稳压电源由电源变压器 整流电路 滤波电路和稳压电路四个部分组成 如图 2 1 所示 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 4 图 2 1 直流电源框图 2 2 2 从机部分 从机框图如图 2 2 所示 本研究设计多路无线病房呼叫器 包括发射机 从 机 部分和接收主机部分 病房中每个床位都设置一个不同编号的按钮 该按钮 通过 PT2262 地址编码 然后经过发射电路进行发射 在发射部分 系统利用拨 码开关来控制数据位 二进制 信息的设置 再通过编码电路进行编码和并串 转换把数据位信息变换成一串脉冲信号 最后由无线发射电路发射出去 图 2 2 从机框图 2 2 1 主机部分 如图 2 3 所示为接收显示主机工作原理框图 从天线中接收到的信号会直 接进入解码电路 解码电路会先把接收到信号中的地址位与本地的地址位进行 比较 如果地址位比较正确 就会把接收到数据信息传送给由单片机 单片机 电路则会根据接收到的数据进行一系列动作 根据接收到数据通过数码管显示 相应的床位号 并触发音乐报警电路 如果在地址位的比较中出现误差 解码 电路不会送出任何信息 单片机电路也不会有任何响应 图 2 3 接收显示主机框图 315MHz 接收 PT2272 编码 单片机系 统 时间 床号报警 显示 音乐报警 315MHz 射频发射PT2262 编码呼叫按键 直流 12V 输出滤波稳压变压整流 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 5 2 3 软件系统方案 本设计接收模块单片机软件主程序流程图如图 2 4 所示 数据初始化 定时器初始化 显示初始化 进入后台while循环 有无线接收 信号否 延时 播放报警音乐 有 无 显示呼叫号 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 6 图 2 4 主程序流程图 3 直流电源 3 1 原理框图及设计 从机所用 12V 直流稳压电源由电源变压器 整流电路 滤波电路和稳压电路 四个部分组成 如图 3 1 所示 电 源 整流 滤 波 稳 压 u1 u2 u3 uI U0 变压器 电路 电 路 电 路 a 稳压电源的组成框图 u1 u2 u3 uI U0 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t b 整流与稳压过程 图 3 1 稳压电源的组成框图及整流与稳压过程 3 1 1 电源变压器 电源变压器的作用是将来自电网的 220V 交流电压 u1变换为整流电路所需要 的交流电压 u2 电源变压器的效率为 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 7 1 2 P P 其中 是变压器副边的功率 是变压器原边的功率 因此 当算出了副边 2 P 1 P 功率后 就可以根据上表算出原边功率 2 P 1 P 3 1 2 整流和滤波电路 在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路 整流电路的作用是将 交流电压 u2变换成脉动的直流电压 u3 滤波电路一般由电容组成 其作用是把 脉动直流电压 u3中的大部分纹波加以滤除 以得到较平滑的直流电压 UI UI与 交流电压 u2的有效值 U2的关系为 2 2 1 1 1 UUI 在整流电路中 每只二极管所承受的最大反向电压为 2 2UURM 流过每只二极管的平均电流为 R UI I R D 2 45 0 2 当输入电压处于交流电压正半周时 二极管 D3 负载电阻 RL D2 构成一个 回路 输出电压 Vo Vi VD1 VD3 输入电压处于交流电压负半周时 二极管 D4 负载电阻 RL D1 构成一个回路 输出电压 Vo Vi VD2 VD4 图中滤波电容 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 8 的工作状态 由上述分析可知 二极管桥式整流电路输出的也是一个方向不变 的脉动电压 但脉动频率是半波整流的一倍 与半波整流输出电压有效值计算 相类似 可以得到桥式整流输出电压有效值 Vorsm 0 9Ursm 通过上述分析 可以得到桥式整流电路的基本特点如下 桥式整流输出的 是一个直流脉动电压 桥式整流电路的交流利用率为 100 电容输出桥式整流 电路 二极管承担的最大反向电压为 2 倍的交流峰值电压 电容输出时电压叠 加 桥式整流电路二极管的负载电流仅为半波整流的一半 实际电路中 桥式 整流电路中二极管和电容的选择必须满足负载对电流的要求 3 1 3 滤波电路 路滤波电路由电容 电感等储能元件组成 它的作用是尽可能地将单向脉 动电压中交流成分滤掉 使输出电压成为比较平滑的直流电压 交流电经过二 极管整流之后 方向单一了 但是大小 电流强度 还是处在不断地变化之中 这种脉动直流一般是不能直接用来给无线电装供电的 要把脉动直流变成波形 平滑的直流 还需要再做一番 填平取齐 的工作 这便是滤波 换句话说 滤波的任务 就是把整流器输出电压中的波动成分尽可能地减小 改造成接近 恒稳的直流电 电容滤波电路 电容器是一个储存电能的仓库 在电路中 当有电压加到电 容器两端的时候 便对电容器充电 把电能储存在电容器中 当外加电压失去 或降低 之后 电容器将把储存的电能再放出来 充电的时候 电容器两端 的电压逐渐升高 直到接近充电电压 放电的时候 电容器两端的电压逐渐降 低 直到完全消失 电容器的容量越 大 负载电阻值越大 充电和放电所需要 的时间越长 这种电容带两端电压不能突变的特性 正好可以用来承担滤波的 任务 本设计采用最简单的电容滤波电路 电容器与负载电阻并联 C1 接在整 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 9 流器后面 z 整流电容滤波的工作过程 在二极管导通期间 显然 电容量越 大 滤波效果越好 输出波形 越趋于平滑 输出电压也越高 但是 电容量达 到一定值以后 再加大电容量对提高滤波效果已无明显作用 通常应根据负载 电用和输出电说的大小选择最佳电容量 输入交流电压 有效值 负载开路 时的 输出电压 带负载时的输出电压每管承受的最大反向电压全波整流桥式整 流采用电容滤波的整流电路 输出电压随时出电流变化较大 这对于变化负载 来说是很不利的 还有由于接有电容 带负载能力都较差 3 1 3 稳压电路 由于输入电压 u1发生波动 负载和温度发生变化时 滤波电路输出的直流 电压 UI会随着变化 因此 为了维持输出电压 UI稳定不变 还需加一级稳压电 路 稳压电路的作用是当外界因素 电网电压 负载 环境温度 发生变化时 能使输出直流电压不受影响 而维持稳定的输出 稳压电路一般采用集成稳压 器和一些外围元件所组成 采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定 结 构简单等优点 集成稳压器的类型很多 在小功率稳压电源中 普遍使用的是三端稳压器 按输出电压类型可分为固定式和可调式 此外又可分为正电压输出或负电压输 出两种类型 本设计选用的是固定电压输出稳压器常见的有 LM7812 系列三端固 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 10 定式正电压输出集成稳压器 引脚 1 是 Input 输入端 引脚 2 是 GND 接地 引 脚 3 是 Output 三端即是指稳压电路只有输入 输出和接地三个接地端子 型 号中最后两位数字表示输出电压的稳定值 有 5V 6V 9V 15V 18V 和 24V 稳压器使用时 要求输入电压 UI与输出电压 Uo的电压差 UI Uo 2V 稳压器 的静态电流 Io 8mA 当 Uo 5 18V 时 UI的最大值 UImax 35V 当 Uo 18 24V 时 UI的最大值 UImax 40V 稳压电源的设计 是根据稳压电源的输出电压 Uo 输出电流 Io 输出纹波电压 Uop p 等性能指标要求 正确地确定出变压 器 集成稳压器 整流二极管和滤波电路中所用元器件的性能参数 从而合理 的选择这些器件 3 2 原理图及实物 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 12V 低压交流电压 整流电路用于将低压交流电压整流为脉动电压 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 LM7812 的输入端 Vin后 后接电容起到滤波的作用 用于滤除导线上 的干扰 在输出端形成 12V 直流稳压电压 供从机电路使用 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 11 4 无线发射接收模块 病房中每个床位都设置一个不同编号的按钮 该按钮通过 PT2262 地址编码 然后经过发射电路的 DF 数据发射模块进行发射 在发射部分 系统利用拨码开 关来控制数据位 二进制 信息的设置 再通过编码电路进行编码和并串转换 把数据位信息变换成一串脉冲信号 最后由无线发射电路发射出去 从天线中 接收到的信号会直接进入解码电路 解码电路会先把接收到信号中的地址位与 本地的地址位进行比较 如果地址位比较正确 就会把接收到数据信息传送给 由单片机 4 1 射频发送与接收模块 4 1 14 1 1 DF 数据发射模块 考虑到射频电路收发的稳定性 本设计使用射频收发模块实现 其中发送 模块电路原理如图 4 1 1 1 所示 模块外型如图 4 1 1 2 所示 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 12 图 4 1 1 1 发送模块电路图 图 4 1 1 2 发送模块外形图 DF 数据发射模块的工作频率为 315M 采用声表谐振器 SAW 稳频 频率稳定 度极高 当环境温度在 25 85 度之间变化时 频飘仅为 3ppm 度 特别适 合多发一收无线遥控及数据传输系统 声表谐振器的频率稳定度仅次于晶体 而一般的 LC 振荡器频率稳定度及一致性较差 即使采用高品质微调电容 温差 变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移 DF 发射模块未设编码集成电路 而增加了一只数据调制三极管 Q1 这种结 构使得它可以方便地和其它固定编码电路 滚动码电路及单片机接口 而不必 考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小 比如用 PT2262 等编码集成 电路配接时 直接将它们的数据输出端第 17 脚接至 DF 数据模块的输入端即可 4 1 24 1 2 数据接收模块 接收模块使用 315MHz 超再生式接收模块 其电路原理如图 4 1 2 1 所示 外型如图 4 1 2 2 所示 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 13 图 4 1 2 1 超再生式接收电路原理图 图 4 1 2 2 超再生式接收电路外形图 DF 接收模块的工作电压为 5 伏 静态电流 4 毫安 它为超再生接收电路 接收灵敏度为 105dbm 接收天线最好为 25 30 厘米的导线 最好能竖立起来 接收模块本身不带解码集成电路 因此接收电路仅是一种组件 只有应用在具 体电路中进行二次开发才能发挥应有的作用 这种设计有很多优点 它可以和 各种解码电路或者单片机配合 设计电路灵活方便 其优点在于 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 输出端的波形相对比较干净 干扰信号为短暂的针状脉冲 所以抗干 扰能力较强 3 DF 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 315M 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 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 14 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 4 2 PT2262 2272 编解码电路 数据编码采用编码芯片 PT2262 实现 解码采用 PT2272 芯片 PT2262 是台 湾普城公司生产的一种 CMOS 工艺制造的低功耗低价位的通用编解码电路 芯片 内部带有振荡器 系统内部包含载波振荡 定时器 地址解码器 编码脉冲发 生器和控制逻辑电路 外围电路简单 应用用方便 使得发射电路变得非常简洁 其外形图和管脚如图图 4 2 1 所示 图 4 2 1 发射芯片 PT2262 外形与引脚图 PT2262 引脚功能说明 Pin1 Pin6 A0 A5 地址输入端 可编成 1 0 和 开路 三种状 态 Pin7 Pin8 pin10 Pin13 A6 D0 A11 D5 地址或数据输入端 地址输 入时用 Pin1 Pin6 做数据输入时只可编成 1 0 两种状态 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 15 Pin14 TE 发射使能端 低电平有效 Pin15 Pin16 OSC1 OSC2 外接振荡电阻 决定振荡的时钟频率 Pin17 Dout 数据输出端 编码由此脚串行输出 Pin9 Pin18 VDD Vss 电源 输入端 解码芯片 PT2272 如图 4 2 2 所示 其的数据输出位根据其后缀不同而不同 数据输出具有 暂存 和 锁存 两种方式 方便用户使用 图 4 1 2 发射芯片 PT2272 外形与引脚图 PT2272 引脚功能说明 Pin1 Pin6 A0 A5 地址输入端 可编成 1 0 和 开路 三种状 态 要求与 PT2262 设定的状态一致 Pin7 Pin8 pin10 Pin13 D0 D5 数据输出端 分暂存和锁存两种状态 Pin14 DI 脉冲编码信号输入端 Pin15 Pin16 OSC1 OSC2 外接振荡电阻 决定振荡的时钟频率 Pin17 VT 输出端 接收有效信号时 VT 端由低电平变为高电平 Pin9 Pin18 VDD Vss 电源 输入端 4 3 芯片 PT2262 PT2272 工作原理 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 16 4 2 1 编码格式 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 17 图 4 2 1PT2262 编码时序波形 地址码和数据码都用宽度不同的脉冲来表示 两个窄脉冲表示 0 两个宽 脉冲表示 1 一个窄脉冲和一个宽脉冲表示 F 也就是地址码的 悬空 每组字码之间有同步码隔开 如果用单片机软件解码时 程序只要判断出同步 码 然后对后面的字码进行脉冲宽度识别即可 一个字码由12 位AD 码 地址 码加数据码 比如8 位地址码加4 位数据码 组成 每个AD 位用两个脉冲来代 表 两个窄脉冲表示 0 两个宽脉冲表示 1 一个窄脉冲和一个宽脉冲表 示 F 也就是地址码的 悬空 PT2262 每次发射时至少发射4 组字码 PT2272 只有在连续三次检测到相 同的地址码加数据码才会把数据码中的 1 驱动相应的数据输出端为高电平和 驱动VT 端同步为高电平 因为无线发射的特点 第一组字码非常容易受零电平 干扰 往往会产生误码 所以程序可以丢弃处理 PT2272 解码芯片有不同的后缀 表示不同的功能 有L4 M4 L6 M6 之分 其中L 表示锁存输出 数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态 直到 下次遥控数据发生变化时改变 M 表示非锁存输出 数据脚输出的电平是瞬时 的而且和发射端是否发射相对应 可以用于类似点动的控制 后缀的6 和4 表 示有 几路并行的控制通道 当采用4 路并行数据时 PT2272 M4 对应的地址编码 应该是8 位 如果采用6 路的并行数据时 PT2272 M6 对应的地址编码应该是 6 位 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 18 4 2 2 PT2262 2272 地址码的设定 在通常使用中 一般采用8 位地址码和4 位数据码 这时编码电路PT2262 和解码PT2272 的第1 8脚为地址设定脚 有三种状态可供选择 悬空 接正电 源 接地三种状态 3 的8 次方为6561 所以地址编码不重复度为6561 组 只 有发射端PT2262 和接收端PT2272 的地址编码完全相同 才能配对使用 例如 将发射机的PT2262 的第2 脚接地第3 脚接正电源 其它引脚悬空 那么接收机 的PT2272 只要第2 脚接地第3 脚接正电源 其它引脚悬空就能实现配对接收 当两者地址编码完全一致时 接收机对应的D1 D4端输出约4V 互锁高电平控制 信号 同时VT 端也输出解码有效高电平信号 然后将这些信号加一级三极管放 大 便可驱动继电器等负载进行遥控操纵 设置地址码的原则是 同一个系统地址码必须一致 不同的系统可以依靠 不同的地址码加以区分 4 4 电路原理图 4 4 1 发射电路 发射电路由 1 粒 12V 电池供电 只有当发射按键 K1 按下时系统才会接通电 源 因此功耗极低 发射机地址 A3 预置为全 0 而数据线 D0 D3 通过拨码设 定 不同的数据 D0 D3 对应不同床位编号 电路图如 4 4 1 1 所示 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 19 118 217 316 415 514 613 712 811 910 JP1 PT 2262 BT 1 9 1 2V 1 1 2 2 S2 SW PB D1 LE D R7 10 K R1 51 0 R1 0 4 7 M 1 2 3 4 8 7 6 5 S1 SW DIP 4 R6 10 K R8 10 K R9 10 K 发发 发 D2 DIODE 1 2 3 J1 发发发 R5 10 K R2 10 K R4 10 K R3 10 K 图 4 4 1 1 发射电路图 4 4 2 发射电路 接收电路如图 11 所示 通过超再生式接收模块接收的信号送入 PT2272 解 码电路 当 PT2272 的地址引脚 A0 A7 和信号中的地址相同时 VT 端输出高电 平 同时接收信号中的数据被送入数据引脚 D0 D3 上 电路图如 4 4 1 2 所示 118 217 316 415 514 613 712 811 910 JP1 PT 2272 R12 820K 1 2 3 J3 发发发 发发 发 5V P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 P3 7 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 20 图 4 4 1 2 接收电路 5 主机显示模块 PT2262 解码要对一编码进行解码 首先应了解其编码方式及时序 在 PT2262 的各种芯片中 使用得最多的是 4 位数据码 8 位地址码的通信方式 其地址 编码端口为 A0 A7 当控制端接低电平时 PT2262 就通过 17 脚不断地串行输 出其编码串 4 PT2262 编码方式及时序分析 要对一编码进行解码 首先应了解其编码方式及时序 在 PT2262 的各种芯 片中 使用得最多的是 4 位数据码 8 位地址码的通信方式 其地址编码端口 为 A0 A7 当控制端接低电平时 PT2262 就通过 17 脚不断地串行输出其编码 串 对于传送一组编码都自动连发四次 编码器用不同的占空比及组合表示不 同的状态 5 单片机解码分析 根据对 PT2262 编码方式的分析可知 每按一次发送键都发送四次编码 每 一次间都有同步码进行分隔 而无线信号一般头几个码位容易受外界干扰而丢 失 结合这些特点 在用软件进行解码时 可先检测有没有接收到信号 当有 的时候就去掉第一次编码信号 然后检测 5ms 的同步信号 从这里作为信号的 开始 进行解码 5 具体的单片机译码的方法如下 首先检测同步码 当同步 码结束后就延进 300us 读取接收的状态记为 A0 然后再检测下一个上升沿 上升沿开始后又延时 300us 读取接收的状态记为 A1 这样就把一个编码给译 出来了 3 显示设计 数字化显示是智能仪器中不可缺少的部分 它使显示更加直观 有线监控 系统的主机用 LCD 显示 便于同时用汉字显示相关的数字信息 而从机则用 LED 显示 它的优点在于可以用多个数码管来模拟不同的从机号 从而显示不 同的从机信息 6 液晶显示单元以往的控制系统多采用七段数码管显示 当显 示信息量较多时 该种显示方式给使用者带来了极大的不便 而液晶显示器 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 21 LCD 具有功耗低 体积小 重量轻等诸多其他显示器件无法比拟的优点 被广 泛应用于便携式仪器仪表和低功耗电子产品中 LCD 可分为段位式 字符式和 点阵式 其中 段位式 LCD 和字符式 LCD 只能用于字符以下的简单显示 不能 满足图形曲线及汉字显示的要求 而点阵式 LCD 不仅可以显示字符和数字 还 可显示各种图形 曲线及汉字 便于实现人机对话操作 测量处理结果显示 并且可以实现屏幕的上下左右滚动 闪烁等功能 用途十分广泛 本系统采用的是深圳市瑞特电子有限公司生产的12232F型的液晶显示器 内置8192个16 16点汉字库和128个16 8点ASCII字符集图形点阵液晶显示器 它 主要由行驱动器 列驱动器及128 32全点阵液晶显示器组成 可完成图形显示 也 可以显示7 5 2个 16 16点阵 汉字 与外部CPU接口采用并行方式控制 12232F 点阵液晶显示模块和 AVR 单片机接口电路有两种 直接控制方式和 间接控制方式 7 间接控制方式一般不需要在液晶显示模块和微处理器之间添 加其他硬件电器 时序转换与适配是由微处理器利用软件仿真 T6963C 的时序 来完成的 灵活性较好 不限制微处理时钟频率 但程序效率稍低 占用微 处理器口线较多 一般常常应用于较简单的微处理器系统中 间接控制方式的 典型接口电路如图 3 5 所示 其中 12232F 的数据线 DB0 DB7 与 Atmega16 的 PB 口相连 RS 控制引脚与 PC0 脚相连 RS H 表示 DB7 DB0 为显示数据 RS L 表示 DB7 DB0 为显示指令数据 R W 控制端与 PC1 脚相连 R W H E H 数据被读到 DB7 DB0 R W L E H L DB7 DB0 的数据被写到 IR 或 DR 中 E 端为使能信号 由单片机的 PC2 引脚控制 该电路中的点阵液 晶显示模块独占 Atmega16 的相应口线 与其他硬件电路及地址无关 所以 CS 端可直接接地 RP 为对比度调节电位器 R1 C1 组成上电复位电路 C2 C3 为电源滤波 图3 5 12232F与单片机的典型接口电路 12232 型 LCD 显示器软件设计从底层写起 逐步提高 最后完成显示一个 code 区域的数据功能 即先从向 LCD 液晶显示器发送一个字节数据或指令写起 逐步上升 最后画到一个指定开始列 图形指针固定高度的图 汉字和数字字 符都是通过 画 这种图形来得到的 a 初始化程序 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 22 图 3 6 液晶显示初始化流程图 图 3 7 液晶判忙流程图 液晶驱动程序主要通过对单片机口线的 操作来满足液晶显示模块对时序的要求 在 液晶块显示信息之前 必须对它进行初始化 其程序流程图如上图 3 6 所示 b 芯片判忙子程序 芯片判忙是本系统唯一读 LCD 液晶显示 器的一个子程序 读取当前 LCD 的状态 以 判断 LCD 是否忙 用到的是读状态指令 芯 片判忙流程如图 3 7 所示 读出数据和 0X80 相 与 直到结果为 0 为止 不 忙 也就是在等待读状态指令里面读出的 BUSY 位 D7 为 0 为止 说明芯片 不忙 4 语音报警电路 语音采用台湾公司最新推出的单片 60 秒模拟语音录放芯片 APR9600 报警 它是一种音质好低 不怕断电 可反复录放的新型语音电路 可录放 60 秒 它 的操作模式为串行控制和并行控制 串行控制时可分 256 段以上 并行控制时 最大可分为 8 段 且具有分段管理方便 多路控制电路简单 采样速度及录放 音时间可调等多种功能 8 我们选用它来作报警系统 可清晰的听见报警信号 3 1 23 1 2 各站原理框图各站原理框图 1 主机原理框图 图 3 8 中说明 AT89C51 由键盘 1 控制 当有键下时传送给 AT89C51 同时 AT89C51 接收到无线信号接收系统传来的信号 此时 AT89C51 将信号传递给 LCD 进行显示 通过 RS 232 接口送给 PC 机 并且可以送给语音报警电路进行报警 键盘 1 控 制 无线信号接收系统 AT89C51 LCD 显示手持 器的数字 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 23 图 3 8 主机原理框图 2 从机检测原理框图 图 3 9 中 AT89C51 由键盘 2 控制 当有机器发生故障按下按钮 将送给 AT89C51 此时 AT89C51 将进行三部分工作 一部分送给 LED 进行显示 一部分 进行无线信号发射 另一部分则可以进行蜂鸣器报警 图 3 9 从机原理框图 3 23 2 单片机软硬件设计单片机软硬件设计 3 2 13 2 1 从机设计从机设计 硬件电路设计如图 3 10 图 3 10 硬件电路设计 键盘 2 控制AT89C51 无线信号发射 电路 LED 显示 RS 232 接口 语音报警电路 蜂鸣器报警 P C 机 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 24 注 从机部分三路采集信号 硬件电路基本相似 1 软件部分设计 本系统从机部分主要采用 89C51 单片机控制无线信号的采集及发射 软件 流程如图 3 11 所示 2 采样数据滤波算法 本次设计中无线数据信号采集 软件采用采样次数可变的算术平均滤波算 法 根据我们实验测试表明 当按键反应变化较大时 信号检测值的测试误差 较大 当按键反应变化较小时 测试的误差不大 因此 我们在测试软件编程 时 采用采样次数可变的数字滤波技术 即所测数据变化大的时候采用采样次 数多的算术平均算法 而在数据变化小的情况下采用采样次数少的算术平均算 法 从而获得较准的键值及较快的检测速度 为控制提供了准确的依据 提高 了控制的精度 3 2 23 2 2 主机设计主机设计 主机采用 89C51 单片机实现监控功能 通过无线接收模块 接收检测到的 实时数据信息 显示采用点阵式 LCD 240 128 可进行汉字显示 它的工作 模式有定点和巡回检测两种工作方式 可显示从从机传输来的从机号和回答的 数据 在巡回检测时 能任意设定要查询的从机数量 从机号和各从机的数据 值 当收到从机报警信号时 可以语音报警并显示相应的从机号并可解警 硬 件方面扩展了一片 74LS244 用于键盘输入 扩展了一片 74LS273 用于控制语 音芯片根据不同的要求用语音提示 74LS138 为地址译码电路 打印采用荣达 MP 系列汉字微型打印机 具有超小体积 超低功耗 工作稳定可靠 打印速度 快 操作简单 连接方便等优点 10 主机电路包括高频发射模块 超载波接收模块 数码显示驱动模块 键盘 扫描 声光报警 复位电路等 待机情况下 数码管显示全零 声光报警电路 均不工作 当病按动安装在床头的从机按键时 安装在护士站的主机收到信 号后发出 3 声 嘀 的提示音 同时发光二极管亮 数码管显示呼叫病人的床 位号和呼叫次数 医生或护士根据显示床位号进行治疗与服务 主机具有记忆 最近呼叫的 9 组床位号及其呼叫次数的功能 AT89C51 中有一个全双工异步串行通信接口 可用作 UATR 通用异步接收和 发送器 也可用作同步移位寄存器 在本系统设计中 UATR 为串行工作方式 1 单片机以串行通信方式工作时 串行口检测到 1 个由 l 到 0 的跳变时 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 25 开始启动串行接收 且单片机在非串行通信时段内的输出为 1 所以在发射 电路之前和接收模块之后均需再加 1 个非门 防止发射电路在非通信时一直处 于发射状态 同时满足单片机串行通信要求 保证单片机能够正常收发数据 需要发射的数据信号从 AT89C51 的 11 引脚输出经反相后送到 433MHz 高频发射 电路发射 该高频发射电路采用声表面波 SAW 谐振器稳频 性能稳定 无需任 何调试即可正常工作 因为高频接收电路易受干扰 不易调试 而市售成品接 收模块性能稳定 价格低 故本系统中采用成品接收模块 该接收模块收到的 信号经反相后送入 AT89C51 的 10 引脚进行解码 图 3 11 系统流程图 具体硬件电路如图 3 12 所示 图 3 12 a 系统整体框图 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 26 图 3 12 b APRR9600 封装模块 主机和从机之间的通信方法采用无线信号发射接收模块 具有稳定性高 抗干扰能力强 灵敏度高等优点 采用 贴片工艺 选用优质名牌阻容件 以及用声表面谐振器稳频 使其性能在恶劣的环境下更能显示出其优势所在 满足了设计要求 11 通信协议如下 9BH FFH 主机接收 1 100 号从机数据信息 00H 64H 1 100 号从机解警命令 3 2 33 2 3 软件流程图软件流程图 1 主程序流程图 N Y 开 始 各部分初始化 调显示子程序 键识别子程序 有无键按下 工作 选站模式处理故障号 码 解警巡检选择 河南理工大学毕业设计 论文 说明书 27 图 3 13 主程序流程图 2 子程序流程图 工作部分 图 3 14 子流成图 第四章第四章 主机系统设计主机系统设计 仪器是人类认识世界的基本工具 也是信息社会人们获取信息的主要手段 之一 电子测量仪器发展至今 经历了指针式仪表 模拟器件仪器 数字器件 仪器 智能仪器 个人仪器 虚拟仪器的发展阶段 由于电子技术 计算机技术和网络技术的高速发展及其在电子测量技术与 仪器领域中的应用 新的测试理论 新的测试方法 新的测试领域以及新的仪 器结构不断出现 电子测量仪器的功能和作用已发生质的变化 其中计算机处 于核心地位 12 计算机软件技术和测试系统更加紧密的结合趁一个有机整体 导致仪器的结构概念和设计观点的也发生突破性的变化 在上述的背景下 出 现了新的仪器概念 虚拟仪器 4 14 1 虚拟仪