毕业设计-基于AT89S51单片机实现病房无线呼叫系统设计.doc

本科毕业论文基于AT89S51单片机实现病房无线呼叫系统设计学 院： 计算机与信息工程学院专 业： 计算机科学与技术学 号： 091011668姓 名： 指导教师： 职 称： 副教授论文提交日期：二一三年六月摘 要病房呼叫系统主要是将病人的请求快速传送给值班医生或护士, 用于协助医院病员在病床上方便地呼叫医务人员。该系统不仅是传送临床信息的重要手段,它也是提高医院和病室护理水平的必备设备之一。呼叫系统要求及时、准确、可靠、简便可行。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。本系统主要由AT89S51单片机为主接器件设计的，介绍了电路设计及软件实现方法，并给出了系统框图，硬件电路及部分程序设计，该呼叫系统使用了高集成度射频无线收发芯片进行传输，不仅仅避免了传统的有线寻呼系统布线复杂的问题，而且使整个电路简捷、性能稳定。关键词： AT89S51 无线 呼叫系统 Abstract Ward calling system is an important means to transfer the clinical information; patients request can be quickly transmitted to doctor or nurse on duty. Its mainly used to help patients call medical person conveniently, which is the necessary equipment of improving hospital ward nursing level. Calling system needs have the Characteristic of timely, accurate, reliable, simple and feasible. When the calling source has the calling signal, the system has the corresponding sound, indicating light call signal and it can demonstrates the call number. This system mainly consists of AT89S51 single-chip microcomputer as the core design, introduces the implement method of circuit design and software, and gives the system block diagram, hardware circuit and program design, the system uses a high degree of integration of RF transceiver chip franchise for transmission, not only it avoids the traditional wired paging system wiring complexity problems, but also the whole circuit is simple ,stable and performance.Key words AT89S51 Wireless Calling system目 录1 引言71.1 背景及意义71.2 研究内容21.3 实现功能22 开发工具和开发环境的介绍32.1 开发使用主要硬件介绍32.1.1 单片机AT89S51简介32.1.2无线收发模块2262/227242.2 实现平台介绍72.2.1 Kiel C51软件介绍及使用7 2.2.3 Protel99SE软件及设计图73 总体设计103.1 系统总体设计10 3.1.1系统设计方案10 3.1.2 系统原理框架图10 3.1.3 系统总体电路图113.2 硬件部分详细设计12 3.2.1各模块连接图12 3.2.2 LED显示屏模块电路设计12 3.2.3蜂鸣器报警模块电路设计13 3.2.4二极管提示灯模块电路设计14 3.2.5无线接收模块电路设计143.3 软件部分详细设计14 3.3.1系统软件实现流程图14 3.3.2 初始化实现15 3.3.3 显示模块功能实现15 3.3.4 二极管指示灯模块功能实现16 3.3.5 蜂鸣器报警模块功能实现17 3.3.5 无线接收模块功能实现17 3.3.6 四个报警模块实现相互独立174.1 系统硬件测试174.2 系统软件测试174.3 出现的问题及解决办法17结 束 语18致 谢19参 考 文 献20附录：21一：使用器件21二：实物图22内蒙古农业大学学士学位论文23内蒙古农业大学学士学位论文1 引言1.1 背景及意义近年来随着科技的飞速发展，一个以微电子技术、计算机技术和通信技术为先导的信息革命正在蓬勃发展。单片机作为计算机技术的一个分支，正在不断的应用到实际生活中，同时带动传统控制检测的更新。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。病房呼叫系统只是医院管理系统中的一小部分，随着医疗技术的发展以及计算机的发展，医院管理系统也向标准化，系统化，局域网络，集中式数据库，自顶向下的一体化设计和数据的共享以及电子病例等方面发展。医院管理系统的发展要适应医疗制度改革形势的需要提供支持医疗保险账目核算，药品医疗分开管理，分别核算，营利性医院与非营利性医院的不同管理算法。系统的建设将本着“以患者为中心”的原则，以方便患者,提高就诊效率为目的，力争为患者提供最满意的服务，同时也将提高医疗的社会效益和经济效益。呼叫系统的优劣直接关系到病员的安危，也可减少医护人员巡视病床的辛劳，能放心地、高效地处理其它医护问题,历来受到各大医院的普遍重视,已成为各医院现代化的标志。鉴于此,设计及时、准确、可靠、简便可行、利于推广的呼叫系统有很高的应用价值和意义。1.2 研究内容 （1）熟悉AT89S81芯片，掌握使用芯片的关键技术，熟练运用芯片。（2）利用AT89S51单片机模拟病房呼叫系统的设计。（3）完成系统的设计的流程图、原理图、PCB板图等。（4）要求设计四个指示灯显示，四个蜂鸣器报警，并且用数码管显示报警床位的序号。（5）要求使用无线收发模块实现四个病房的按键功能，使电路设计更加简捷（6）要求数码管显示电路用串口实现，节省I/O口资料（7）完成系统设计的理论说明及得到的结论。1.3 实现功能（1）当病床呼叫时，显示呼叫病人所在的病床号；相应的指示灯亮、蜂鸣器报警10秒钟；（2）多个病床呼叫护士站时，可分时显示呼叫病人所在的病床号相应的指示灯亮，蜂鸣器报警10秒钟；（3）显示屏最多可同时显示4个病人的病床号 2 开发工具和开发环境的介绍2.1 开发使用主要硬件介绍2.1.1 单片机AT89S51简介 在本科阶段学习的是AT89C51单片机，而这次设计却采用的是AT89S51单片机，这两个系列的单片机在基本原理上是相同的，但AT89S51系列单片机是C51的升级产品，一方面解决了功能少，速度慢，RAM/ROM小，性能不够稳定的缺点。另一方面S51单片机下载程序方便，采用ISP下载方式，而C51下载程序比较麻烦，需要专用的下载器。2.1.2无线收发模块2262/2272 PT2262/2272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调制）相当于调制度为100的调幅。 PT2262/2272特点：CMOS工艺制造，低功耗，外部元器件少，RC振荡电阻，工作电压范围宽：2.615v ，数据最多可达6位，地址码最多可达531441种。应用范围：车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具、其他电器遥控。2.1.2.3 基于PT2262的无线编码模块编码发射模块外形小巧、美观，与很多车辆防盗系统中的遥控器一样。根据功能的多少按键数也不一样，我们本章所用的发射模块为A、B、C、D四个按键。编码发射模块主要由PT2262编码IC和高频调制、功率放大电路组成，常用的编码发射模块实物和内部框图如图2-7和图2-8所示。遥控发射器工作电压为DC 12V(电池供电)，尺寸(mm)： 58*39*14 ,工作频率：315MHz ,工作电流(mA)：13 编码类型： 固定码(板上焊盘跳接设置) 应用说明：与各类型带解码功能的接收模块联合使用，解码输出后进行相应控制，如采用单片机进行读取接收并解码数据然后控制相应的灯或电源开关。图1 无线模块实物图图2 无线编码模块原理图其中编码部分电路由PT2262编码IC来组成，具体电路见图3所示。图3 PT2262编码原理图2.1.2.3 基于PT2272的无线解码模块解码接收模块包括接收头和解码芯片PT2272两部分组成。接收头将收到的信号输入PT2272的14脚（DIN），PT2272再将收到的信号解码。解码接收模块和电路原理图如图2-10，接收板实物如图2-11所示。接收板工作电压为DC 5V，接收灵敏度： -103dBm ,尺寸(mm)： 49*20*7 ,工作频率：315MHz,工作电流：5mA ,编码类型：固定码(板上焊盘跳接设置) 应用说明：与各类型遥控器配合使用，解码输出后进行相应控制，如采用单片机进行读取接收并解码数据然后控制相应的灯或电源开关。图4 PT2272 电路原理图图5 PT2272实物图无线收发模块的地址码设定在通常使用中，一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码芯片PT2262和解码芯片PT2272的第18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，地址编码不重复度为38=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，遥控模块的生产厂家为了便于生产管理，出厂时遥控模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空，这样用户可以很方便选择各种编码状态，用户如果想改变地址编码，只要将PT2262和PT2272的18脚设置相同即可，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只要也第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。地址设置跳线如图2-12所示，用户可以在PCB板上直接将地址引脚（PCB板中间8个过孔焊盘）与L（低电平）或H（高电平）相连，从而实现地址设置。PT2262与PT2272地址设置要完全一样。当两者地址编码完全一致时，接收机对应的D1D4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。O O O O O O O O L- - - - - - - -1 1 1 1 1 1 1 1 H图6 地址设置跳线设置图2.2 实现平台介绍2.2.1 Kiel C51软件介绍及使用2.2.1.1软件简介 支持8051微控制器体系结构的Keil开发工具，适合每个阶段的开发人员，不管是专业的应用工程师，还是刚学习嵌入式软件开发的学生。产业标准的Keil C编译器、宏汇编器、调试器、实时内核、单板计算机和仿真器，支持所有的251系列微控制器，帮助你如期完成项目进度。2.2.1.2软件编译图7 编译实现过程 2.2.3 Protel99SE软件及设计图2.2.3.1软件简介（1）Protel99SE是Protel公司近10年来致力于Windows平台开发的最新结晶，能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证和设计数据管理。因而今天的Protel最新产品已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具，而是一个系统工具，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。 最新版本的Protel软件可以毫无障碍地读Orad、Pads、Accel(PCAD)等知名EDA公司设计文件，以便用户顺利过渡到新的EDA平台。（2）Protel99 SE共分5个模块，分别是原理图设计、PCB设计（包含信号完整性分析）、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。 以下介绍一些Protel99SE的部分最新功能：可生成30多种格式的电气连接网络表；强大的全局编辑功能；在原理图中选择一级器件，PCB中同样的器件也将被选中；同时运行原理图和PCB，在打开的原理图和PCB图间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络；既可以进行正向注释元器件标号（由原理图到PCB），也可以进行反向注释（由PCB到原理图），以保持电气原理图和PCB在设计上的一致性；满足国际化设计要求（包括国标标题栏输出，GB4728国标库）；方便易用的数模混合仿真（兼容SPICE 3f5）；支持用CUPL语言和原理图设计PLD，生成标准的JED下载文件；PCB可设计32个信号层，16个电源-地层和16个机械加工层；强大的“规则驱动”设计环境，符合在线的和批处理的设计规则检查；智能覆铜功能，铀可以自动重铺；提供大量的工业化标准电路板做为设计模版；放置汉字功能；可以输入和输出DXF、DWG格式文件，实现和AutoCAD等软件的数据交换；智能封装导航（对于建立复杂的PGA、BGA封装很有用）；方便的打印预览功能，不用修改PCB文件就可以直接控制打印结果；独特的3D显示可以在制板之前看到装配事物的效果；强大的CAM处理使您轻松实现输出光绘文件、材料清单、钻孔文件、贴片机文件、测试点报告等；经过充分验证的传输线特性和仿真精确计算的算法，信号完整性分析直接从PCB启动；反射和串扰仿真的波形显示结果与便利的测量工具相结合；专家导航帮您解决信号完整性问题。2.2.3.2 Protel99SE原理图绘制过程（1）设计图纸大小首先要构思好零件图，设计好图纸大小。图纸大小是根据电路图的规模和复杂程度而定的，设置合适的图纸大小是设计好原理图的第一步。（2）设置Protel99SE/Schematic设计环境 包括设置格点大小和类型，光标类型等等，大多数参数也可以使用系统默认值。（3）旋转零件用户根据电路图的需要，将零件从零件库里取出放置到图纸上，并对放置零件的序号、零件封装进行定义和设定等工作。（4）原理图布线利用Protel 99SE/Schematic提供的各种工具，将图纸上的元件用具有电气意义的导线、符号连接起来，构成一个完整的原理图。（5）调整线路将初步绘制好的电路图作进一步的调整和修改，使得原理图更加美观。（6）检查原理图 使用Portel99SE 的电气规则，即执行菜单命令Tool/REC对画好的电路原理图进行电气规则检查。若有错误，根据错误情况进行改正。（7）报表输出通过Protel99SE/Schematic提供的各种报表工具生成各种报表，其中最重要的报表是网络表，网络表是电路原理图设计和印刷电路板设计之间的桥梁，执行菜单命令Design/Create Net list可以生成具有元件名、元件封装、参数及元件之间连接关系的网络表。（8）文件保存及打印输出最后的步骤是文件保存及打印输出。2.2.3.3 使用Pritel99SE绘制的无线病房呼叫系统的原理图图8 PCB版图3 总体设计3.1 系统总体设计3.1.1系统设计方案本系统以AT89S51单片机为核心，通过无线接收模块获得病人呼叫信号，通过该单片机操作病房显示电路（利用病房显示驱动电路），蜂鸣器报警电路，二极管指示灯电路。当在初始化时，数码管显示全零，蜂鸣器报警电路，指示灯电路均不工作。当病人按下手中的遥控器时，相应的数码管则显示对应的病床号，对应的蜂鸣器报警，指示灯显示。3.1.2 系统原理框架图 原理:无线发射模块发射出报警信号，通过无线接收模块接收，传个AT89S51单片机，通过对数据处理把信号通过指示灯电路，蜂鸣器电路，数码显示电路做出响应。各个模块的电路通过单片机的I/O 口连接图9 系统原理框架图3.1.3 系统总体电路图该电路图就是设计的各模块详细的电路图，并标注了所使用器件的型号，引脚图10 系统总体电路图3.2 硬件部分详细设计3.2.1各模块连接图该无线病房呼叫系统以AT89S51单片机为核心，通过其端口分别连接四个蜂鸣器报警器，四个数码管显示，四个指示灯，和一个无线接收设备图11 模块连接图3.2.2 LED显示屏模块电路设计3.2.2.1 使用器件 （1）共阴数码管介绍：数码管由七个条状和一个点状发光二极管管芯制成，称为七段数码管。根据其结构的不同，可分为共阳极数码管和共阴极数码管两种。共阳共阴，是针对数码管的公共脚而说的。简单来说就是里面的二极管连接方向相反。共阴极数码管就是二极管的负极并在一起为公共端，正极分别代表a-h；正常工作时，负极要接低电平，a-h接高电平，使二极管导通，就可点亮a-h。共阳极数码管就是二极管的正极并在一起为公共端，负极分别代表a-h。正常工作时，正极要接高电平，a-h接低电平电平，使二极管导通，就可点亮a-h。判断方法：用两节电池一根电线，测试！如点亮了，负极不动，正极分别接其它端，如果也都能亮就是共阴。如果正极不动，负极分别接其它端都能亮就是共阳 （2）74HC16474HC164是串入并出器件,串入是一位一位进的,先进入的后出。例如:数码管要显示数字1,数字1共阴数码管的并口代码是06,二进制是00000110,所以要颠过来送数,先送高位后出高位,为01100000,代码为60,这样才能显示数字13.2.2.2电路设计主要由74HC164和数码管组成的,通过串口输入和串口输出把号码显示到数码管上，由于原串口已被分配给提示灯电路，通过P1、P2口模拟了4个串口，由4个74HC164来实现， 在程序中主要是用循环来实现给一个时钟信号，输入一个数据，当有病人按下手中的呼救器时，数码管将显示出是几号床位上的病人呼叫,而且一直在显示,直到有护士发现，将其复位。数码管显示电路如下：图12 数码管显示电路3.2.3蜂鸣器报警模块电路设计 蜂鸣器报警电路是由4.7K电阻，三极管，蜂鸣器三部分组成。蜂鸣器报警电路占用了四个I/O口， 分别接在P2口的P2.4-P2.7引脚上。三极管起开关作用，当基极处于高电平时，三极管导通，蜂鸣器发出报警声，当基极处于低电平时，三极管关断，蜂鸣器不发出报警。 蜂鸣器如图2-4所示：图13 蜂鸣器电路图3.2.4二极管提示灯模块电路设计 指示灯电路由1K电阻和发光二极管组成，其中发光二极管阴极接AT89S51单片机的4个I/O口，分别接在P3口的P3.4-P3.7引脚上，发光二极管阳极与电源间接电阻是为了防止电流过大烧坏二极管设置的。图14 提示灯电路3.2.5无线接收模块电路设计 无线接收模块电路由三极管和无线接收设备组成，分别占用了4个I/O口，接在P1口的P1.4-P1.7口上图15 无线收发模块3.3 软件部分详细设计3.3.1系统软件实现流程图程序实现思路：当有病房呼叫的报警信号时，通过写一个简单循环语句判断是哪个病房的键按下的， 当是判断出是一号病房按下时，则退出循环，一号病房对应的指示灯亮，蜂鸣器报警，数码显示管显示病房号，若不是时，则继续进入循环程序，判断是否是二号病房，依次进行判断，并且时刻判断。图16 流程图3.3.2 初始化实现在判断哪个病房呼叫前要首先将程序初始化，数码显示管全部显示为零，发光二极管熄灭，指示灯不亮，并且判断是否有按键按下代码实现如下：BEGIN:MOV TMOD,#10H MOV TH1,#3CH MOV TL1,#0B0H SETB ET1 SETB TR1 CLR BC1 CLR BC2 CLR BC3 CLR BC4 CLR FLAG1 CLR FLAG2 CLR FLAG3 CLR FLAG43.3.3 显示模块功能实现当有按键按下时，就会调用显示子程序，在电路图中使用的是：串行方式，假如现在是2号床位上的病人呼叫，则在数码管上应显示“2”，串行方式中，数码管上显示的数字是先成二进制数，再一位一位地输进去的，然后才显示数字。这里是在模拟串口，因为该单片机中只有一个串口，而这里要用多个串口。当这段程序执行完以后，再进入循环。十进制数与相应二进制数的转换表(如表1所示)。表1 十进制与二进制转换表显示数值a b c d e f g dp驱动代码（16进制）0123451 1 1 1 1 1 0 00 1 1 0 0 0 0 01 1 0 1 1 0 1 01 1 1 1 0 0 1 00 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 03FH06H5BH4FH66H6DH串口显示代码： TAB:DB 0fCh, 60h, 0dAh, 0f2h, 66h, 0b6h3.3.4 二极管指示灯模块功能实现通过不断的扫描无线接收模块所接的 I/O口是高电平还是低电平来判断是否有病人呼叫，当是低电平时，病床数码管将显示数据送表首地址，找出显示数字的串口代码，从而通过循环判断是几号病房在呼叫。实现代码如下：START:CLR C MOV DPTR, #TAB MOV A, R0 MOVC A,A+DPTR MOV R1, #9S1:CJNE R0, #1, S2 S2:CJNE R0, #2, S3 SJMP SS2S3:CJNE R0, #3, S4 SJMP SS3S4:CJNE R0, #4, S1 LJMP SS43.3.5 蜂鸣器报警模块功能实现如果有病人呼叫，即有按键按下，那么相应的蜂鸣器所接的I/O口也设置为高电平，而且每一个蜂鸣器发出的声音是不一样的，同时与床位号对应的指示灯也会亮。在程序中只用一条语句即可实现：CLR P2.4，因为在本电路设计时，每个引脚都是低电平有效的，所以在清零时蜂鸣器才能发出声音。3.3.5 无线接收模块功能实现3.3.6 四个报警模块实现相互独立设计思路：把定时器当钟表用，时钟总在不停的走，判断有病房呼叫了，开始声光报警10S，四路报警相互独立，谁不干扰谁实现代码如下： WS1:MOV A, R7 ADD A, #200 MOV 31H, A SETB BC1 SETB FLAG1 LJMP TT24 系统测试以及实现过程中出现的问题4.1 系统硬件测试 (1)静态检查。根据硬件电路图核对元器件的型号、极性、安装是否正确，检查硬件电路连线是否与电路图一致，有无短路、虚焊等现象。 (2)通电检查。通电检查时，可以模拟各种输入信号分别送入电路的各有关部分，观察I/O口的动作情况，查看电路板上有无元器件、冒烟、异味等现象，各相关设备的动作是否符合要求，整个系统的功能是否符合要求。4.2 系统软件测试 程序模块编写完成后，通过汇编或编译后，在开发系统上进行调试。调试时应先分别调试各模块子程序，调试通过后，在调试中断服务子程序最好调试主程序，并将各部分进行联调。4.3 出现的问题及解决办法在操作过程中注意以下几个问题（1）焊接电路时一定要焊实，有些焊接的地方表面上是焊上了，但实际上里面是空的，影响电路的通畅。（2）当显示界面不显示时，最有可能是电路问题，应当好好检查一下电路是否焊好，器件的正负极是否接反，器件是否是坏的等问题。（3）若是一切电路正常，当出现遥控系统无法进行遥控时应当检查电源电压是否过低，可能是电压过低无法正常启动设备，应当及时更换电源。（4）编写的程序在编译过成中一定要设置一下编译器，否则出现不了hex文件（5）烧写过程中烧写的事hex文件，烧写时还要注意不要把AT89S51弄反，否则无法处理器很容易被烧坏。结 束 语 该无线病房呼叫系统是以AT89S51单片机设计的，由收发模块，显示模块，报警模块，指示灯模块这几部分组成，当有病房的病人呼叫时，按下手中的遥控（发射设备），在医疗监控室内的显示屏上就会出现相应的病房的病床号，同时报警器紧急报警，及时的通知医生进行救治。不足之处，该系统不能自动复位，当病房号显示完后，不能够循环进行下一轮的呼叫工作（不能循环进行）；其次就是系统用到的器件的个数比较多，比如说数码管以及蜂鸣器，指示灯都是四个，都比较繁琐；再次就是没有实现病人与护士之间的对话功能，如果能够实现这个功能那么将为病人提供更好的服务，最后不知道为什么接收距离太短，可能是收发器的问题。致 谢本论文是在张永安老师的精心指导下完成了，在写的过程中对我提出了很多问题及要求，帮助我顺利的完成了该论文，同时还要感谢和我一块做设计的同学