基于单片机的病床呼叫系统最后

1、基于单片机的病床呼叫系统摘要： 在大型医院中，常需要有一种内部联络和呼叫系统，以便于在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 AT89C51 为核心的病人呼叫系统，对该系统的硬件和软件结构进行了相应的描述。 通过对病区的数据采集，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。 这使得衡量一个医院的综合水平高低。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，传统的病房呼叫系统普遍采用有线式,虽然布线安装繁琐、维护不便、

2、利用率低,而且实时性差。但是相对无线式呼叫系统而言，它的可靠性高，不会干扰其它医疗仪器设备,目前大多数医院采用有线呼叫系统，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。关键词：单片机，矩阵键盘，点阵，LED 显示，呼叫系统目录引言 11 51 系列单片机的简介 11.1单片机的发展介绍 11.2 单片机的结构特点 2.1.3 单片机的实际应用 2.1.4 控制器 AT89C513.2 基于单片机的病房呼叫系统的设计的实现 52.1 设计基本要求： 5.2.2 系统总体方案： 5.2.3 硬件电路：

3、62.4 系统软件设计 92.5 系统的调试与结果 1.4.结论 1.5.致谢 1.6.参考文献 1.7.附录 1.8.附录 A ：原理图 1.8.附录 B：源程序 1.8.引言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 1。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 2 。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

4、设备 3 。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 51 系列单片机的简介1.1 单片机的发展介绍单片机也被称作 “单片微型计算机”、“微控制器 ”和“嵌入式微控制器”，单 片机一词最初源于 “Si

5、ngle Chip Microcomputer，简”称 SCM。随着单片机在技术 和体系结构上的进步，其控制功能不断扩展，国际上逐渐采用“MCU”（ MicroController Unit ，微控制器）来代替 SCM。单片机的发展历史大致分为 4 个阶段。第一阶段：单片机的探索阶段。这一阶段主要是探索如何把计算机的主要 部件集成在芯片上。第二阶段：单片机的完善阶段。 Intel 公司在 MCS-48 的基础上推出了完善 的、典型的 MCS-51 单片机系列。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型 单片机体系结构： 设置了经典、完善的 8 位单片机的并行总线结构； 外围功能单元由 CPU 集中

6、管理的模式； 体现控制特性的地址空间和位操作方式； 指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。第三阶段：向微控制器发展的阶段。这一阶段主要是为了满足测控系统要 求的各种外围电路和接口电路，突出其职能化控制能力。第四阶段：单片机的全面发展阶段。由于很多大半导体和电气厂商都开始 参与单片机的研制和生产。随着单片机在各个领域全面深入的发展和应用，逐 渐出现了高速、低功耗、大寻址范围、强运算能力的 8位、16位、32 位通用型 单片机以及小型廉价的专用型单片机，还有功能全面的片上单片机系统 4 。1.2 单片机的结构特点单片机是微型机的一个重要分支，它在结构上的最大特点是把 CPU、存

7、储 器、定时器和多种输入 /输出接口电路集成在一块超大规模的集成电路芯片上。单片机内是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要有较 强的抗干扰能力，较低的成本。单片机由于这种结构，所以具有很多显著的特点。主要有控制能力强，抗 干扰能力强、可靠性高，性能价格比高，低功耗、低电压，扩展了多种串行口 和系统扩展容易等特点。1.3 单片机的实际应用单片机广泛应用于仪表仪器、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备 的智能化管理及过程控制等领域，大致可分为以下几个范畴：（1）在智能仪器仪表上的应用单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便 等特点，广泛应用于仪器仪表中看，结

8、合不同类型的传感器，可以实现诸如电 压、功率、频率、温度、流量、速度、角度、硬度、元素、压力等物理量的测 量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化。且功能比采用电 子和熟悉电路更加强大。 例如精密的测量设备 （功率计、示波器和各种分析仪） 。2）在工业控制中的应用用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。(3) 在家用电器中的应用可以这样说， 现在的家电基本上都采用了单片机控制， 从电饭煲、洗衣机、 电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子称量设备，五花八门， 无其不有，无所不

9、在。(4) 在计算机网络和通信领域的应用现在的单片机普遍具有通信接口，可以很方便的与计算机实现数据通信， 为计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，可以的通信设备基 本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动 通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移 动通信，无线对讲机等。(5) 单片机在医用设备领域中的应用单片机在易用设备领域中的应用相当广泛， 例如医用呼吸机， 各种分析仪， 监护仪，超声波诊断设备及病床呼叫系统等等。此外单片机在工商、金融、科 研、教育、国防、航空航天领域都有相当广泛的应用。1.4 控制器 AT89C51AT8

10、9C51 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 AT89C51 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 5 。主要特性： 与 MCS-51 产品指令系统完全兼容 4K 字节可重擦写 Flash 闪速存储器 1000 次擦写周期 全静态操作： 0H

11、z-24MHz 三级加密程序存储器 1288 字节内部 RAM 32 个可编程 I/O 口线 2 个 16 位定时 / 计数器 5 个中断源 可编程串行 UART 通道AT89C51单片机采用 40Pin封装的双列直插 DIP 结构，图 1.1是它的引脚 配置图。 40个引脚中，正电源和地线两根； 4组 8位 I/O 口，共 32个引脚；时 钟电路引脚 XTAL1 和 XTAL2 ；控制信号引脚包含：复位输入端 RET，地址 锁存允许输出 /编程脉冲输入端 ALE/PROG ，片外程序存储器选通控制信号端 PSEN，内外程序存储器选择 /编程电源输入端 EA/VPP。P1.0VccP1.1AT

12、89C51 P0.0P1.2P0.1P1.3P0.2P1.4P0.3P1.5P0.4P1.6P0.5P1.7P0.6RSTP0.7P3.0EA/VppP3.1ALE/PROGP3.2PSENP3.3P2.7P3.4P2.6P3.5P2.5P3.6P2.4P3.7P2.3XTAL2P2.2XTAL1P2.1VssP2.0图 1.1 AT89C51 单片机引脚图2 基于单片机的病房呼叫系统的设计的实现2.1 设计基本要求：1）设计一个可容 64 张床位的病房呼叫系统。2）要求每个床位都有一个按钮，当患者需要呼叫护士时，按下按钮。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 3 秒。3

13、）当护士按下 “响应 ”键时，取消当前呼叫。2.2 系统总体方案：对于该设计我有两套实现方案，这两套方案主要根据键值显示方式的不 同而划分的：方案一、采用静态 LED 显示。单片机上电运行进入键盘扫描主程序即通 过循环判断键盘是否有键按下，一旦有键按下，立即调用键值读入子程序主要 是通过以列为单位逐行扫描按钮，后经简单加法运算得出键值。该键值被单片 机读入后立即通过串行口采用静态 LED 显示，接着单片机启动定时器后返回主 程序即进入判断是否有键按下的循环。此时定时器正在计时，预先设计 10ms 中断一次，在中断服务程序中将 P1.0 取反使扬声器发声并判断 3s 是否到，若 到则关定时器同时

14、将 P1.0 清零使扬声器停止发声返回主程序，若不到 3s再返 回主程序。护士响应请求将键按下时，则产生外部中断，在中断服务程序中灭 管停铃再返回主程序。方案二、 采用动态 LED 显示。单片机上电运行进入动态显示主程序，此 时显示缓冲区的显示码是灭灯显示码，该主程序通过循环反复显示缓冲区中的 显示码，当有病人按下键呼叫护士时，则通过外部中断使单片机进入键值读入 中断服务子程序，同时在此中断服务子程序中将键值送入显示缓冲区后，立即 启动定时器并返回动态显示主程序。那么由于显示缓冲区内容的更新则即可将 病人病床号显示出来。此时定时器正在计时，预先设计 10ms 中断一次，在中 断服务程序中将 P

15、1.0 取反使扬声器发声并判断 3s是否到，若到则关定时器同 时将 P1.0 清零使扬声器停止发声返回主程序，若不到 3s 再返回主程序。护士 响应请求将键按下时，则产生外部中断，在中断服务程序中灭管停铃，再返回 主程序。经过再三考虑和反复对比，最后我认为方案一即静态 LED 显示方案更容 易实现该系统。这主要是因为编写方案一的判断是否有键按下的主程序比编写方案二动态显示的主程序更容易些，但是方案一的显示硬件电路比方案二复杂 一点即本设计要用到两个 74LS164移位寄存器。 可见软件的较易实现是以增加 硬件电路为代价的。综上我采用方案一即静态 LED 显示方案来完成本设计任 务。2.3 硬件

16、电路：图 2.1 硬件电路硬件电路描述如下：利用可编程并行接口芯片 8255外扩 I/O 实现对矩阵式键盘的扫描与键值的 读入，外部电源通过上拉电阻 RESPACK 接 8255 PC口，PC 口作为输入口构成 键盘的行， 8255 的 PA 口作为输出口构成键盘的列，行列之间通过按钮连接。 利用 74LS373 锁存器将 89C51 的数据线和地址线（低 8 位）分离出来从而使 89C51 具有与一般 CPU 相类似的三总线。 74LS164 移位寄存器与共阳极 LED 构成静态显示电路。 74LS164 移位寄存器的时钟信号由 89C51 的 TXD 提供， 显示数据由 89C51的 RX

17、D 串行输出到 74LS164由其显示，由于串行发送数据 时先发送数据的低位所以显示床号个位的 74LS164 移位寄存器的输入由显示床 号十位的 74LS164 移位寄存器的最低位数据线提供。 INT0 接到按钮供护士响 应病人请求灭管停铃之用。 50HZ 的方波从 P1.0S 输出，经简单的放大电路后驱动扬声器发声。硬件键盘电路工作原理：单片机上电运行即进入判断键盘是否有键按下主程序， 8255 PA 口输出全 0 值，后读 8255 PC口若其值全 1则证明键盘无键按下，若其值不全为 1则证明 64 个键中有一键按下。单片机随机键盘扫描子程序，本设计首先将第 0 列送 0 其它列送 1，

18、然后读 8255 PC口通过对 ACC 各位的判断来识别键值。 若第 0 列 无键按下则转判下一列，最后返回。键值通过：行首键号 +列值 =键值。计算得出。例如当单片机第 5 列即 8255 PA.5口输出 0时，读其 PC 口若 ACC.3 为 0，则键值为 24+5=29。其按键序号对应如下表：00010203040506070809101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263附绥干# 4EZtSlW6 Ir Tt-J乎

19、才ai jisc SQ rn 0 cr u ocLI01vrTT旷 TT eT zoTzct-MhCEcT3：TTLLOa/ZEdZldHVrl9ld11/屈SldQLS&JPldUhl/CEdEld01NI/Z EdE IdtM/ltdLld0M CdOlc心VW3CdE M泅V3册3J1V| | WJC Z-r卜1二IQ1-1刃已OJ:LDE 36WrILZd3v7Dcd6也W1BHaChcQdSOV/SOdAWWIld：OV/iOdECM7Wii rodI;如”E兰JA3LL生nsi?/Knin图 2.4 静态 LED 显示电路2.4 系统软件设计2.4.1 设计的软件环境简介Keil

20、c ：对于 AT89C51的控制设计，以 Keil c 软件编程环境，以 proteus软件为电 路仿真设计环境。二者的结合为该系统的设计提供有利条件。 Keil c 软件界面， 如图 2.6 所示：图 2.6 Keil c 软件界面该软件是一款集编程和仿真于一体的软件，它支持汇编、 C 语言及二者的 混合编程 11。2.4. 2 Proteus ISISProteus ISIS 是英国 Labcenter 公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运 行于 Windows 操作系统上，可以仿真、分析 （SPICE）各种模拟器件和集成电路。该软件的特点是：（1）全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的

21、标准， 并在同类产品中具 有明显的优势。（2）具有模拟电路仿真、 数字电路仿真、 单片机及其外围电路组成的系统 的仿真、 RS232动态仿真、 I2 C调试器、 SPI调试器、键盘和 LCD 系统仿真 的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等 7 。（3）目前支持的单片机类型有： ARM7 系列、 68000系列、 8051 系列、 AVR 系列、 PIC12 系列、 PIC16系列、 PIC18 系列、 Z80系列、 HC11 系列以及各种外围芯片。（4）支持大量的存储器和外围芯片。总之，该软件是一款集单片机和 SPICE 分析于一身的仿真软件，功能极其 强大 ，可仿真 A

22、RM 、51、AVR、PIC9。Proteus ISIS 的工作界面是一种标准的 Windows 界面，如图所示，包括： 标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对 象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑 窗口。图 2.7 电路仿真界面运行 Proteus程序后，进入软件的主界面。通过左侧工具栏中的 P（从库中 选择元件命令）命令，在 Pick Devices 左侧窗口中选择所需元件的关键字，然 后放置元件并调整方向和位置以及参数设置，最后进行连线 10 （图 2.7 电路仿 真界面）。2.4. 3 系统程序设计系统主程序设计的流程如图

23、2.8 所示：图 2.8 系统主程序设计的流程主程序程序描述：首先对各存储单元初始化， 设定定时初值， 接着判断清零键， 看是否按下， 若按下，则清零，然后继续扫描键盘，如扫描到键盘有键按下，则调用计数显 示子程序，循环显示病床号时， 要判断标志位是否为 1，若为 1，则表示已经按 下，则不响应，如为 0，则调用循环显示病床号子程序，循环显示病床号，接 着定时一秒。最后，清除定时一秒，准备下一次的定时。显示电路流程图：计算键值子程序初始化(COUNTER)+1INC FLAG调 BCD 调整子程序调显示子程序返回图 2.9 按键总数显示程序流程图图 2.10 按键循环显示子程序显示程序描述（1

24、）按下键总数显示子程序描述（图 2.9 按键总数显示程序流程图）把按键数存储单总元 （COUNTER ）的值经过 BCD 调整后十位和个位分 别送（ 7AH ）（ 7BH），调用显示子程序显示按键总数。（2）循环显示病床号子程序描述（图 2.10 按键循环显示子程序）首先判断标志位是否为 0，若为 0，则表对示应的存储单元里没有值存入， 则再检测下一个存储单元标志位是否为 0，直到检测到为 1.如为 1，则把值存入 （BED_BOUNTER ）中，接着进行 BCD 调整为十进制，把十位和个位分别送 入（ BEDCODE_1）和（BEDCODE_2）中，然后调用显示子程序，循环显示病床 号。2.

25、5 系统的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调试界面显示， 下面是我们通过 Proteus 软件编程，使对应的软件仿真模块 变成可视化的控制界面：图 2.11 系统初始化界面图 2.12 按下 8 键后界面图 2.13 按

26、下 3 键后显示界面图 2.14 按下 OK 键后显示界面结果分析：启动电源，显示屏显示 0000，在按下 8 号键时，界下部分显示病床（即 8 号病床呼叫）；界面上部分代表共有一个病床按下， 在起始位置显示（循环显示）； 如果现在不按清零键，再按下 3 号键时，按键号循环显示 ,可以看出该系统具有 记忆功能，以至于不会忽略之前按下的按键； 图 5.4 反映了控制电路的可行性， 按 up 键向后选一房间（呼叫病房） ， down 向前选一房间（呼叫病房） ， ok 则去 房间.。综上所述， 本系统实现了主要功能： 显示病床号，亮报警提醒值班人员， 若有多个病床同时呼叫，则循环显示病床号，确保性

27、息不丢失，待值班人员处 理呼叫信息。通过 PROTEUS 软件仿真，能达到上述结论，满足课题目目的， 达到要求。结论至此，此系统的详细设计及过程已经结束。在设计的过程中遇到了很多问题，发现了自己的不足之处，有很多没有学 习，如 Proteus 仿真知识及操作，还有单片机的 C 语言编程；有些软件掌握得 不够牢固，比如说 wave 仿真不熟练；通过此次学习，进一步加强了我的理解， 同时提高了我独立自学的能力。整个设计过程中，老师详细的指导，同学的帮助，以及校图书馆的资料给 了我很大的帮助。此次设计让我从中学到很多东西。虽然中间遇到很多困难， 但都对于我是一次很好的锻炼。设计以后，才更加深刻感受到

28、自己的学习只是 理论部分，而且很多时候不能付诸实践。这次设计能够让我从实践中重新学习 理论知识，对我今后的工作和学习有了很多提高。但是由于本人水平有限，整个设计仍有很多不足之处，如程序不够完善、 灵活，显示可以采用液晶 LCD 模块，还有可以采用无线 NRF2401 射频模块及 其无线扩展功能等等。完善后将会进一步提高设计的稳定性和普适性。致谢时光匆匆，大学四年已经接近尾声。这期间接受很多优秀老师的教育，和同学的帮 助。在此论文完成之际，我要向这四年来帮助我的老师、同学表示由衷的感谢！这几个月的毕业设计，充满了忙碌，同时也感到学习的充实。拿到毕业设计的题目 后，便开始查看资料，并作整理工作。在

29、图书馆里找到很多有关书籍资料。然后开始整 体方案的设计，并投入方案的制定。整体的实验放在最后，这其中经历很多的失败。在 老师的帮助下，克服了困难。设计的系统虽然不是那么完善，但也是从知识到实践的转 换。我从中学到了怎样独立地思考发现问题、解决问题和进一步完善提高的能力。给我 留下很多深刻的印象，这是第一次独立自主的做设计。以前重理论的学习，却忽略了实 践。通过此次设计，对我今后的学习和工作必将有很大的帮助。在此，谨向所有帮助我的老师、同学表示衷心的感谢和敬意！参考文献1 朱艳华，田行军，李夏青 .基于 PL3105 的病床呼叫系统设计 J.北京石油化工学院学报， 2009， 17（ 2）： 4

30、0-43.2 何立民 .单片机初级教程 -单片机基础 M. 北京：北京航空航天大学出版社， 2006，82（1）： 2-3.3 李朝青 . 单片机原理及接口技术 M. 北京：北京航空航天大学出版社， 2005.4 丁元杰.单片微机原理及应用 M. 北京：机械工业出版社， 1996：256-276.5 何立民.单片机应用技术选编 M. 北京:北京：航空航天大学出版社， 1996.218224.6 张培仁等 .MCS-51 单片机原理与应用 M. 北京 .清华大学出版社， 2003：130145.7 李伯成 .单片机及嵌入式系统 M. 北京：清华大学出版社， 2005：337-346.8 肖金球

31、.单片机原理与接口技术 M. 北京：清华大学出版社， 2004：153-159.9 王环，张亚宁 .单片机程序设计实例 M 北京：清华大学出版社， 2003：520-524.10 治刚 .单片机应用技术与实训 M. 北京：清华大学出版社， 2004：130-133.11 胡汉才 .单片机原理及接口技术 M. 北京：清华大学出版社， 1995：111-123.附录附录 A ：原理图附录 B：源程序ORG 0000HLJMP MAINORG 0003HLJMP INT0ORG 001BHLJMP INT1ORG0100HMAIN:SETB EASETB EX0SETB ET1MOV SCON, #00HMOV DPTR,#0FFFFFHMOV A,#89HMOVX DPTR,AKEY: ACALL KS1JNZ LK1NI: ACALL DELAYAJMP KEYLK1: ACALL DELAYACALL DELAYACALL KS1JNZ LK2AJMP NILK2: MOV R2,#0FEHMOV R4,#00HLK4:MOV DPTR,#0FFFCHMOV A,R2MOVX DPTR,AINC DPLINC DPL MOVX A,DPTRJB ACC.0 ,L1MOV A,#00HLJMP LKPL1:JB ACC.