医院病房呼叫器的设计

1、课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 电子线路课程设计 课程设计题目 医院病房呼叫器的设计 课程设计的内容及要求：一、设计说明与技术指标 1用14个开关模拟4个病房的呼叫输入信号，1号优先级最高；14优先级依次降低；2用数码管显示呼叫信号的号码；没信号呼叫时显示0；又多个信号呼叫时，显示优先级最高的呼叫号（其它呼叫号用指示灯显示）；3凡有呼叫发出5秒的呼叫声；4对低优先级的呼叫进行存储，处理完高优先级的呼叫，再进行低优先级呼叫的处理。二、设计要求1在选择器件时，应考虑成本。2根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。3画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。三、实验要求1根据技

2、术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用multisim软件仿真。2进行实验数据处理和分析。四、推荐参考资料1. 童诗白，华成英主编模拟电子技术基础M北京：高等教育出版社，2006年2. 阎石，数字电子技术（第五版）M北京：高等教育出版社，2005. 3. 陈孝彬555集成电路实用电路集高等教育出版社2002-8 4. 王刚 TTL集成电路应用 机械工业出版社 2000-10五、按照要求撰写课程设计报告成绩评定表：序号评定项目评分成绩1设计方案正确，具有可行性，创新性（15分）2设计结果可信（例如：系统分析、仿真结果）（15分）3态度认真，遵守纪律（15分）4设计报告的规范化、参考文献充分（不

3、少于5篇）（25分）5答辩（30分）总分最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日一、 概述在这个瞬息万变、竞争激烈的时代，选择一个优越的工具往往能提升企业在这个市场上的竞争力。尤其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。系统主要用于医院、门疹、养老院等场所。可大大降低护理成本，增强护理的及时性和有效性，而且无需布线、安装极其简便。以前当病人需要服务时就不得不亲自到值班室去叫。使用呼叫服务系统可在减少

4、护理人员的同时，保证病员随时能够得到服务，让每个病人及时得到最佳保护。本设计的指导思想是设计一个当病人紧急呼叫时，产生声、光提示，并显示病人编号；然后根据病人病情进行优先级别救治，当有多人呼叫时，病情严重者优先；医护人员处理完当前最高级别的呼叫后， 关闭已处理的最高级别的呼叫信号，系统将按优先级别显示其他呼叫 病人的编号。本系统由呼叫信号开关、逻辑门电路、优先编码和显示等几部分构成，其核心在优先编码器。此呼叫系统的应用能够让医院的病人在出现紧急救治情况时，使医护人员临危不乱。此系统也能使医护人员能够对病人的病情有一定的了解，对病人的突发情况进行对症下药，让救护工作紧张而且有序的进行。同时此系统

5、也为医院节省大量人力开支。二、 方案设计根据设计要求，将设计分为三个模块来设计，分别为：指示灯显示模块，优先显示模块，呼叫模块。四个病房报警灯灯选通电路译码四个开关控制呼叫系统显示呼叫病房号优先编码器编码呼叫器呼叫多谐振荡电路图1 病房呼叫器原理框图（1）4个LED灯对应四个病房（2）将经过存储的信号送入优先编码器74HC148，选出优先级最高的呼叫信号，再通过译码器74LS48译码，最后通过数码管显示。（3）利用NE555集成时基电路组成脉冲启动型多谐振荡电路三、电路设计1.总体设计本设计电路的主要目的是实现：当病人紧急呼叫时，而且病房之中又有多个病人需要护理的一个优先级别的电路，用于医院病

6、人需要护理和救治的呼叫系统。当有病人进行呼叫时，系统会自动处理病人的编号，同时产生光信号和5秒钟的声音信号。，另外在产生声、光信号的同时 系统会显示呼叫病人的编号。这样医护人员可以根据呼叫信号的优先级别对每一位呼叫病人进行及时的救治和护理。当病人需要住院救治时，医院可以根据病人的病情对病人进行编号，严重者优先。当有多个病人同时进行呼叫时，系统会根据优先级别显示出呼叫中的最高级别病人的编号，对其它较低级别的呼叫信号进行保存，只有当前的优先级别最高呼叫信号被医护人员处理后，按下复位键，下一个病人的编号才显示，但在此过程中只有每一位病人得到处理后，与病人编号对应的报警灯才熄灭呼叫系统电路主要由呼叫信

7、号开关、逻辑门电路、74HC148 优先 编码、显示部分等几部分构成，其核心在 74HC148 优先编码器。 当无呼叫时，开关接低电平电路全部截止。当有呼叫时，开关接 高电平，555 触发器被触发，进入暂稳态状态中，蜂鸣器发声，同时 LED 灯被接通发光，74HC148 对型号进行优先编码， 由数码管输出优先级别最高（即病情最重）的床位号。医护人员接收 到信号后，对病人处理，同时关闭此病床的开关，与其对应的 LED 灯 将熄灭，数码管将显示下一个优先级别高的床号 。（在此同时，医护 人员听到报警声时也可在值班室将蜂鸣器关闭，但提示灯正常亮 ）。 直到医护人员处理完所有呼叫人员，LED 灯将全部

8、熄灭，数码管不显示病床号。2病人紧急呼叫声音提示电路设计 5 定时器基本电路组成多谐荡器，产生定长时间的振荡信号驱动蜂鸣器呼叫。其中驱动由74HC148的选通输出端提供。模拟开关、优先编码器74HC18集成芯片、 555 构成的多谐振荡器和蜂鸣器组成。模拟开关初始状态为全高电平。由 555 的输出端 接蜂鸣器。 当无病房呼叫时，模拟开关全为高电平输入给优先编码器之后输 入 555 的输入端口时为低电平。由于由 555 构成的多谐振荡器由高电平触发，且无振荡时输出低电平。所以此时蜂鸣器无声音。 只要有病房呼叫时，555 的输入端将接入高电平，振荡器震荡。其输出端输出高电平，则蜂鸣器呼叫。图2 呼

9、叫系统声音提示电路图振荡器输出信号的时间参数是： T= =0.7（R1+R2）C =0.7R2C式中，为VC由上升到所需的时间，为电容C放电所需的时间。555电路要求R1与R2均应不小于1k，但两者之和应不大于3.3M。外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力表1 555定时器的功能表清零端高触发端TH低触发端TRQ放电管T功能0××0导通直接清零101×保持保持1101截止置11001截止置11110导通清零图3 多谐振荡器及其的波形图蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供

10、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。我们本次设计就是用这种设备来模拟，它的外形常见的又以下几种，一般呈圆柱状，下面两针长短不同，长的就为正极，短为负极，只要在正负极加上正向电压其便可以发出声响。 3. 病人紧急呼叫光提示电路设计当病人需要紧急呼叫医护人员时，只要按下床头的开关，医务人员值班室的提示灯发光，由于病床号与指示灯一一对应，提示灯就会指示出病人所在的床号。光提示电路主要有三部分组成：电源部分、控制部分、提示部分。电源部分主要有 5V电源构成；控制部分由单刀单掷开关组成；提示部分主要是 LED 灯。其中控制部分与提示

11、部分一一相对应。当开关 1 接低电平时，电路导通，LED 灯 1 发光；开关 1 接高电平时，电路不接通，LED 灯 1 不发光。同理，2号灯，3号灯，四号灯也是闭合开关时开关接地电路连通，灯亮，显示此病房呼叫，需要护士来护理。图4 病房呼叫灯图其中排阻R3的作用是保护电路，果不接的话有可能烧坏小灯泡。4. 病人紧急呼叫优先级别及译码显示电路设计图5 优先显示病房图表 优先编码器74HC148的真值表 输 入 输 出EI01234567A2A1A0GSEH××××××××HHHHHLH HHHHHH HHHHHLL

12、×××××××LLLLLHL××××××LHLLHLHL×××××LHHLHLLHL××××LHHHLHHLHL×××LHHHHHLLLHL××LHHHHHHLHLHL×LHHHHHHHHLLHLLHHHHHHHH HHLH在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上编码信号。不过在设计优先编码器时，已经将所有的输入信号按

13、优先顺序排了队。在同时存在两个或两个以上输入信号时，优先编码器只按优先级高的输入信号编码，优先级低的信号则不起作用。74148是一个八线-三线优先级编码器。74148优先编码器为16脚的集成芯片，除电源脚 VCC(16)和GND(8)外，其余输入、输出脚的作用和脚号如图中所标。其中 I 0 I 7为输入信号， A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号， EI是使能输入端， EO使能输出端， G S为片优先编码输出端。由74148真值表可列输出逻辑方程为：A2 =(I4+I5+I6+I7)EIA1 = (I2I4I5+I3I4I5+I6+7)· EIA0 = (I1I2I4I6+I3I

14、4I6+I5I6+I7)· EI当使能输入 EI=1时，所有输出端群被封锁在高电平。当使能输入EI=0时，允许编码，在I0I7输入中，输入 I7优先级最高，其余依次为： I6,I5,I4,I3,I2,I1,I0等级排列。使能输出端EO的逻辑方程为：EO =I0· I1· I2· I3· I4· I5· 67· EI，此逻辑表达式表明当所有的编码输入端都是高电平（即没有编码输入），且EI=0时，EO才为零；表明EO的低电平输出信号表示“电路工作，但无编码输入。扩展片优先编码输出端 G S的逻辑方程为： GS = (I

15、0+I1+I2+I3+I4+I5+I6+I7)· EI此时表明只要任何一个编码输入段有低电平信号输入，且EI=0,GS即为低电平。GS的低电平输出信号表示“电路工作，而且有编码输入。（GS=0）非门74LS04当输入0输出1，当输入1输出0，以此来触动优先编码器74LS148工作。非门74LS04功能表如图所示：表3 74LS04功能表 输 入输 出ABYLLLLHLHLLHHH表4 74LS11的功能表 输入输出ABCY××LL×L×LL××LHHHHTTL门74LS11是三输入与门，其实现的功能是只有三个输入都为高电平的

16、时候输出为高电平，其他都为低电平。以此来控制机输入译码器的高低电平，进而控制数码管的显示数字。译码器74LS48对输入信号进行译码，驱动数码管工作，并显示所编译的数字。译码器74LS48功能图如图所示。图6 译码器74LS48功能图数码显示器是用来显示数字、文字或符号的器件，数码的显示方式一般有三种：第一种是字形重叠式，第二种是分段式。第三种是点阵式，它由一些按一定规律排列的可发光的点阵所组成，利用光点的不同组合便可显示不同的数码。数字显示方式目前以分段式应用最普遍，图中表示七段式数字显示器利用不同发光段组合方式，显示015等阿拉伯数字。在实际应用中，1015并不采用，而是用2位数字显示器进行

17、显示。其七段数字显示器发光组合图如下所示，它是通过74LS48对其A.B.C.D.E.F.G段二极管的明暗进行控制，最后使得其显示出一定的数字模式，如图所示：图7 七段数字显示器显示数字图四、性能测试1.呼叫时间的测试表5 呼叫时间测试表R值(k)C值(F)频率（Hz）周期(s)R4=R6=300k，R5=R7=140kC1=C3=10ufCC 4=0.01uf0.254.02图8 示波器显示呼叫5s波形图此图为示波器显示呼叫器中的蜂鸣器蜂鸣时间，在测试中，我将示波器的比例调为1 S/Div，即每一格子表示1s，只需要运行5个格子之后转折，蜂鸣器停止蜂鸣。2.编码显示电路测试图9 无病房呼叫时

18、显示状态图上图显示的是没有任何病房呼叫时病房和护士站显示的状态，此时由于病房的开关全部断开，灯全部没有连接到电路中，所以所有的灯都是灭的，于此同时由于优先编码器的编码部分I0，I1，I2， I3，I4， I5，I6，I7全部是高电平，所以根据优先编码器74HC148的真值表可知其输出全部为高电平，由此经过反向器74LS04再由74LS11三输入与门组合，进入74LS48译码，译码驱动共阴极数码管显示，只有a b c d e f为高电平，g为低电平。由于共阴极数码管为高电平有效，所以此时显示为0。图10 2号病房呼叫时显示状态图上图显示的是2号病房呼叫时病房和护士站显示的状态，此时由于2号病房的

19、开关闭合，其余全部断开，2号灯连入电路，其余灯全部没有连接到电路中，所以2号灯亮，其余所有的灯都是灭的，于此同时由于优先编码器的编码部分I0，I1，I2， I3，I4， I5， I7全部是高电平，I6为低电平，所以根据优先编码器74HC148的真值表可知其输出Y0为高电平，Y1为低电平Y2为低电平，由此经过反向器74LS04再由74LS11三输入与门组合，进入74LS48译码，译码驱动共阴极数码管显示，只有a b d e g为高电平，c f为低电平。由于共阴极数码管为高电平有效，所以此时显示为2。由此依次可推出只有1号病房，3号病房，4号病房呼叫时时候病房指示灯和护士站显示的状态。即只有1号病

20、房呼叫时1号病房灯亮，护士站显示1；只有3号病房呼叫的时候3号病房灯亮，护士站显示3；只有4号病房呼叫的时候4号病房灯亮，护士站显示4。图11 所有病房呼叫时显示的状态图上图显示的是所有病房呼叫时病房和护士站显示的状态，此时由于所有病房的开关闭合，所有灯连入电路，其余灯全部没有连接到电路中，所以所有灯亮，于此同时由于优先编码器的编码部分I0，I1，I2， I3，全部是高电平I4，I5，I6， I7为低电平，所以根据优先编码器74HC148的真值表可知其输出Y0 Y1 Y2100，又因为I7优先权最高，I0的优先权最低。当I7=0时，无论其他输入端有无信号的输入，输出端只给出I7的编码，即Y0

21、Y1 Y2000由此经过反向器74LS04再由74LS11三输入与门组合，进入74LS48译码，译码驱动共阴极数码管显示，此时数码管只显示。当医生处理完号病房时去处理号病房，此时号病房开关断开，护士站显示，以此同理下去，护士处理完号病房，号病房开关断开，显示号病房，护士处理完号病房断开号病房，显示号病房。上图即为处理完号病房号病房时病房指示灯显示情况和护士站显示情况。3.电路整体性能测试将电路的三大模块全部连接到一起，用优先编码器74HC148的选通输出端接到555多谐振荡器上，由于优先编码器74HC148的选通输只要优先编码器编码，输出为高电平，此时为5V电压，驱动多谐振荡器开始震荡，形成方

22、波，在此中多谐振荡器的功能相当于时钟CLK，提供脉冲，而且蜂鸣器在高电平的时候蜂鸣，发出嗡嗡嗡的响声，即为报警。闭合开关，相对应的房间的灯亮，而且护士站共阴极数码管上显示相对应的房间号，蜂鸣器开始报警，而且报警的时间为5s。在软件仿真的时候可以直接用示波器来测量，在实际搭硬件的时候即时即可，发出5s报警之后间歇一段时间又开始报警。此时护士站护士知道哪个房间呼叫就关闭开关，蜂鸣器不再报警，护士去处理相应的病房。如下图所示：图12 呼叫时灯亮蜂鸣器呼叫5秒显示优先级最高的状态图五、硬件及其调试 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括控制系统的系统仿真、现场安装调

23、试等环节。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，进而促进该进和完善。所有的调试通过后，要进行现场运行并持续一定的时间，待其中发现故障后，方可验收合格，才算完成整个系统的设计工作。硬件调试主要是排查面包板万能板实验板上线路连接的问题。硬件电路变化很多，电路可能出现的问题也不一样，如图2012040201172王鹏图13 实际面包板电路图六、结论本设计是病房中有多个病人需要紧急护理的呼叫系统。用于医院 病人需要护理且具有优先级别的呼叫，方便医护人员对病人的救治 。 当有病人进行呼叫时，系统会自动处理病人的编号，同时产生光信号 和声音信号，另外在产生声、光信号的同时，系统会显示优先级别最 高的病人的编号，使病情严重者得到优先救治。所设计的电路能够准 确运行，实现声、光报警和优先显示。总体来说，电路基本符合此次 课程设计的要求。七、体会及合理化建议通过本次为期两周的电子技术综合课程设计，不仅让我对数电知识有了更加深入的了解，而且让我有一个能够综合运用模、数电知识机会。由此同时，让我的逻辑思维能力和动手能力得到了相应的锻炼 。 1.课设体会在课程设计过程中，也让我意识到对做任何事情都应有耐心和严谨的态度。 从开