基于单片机的医院病床呼叫系统设计

1、基于单片机的医院病床呼叫系统设计摘 要：本文主要应用单总线技术和单片机间串行通信技术，研究了基于单片机的一种可靠医院病床呼叫系统，并且运用Proteus和Keil软件仿真效果理想，实现了病床呼叫的功能。它不但能够有效传送呼叫信 息，而且能通过数码显示求助病床号和通过蜂鸣器声音求助医护人 员，还可以存储呼叫信息、以备查询，同时可以扩展到与计算机联 机管理。该系统具有电路结构简单、成本低、可靠性高、布线施工 方便易于维护等特点。特别是当病床数目较多时，更具有优越性。关键词：病床呼叫系统 串行通信 记忆存储单总线技术中图分类号：TP36MCU Based Call System Design for

2、 HospitalAbstract: This article mainly introduced the application of the single-bus technology and inter-MCU serial communication technical, Studied a reliable call system for hospital based onMCU,and simulated the circuit with Proteus and Keil, the results are satisfactory. The system achieved the

3、function of beds calling, is able to send the call information effectively and display thenumber of beds through its digital display, ask doctors and nurses for help through Sound buzzer. Besides the system can store call information for query, and extended the link with computer for management.The

4、system has a simple circuit structure and low cost, high reliability and easy wiring construction features. The morethe number of hospital beds is, the more advantages it would has.Key words: Call system; Communication; Memory storage; Single-bus technology基于单片机的医院病床呼叫系统设计陈继铭（指导教师，梅斌）（湖北师范学院教育信息与技术学

5、院 湖北黄石435002 ）1 .前言近年来，随着人们生活水平的不断提高，人们对医疗水平的要求也不 断提高，特别是突发情况下病人请求值班医生或护士进行及时诊断或护 理，这一环节对提高医院的管理服务质量显得尤其重要，这同时也大大 提高了医院医护人员应对突发事件的能力。在以往医院，病人遇到突发 情况时，由于向医护人员得不到及时的救助，往往错过了最佳治疗的时 问，最后造成小病酿成大病，大病酿成无药可医，最后导致死亡。因此 ， 一种新型临床呼叫仪器的研制成为近些年来的研究热点之一。为了提高 医院管理水平,需要有新型可靠病床呼叫仪的辅助。临床求助呼叫是传送 临床信息的重要手段，病房呼叫系统可将病人的请求

6、快速传送给值班医 生或护士，并在值班室的监控中心主机上留下准确完整的记录 ，是提高医 院和病室护理水平的必备设备之一。呼叫系统的优劣直接关系到病员的 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。利用电力线载波通信技术、单片机多机通信和计算机监 控管理技术设计的具有呼叫、振铃、显示排队、优先权设定、存储记录 等功能的病床呼叫系统，满足了医院的病房管理和护理要求。本文基于单片机的医院病床呼叫系统设计，是一种利用单总线技术 和单片机间串行通信设计的有记忆可靠病床呼叫系统，他不但能够有效传送呼叫信息，而且能通过数码显示求助病床号和通过蜂鸣器声音求助 医护人员。因此，

7、本课题是非常有意义的。2 .系统功能分析及设计要求一个很好的呼叫系统，它的功能设计首先要符合用户的习惯，同时 操作方便，易学，易用。本系统应包括声音报警功能，数码显示功能， 复位清零，查询功能。当医院病人有紧急情况或者打静脉点滴时，可以 很方便的按下呼叫按钮，发出呼叫信号，这时医院值班室就显示病床号 并报警。考虑到医护人员可能有特殊的情况离开值班室，设计时候要求主机 可以存储呼叫记录、即有记忆方式。考虑到以后医院病床的无限增加， 设计时采用单总线技术无疑是一种最好的选择，它可以允许在单总线上 挂任意多个测控对象。整个电路要求以C51系列单片机为控制核心，以串行通信方式传输 数据1。要求所设计方

8、案可以用硬件实现，具有很高应用价值，同时准 确、可靠、简便可行、利于推广，可以将病人的请求快速的传递给值班 医生或护士，并在值班室主机上留下完整的呼叫记录信息。从而可以有 效提高医疗服务水平，适应现代社会需求。3 .系统总体设计方案本设计采用两个单片机系统，同时可以扩展和 PC机通信，在PC机 上用可视化菜单管理病房呼叫记录情况，以便于更加系统的管理医院病 房和考察医院管理水平及效率。两个单片机系统之间实行串行通信。从机采用分布是控制方式7,从机单片机和呼叫器的应答改变了以 前通过一根三芯导线来完成（即包括电源线，信号线，地线）来完成， 而是采用单总线器件构成的终端呼叫器和从机单片机构成呼叫系

9、统，这 样从机单片机和各病床呼叫器终端之间只有一根双绞线（一根信号线， 一根地线）一一即单总线，它将地址线、数据线、控制线合为一根信号 线路，允许在这根信号线上挂上百个测控对象。主机以89C51为控制中心，通过用口接受从机发来的呼叫信息，通 过运算处理送译码电路数码显示及报警求助，同时存储呼叫信息2,可以实行复位记录清零，删除记录，上翻和下翻查找呼叫记录信息。因此，基于单片机的医院病床呼叫系统设计通常应该包括主机和从 机、主机包括报警电路、译码显示电路、复位、查找操作电路等基本单 元，而且从机包括呼叫电路，向主机和 PC机发送呼叫信息电路。1、主机系统框图:图主机系统框图2、从机系统框图:图从

10、机系统框图4 .主要应用器件及技术原理微处理器介绍4.1.1、 MCS-51单片机的特点：(1)小巧灵活、成本低、易于产品化。能组装成各种智能式测控设 备及智能仪器仪表。(2)可靠性好，应用范围广。单片机芯片本身是按工业测控环境要 求设计的，抗干扰性强，能适应各种恶劣的环境，这是其他机种无法比 拟的。(3)易扩展，很容易构成各种规模的应用系统，控制功能强。单片 机的逻辑控制功能很强，指令系统有各种控制功能指令，可以对逻辑功 能比较复杂的系统进行控制。(4)具有通讯功能，可以很方便地实现多机和分布式控制， 形成控 制网络和远程控制。正是由于51系列单片机具有以上优点，所以成为本次毕业设计所选 用

11、的处理器。2、MCS-51单片机的结构AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory ）的 低电压，高性能CMOS8微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读 存储器可以反复擦除100次。从工作原理上讲，单片机就是一种微型计 算机，是一种“程序存储式”计算机。它是在一块硅片上集成了中央处 理器（CPU、随机存储器（RAM、程序存储器（ROME EPROM、定时 /计数器以及各种I/O接口，也就是集成在一块芯片上的计算机。图MCS-51单片机的结构单片机双机串行通信原理4.2.1

12、 单片机用行口结构C51单片机串行接口是一个可编程的全双工串行通信接口。它可用作异步通信方式（UART,与串行传送信息的外部设备相连接， 或用于通 过标准异步通信协议进行全双工的 C51多机系统，也能通过同步方式， 使用TTL或CMO整位寄存器来扩充I/O 口。C51单片机通过管脚RXD（,用行数据接收端）和管脚 TXD（,用行数据发送端）与外界通信。SBUF1用行口缓冲寄存器，包括发送寄存器和接收寄存器。它们有相同名字和地址空间，但不会出现冲突，因为它们两个一个只能被CPUW出数据，一个只能被CPUW入数据图51单片机用行口结构本设计用行口采用工作方式一，用定时器一工作在方式2做为波特率发生

13、器，为可变的10位异步通信接口方式。发送或接收一帧信息，包 括1个起始位0, 8个数据位和1个停止位1。图是异步通信的字符帧格 式：图异步通信字符帧格式输出当CPUl行一条指令将数据写入发送缓冲 SBUF寸，就启动发送。 申行数据从TXD管脚输出，发送完一帧数据后，就由硬件置位 TIo输入 在（REN =1时，用行口采样RXDt脚，当采样到1至0的跳 变时，确认是开始位0,就开始接收一帧数据。只有当（RI） =0且停止 位为1或者（SM2 =0时，停止位才进入RB8 8位数据才能进入接收寄 存器，并由硬件置位中断标志RI;不然信息丢失。所以在方式1接收时， 应先用软件清零RI和SM2fe志。4

14、.2.2 单片机双机通信连接本系统设计采用的是单工通信制式，在这种制式下，通信线的一端 接从机发送器，一端接主机接收器，数据只能按照一个固定的方向传送。 值得说明的是，尽管多数串行通信接口电路具有全双工功能，但一般情况只工作于单工或半双工制式下，这种用法简单、实用图双机通信示意图单片机与PC机通信原理4.3.1 串行通信总线标准及其接口连接在单片机应用系统中，数据通信主要采用异步串行通信。在设计通 信接口时，必须根据需要选择标准接口，并考虑传输介质、电平转换等 问题。采用标准接口后，能够方便地把单片机和外设、测量仪器等有机 地连接起来，从而构成一个测控系统。同样当我们需要单片机和PC机通 信时

15、，通常采用RS-232接口进行电平转换。RS-232C是使用最早、应用最多的一种异步串行通信总线标准。它是 美国电子工业协会（EIA） 1962年公布、1969年最后修定而成的。其中 RS表示RecommendeStandard , 232是该标准的标识号，C表示最后一次 修定。RS-232C主要用来定义计算机系统的一些数据终端设备（DTE和 数据电路终接设备（DCE之间的电气性能。MCS-51单片机与PC机的通 信也是采用该种类型的接口。由于 MCS-51系列单片机本身有一个全双工 的串行接口，因此该系列单片机用RS-232C串行接口总线非常方便。RS-232C串行接口总线适用于：设备之间的

16、通信距离不大于15米，传输速率最大为20kB/s。RS-232C不能和TTL电平直接相连，使用时必须进行电平转换，否则 将使TTL电路烧坏，实际应用时必须注意。常用的电平转换集成电路是传 输线驱动器MC148诉口传输线接收器MC1489另一种常用的电平转换电路 是 MAX2324.3.2 单片机与PC机通信与电平转换单片机（从机）将计算好的病床号，写入SBUFU存器，经过MAX232 电平转换后，将信号串行传输给 PC机的串口。PC机接收到呼叫信号后， 将呼叫记录录入VB菜单管理系统，它记录呼叫时间，次数以及是否处理、 处理结果。如此医院可以完全实现对所有病床的呼叫求助管理，同时对 值班医护人

17、员的服务进行考核测评，提高了医院服务效率和质量。L5NE1H 二 H,±JIrT-tI h-XTmI CtPinMlPl 3m 3(4 1>稣P13114Itl. A1E >Pl JP16虫“lu j(jLid>E上兽工：j!皿1-3.1； A5)曲MlTliT'3i；i叫Ml）W3<)pwmHJLn/P1PUtAlJ)打ALlSTAL*wcwe刑 而让外kWJ,j.V)AiiyL'HJD-WI叩HE)4253C>Ovrc 制CHD图PC机与单片机通信电平转换电路上图为PC机的DB9接头与AT89C51单片机通过 MAX2321接起来的电

18、路原理图。单总线技术原理单总线技术即从机采用分布是控制方式，从机单片机和呼叫器的应 答改变了以前通过一根三芯导线（即包括电源线，信号线，地线）来完 成，而是采用单总线器件构成的终端呼叫器和从机单片机构成呼叫系统, 这样从机单片机和各病床呼叫器终端之间只有一根双绞线（一根信号线,一根地线)一一即单总线，它将地址线、数据线、控制线合为一根信号 线路，允许在这根信号线上挂上百个测控对象。从机终端呼叫器由单总线器件DS2401和开关封装在一起构成，DS2401芯片是一种符合单总线协议的 ROM®片，厂家在其中写入了唯一 的序列号，用作寻址定位的标识。对他的操作非常简单，只需在发完复 位脉冲并

19、检测到回复信号后，由主机发送读序列号命令，即可将序列号 按单总线协议要求读回来。利用它的这种特性可以构成简单的病床终端 呼叫器，并将其挂在单总线上即可70图DS2401单总线设计如上图，当某一病床开关闭合时，DS2401对地线短路接通，此时单 片机可以查询到该芯片的序列号，即病人的呼叫信号，然后经计算得到 病床号，再有从机传送到主机报警显示。5 .系统硬件电路设计(1)主机PCB原理图：图中主要以AT89C51为控制核心，包括显示电路, 报警电路，复位晶振电路，和查询电路。图主机PCB原理图(2)从机PCB原理图：图中主要以AT89C51为控制核心，包括呼叫电路,复位晶振电路，和通信电平转换电

20、路图从机PCB原理图晶振及系统复位电路1、XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端， 使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到 XTAL1而XTAL2S空。 内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz时钟频率就为6MHz晶振的频率可以在1MHz-24MH内选择。电容取30PF左右。 本系统采用内部方式，串行通信采用波特率 9600,晶振选用。图 晶振内部方式图 复位电路2、复位：在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以 上的高电平出现在此引脚时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平， 51芯片便循环复位。复位后 P0- P3 口均置1引脚表现为高

21、电平，程序 计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。当复位脚由高电平变为低电平 时，芯片为ROM勺00H处开始运行程序。常用的复位电路如图所示。呼叫器和查询电路如图，由于厂家在DS2401芯片中写入了唯一序列号，当某一呼叫器 开关闭合时，DS2401对地线短路接通，此时单片机可以查询到该芯片的 序列号，即病人的呼叫信号，然后经计算得到病床号，再有从机传送的 主机报警。同样记录复位和查询电路设计和呼叫器电路设计是一样的原理3。实际情况中要对不同病房呼叫设置不同的响应优先级，以此来处理呼叫冲突问题。图呼叫器电路设计数码显示电路如图，使用端口来选通数码管，控制数码管的供电，这里只给出了一个 数码管的连

22、接方法，如果病床数目达到了两位数、甚至是三位数，就相应需 要两个或者三个数码管了，数码管采取共阳极接法，当要显示某一位数时候， 单片机通过P0端口送出要显示数的对应七段代码，通过锁存器可以保持数 码管处于点亮的状态；在此同时，用口来送出选通信号，即高电平。但是因 为单片机驱动电流是很小的，驱动 LED发亮，在这里用PNPE极管来放大电 流，以此来驱动数码管。当然，当数码管个数超过一个时，接法和一个数码 管时接法类似，但是需要动态扫描显示；为了防止重影，每送完数据要关闭 数码管，再开启下个数码管显示，同时注意有一定的延时操作。也达20_PO (X ADQ1PGHADI1PO 3AD2) 第 34

23、AD3) P0如gP0 5CAD5) F0MAD6) P0丸皿ALEwDDDaDEND出 D o I，3 H 5«|1ON 5QQQ3Q5QG5 h-XLS373LED图LED数码显示电路报警电路如图，LM386是低频功率放大器，我们通过单片机产生报警信号通 过端口送给报警电路，实行功率放大最后产生报警声音。图中使用电容 可以有效地降低直流偏压的影响，同时还可以降低电源纹波，以此使交 流报警信号无失真的进入喇叭发出警报声。图报警电路设计6 .系统软件设计系统主、从机软件流程图1、主机软件流程图：图主机软件流程图2、从机软件流程图：图从机软件流程图系统程序设计6.2.1 主程序一、主机

24、：（程序见附录一）主机开机初始化，对工作模式、波特率、串行通信以及做好设定，接受数据准备。同时开机数码管显示 0,表示无呼叫信号。无呼叫信息情况下也是显示00初始化完后，进入死循环，不断检测有无新呼叫信 号发送过来，如果有就显示报警并存储起来，同时循环中，不断检测有 无复位，查询操作的到来；若有，则调用数组元素（呼叫记录）并显示。关于通信的波特率设置。方式 1的波特率是可变的，以定时器 T1 作波特率发生器使用，具值由定时器1的计数溢出率来决定，其公式为：qsmod波特率 2黑一(其中x表示计数初值)3212 (2 x)二、从机：(程序见附录二)从机主程序开机上电进入初始化，设定工作模式，通信

25、波特率。然 后进入死循环不断扫描单总线上有无病床呼叫信号到来，一旦有，就立 刻开启中断，然后进入串行中断状态，在中端服务程序中计算键值，同 时将求助信号发送给主机。6.2.2 床号数码显小程序void led_show(uchar a)(P0=a;delay_ms(1);这里以一个数码管显示为例，不考虑多个数码管显示问题，由于数码 管显示代码是按共阴极编写的，而硬件电路中要求发来的显示数据是共阳 极的，所以要取反操作。向端口送入数据后可以延时1ms在实际应用中在送数据同时要向选通线送入高电平才可以。送入显示的数据可以通过锁存器保持LED点亮的状态，直到下一次新的数码值的到来才会改变。6.2.3

26、 声音报警程序void baojing( )6.2.43f3f3f3f3f3f3f3f3f3f4F66" 4F66” 单片机控制的双向呼叫系统J.电子技术.2001年10期？2赵曙关，李增烈.具有记忆功能的病房呼叫系统J.电子科技.1998 年 2 期？3陈新岗，赵阳阳等.基于单片机的无线病房呼叫器J.重庆工学院 学报.2008年10期？4李长俊.新型病床呼叫系统的研制J.仪器仪表学报.2004年04 期增刊?5罗伏力.8031控制的病房呼叫系统J.衡阳市机电工程学校. 2002年6期6黄宇飞，秦旭.单片机单总线技术J.单片机与嵌入式系统应用.2001年01期？7吴江，陈尚松.单总线

27、技术在测控系统中应用J.电测与仪表.1999年09期？8李仕心.多位病床呼叫器J. 2001 年第13卷02期？9李树雄，李拓.基于PLC的智能病床呼叫系统设计J.医疗卫生装备.2008年 第09卷03期？10张华林，林达明.无线病房呼叫系统的研制J.国外电子元器件.2006 年 08 期？附录一：/主机主程序设计#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#include <>sbit P20=P2A0;sbit P21=P2A1；sbit P22=P2A2;sbit P23=P2A3;sbit P24=P2A4;sbi

28、t P25=P2A5;sbit P26=P2A6;sbit P27=P2A7;codetable10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f);/0/要显示的床号uchar k;uchar store_1,store_sign;void delay_ms(unsigned int n) /延时nMS的程序unsigned char j;while(n-)for(j=0;j<230;j+);/230是实验测试所得!unsigned char uart_getc( )/主机接收程序while(!RI);RI = 0;return S

29、BUF;报警程序)void baojing( )/(uint i,j;for(j=0;j<12;j+)(for(i=0;i<10;i+)(P22=1;delay_ms;P22=0;delay_ms;)for(i=0;i<10;i+)(P22=1;delay_ms(2);P22=0;delay_ms(2);)void led_show(uchar a) /数码显示程序P0=a;delay_ms(1);)ucharvoid main( )/主机主程序(Store10=0x3f,0x3f,0x3f,0x3f,0x3f,0x3f,0x3f,0x3f,0x3f,0x3f);SCON=0

30、x50/串口工作在方式1,异步模式PCON=0x00/波特率翻倍TMOD=0x20; /定时器1工作在方式2TH1 =0xfa;/波特率9600,晶振为TL1 =0xfa; / 自动重装在赋值TR1 = 1; /启动定时器，产生波特率RI = 0; /接收标志位清零TI = 1; /发送标志位清零ES = 1; / 中断允许EA = 1; / 总中断允许k=0;led_show(0x3f); /开机显示 0store_sign=0;while(1) if(store_sign=1) if(k=9) k=0;store+k=store_1;store_sign=0;if(P23=0)storek

31、=0x3f;led_show(storek);delay_ms(25);/复位操作if(P24=0) if(k=0)k=10; led_show(store-k);delay_ms(25);/上翻操作if(P25=0)if(k=9)k=0;led_show(store+k);delay_ms(25);/下翻操作void serial_int(void) interrupt 4/串口 接收中断服务程序 unsigned char temp;if (RI) temp = SBUF;RI = 0;store_1=temp;store_sign=1;switch (temp)case 0x06:led_show(temp); /一呼叫信号收到病床baojing();break;case 0x5B:led_show(temp); /床二呼叫信号收到病baojing();break;case 0x4F:led_show(temp); /床三呼叫信号收到病baojing();break;case 0x66:led_show(temp); /四呼叫信号收到病床baojing();break;bre