【《基于单片机控制的无线病床呼叫系统设计与实现》5400字（论文）】

校园网络安全架构设计与实现基于单片机控制的无线病床呼叫系统设计与实现目录TOC\o"1-3"\h\u17911.概述 124252.系统硬件设计 257242.1方案总体设计 224692图1呼叫发射终端 2263282.2.1呼叫按键模块 2165972.2.2无线发射模块 3229962.3中央监护终端 537492.3.1无线接收模块 5211732.3.2声音报警模块 5310262.3.3液晶显示模块 679702.3.4应答按键模块 6196603.系统软件设计 7251673.1主函数程序 839553.2初始化程序 990683.3延迟子程序 11102423.4液晶显示屏幕程序 11247504.功能测试与分析 1229635.总结与展望 13摘要：目前人们对医疗卫生需求不断提高，尤其是互联网的高速发展对医疗卫生的需求提供了大大的后勤保障能力，尤其是当前通信技术的发展更是迅猛。患者与医护人员的信息传递问题是医疗卫生中非常重要的一环，传统的患者与医护人员之间的信息传递，主要是依靠墙上的有线按钮与护士站进行信息传递，可是传统的有线病床呼叫系统存在着布线困难，成本高，后期维护麻烦等问题，且当患者行动不便时，很难去操作呼叫机。基于此本文主要针对传统的有线病床呼叫系统进行改进，利用STC89C51单片机，通过无线收发模块进行信号的传输与对医护人员的呼叫，同时利用LCD液晶显示屏对患者的需求进行输出，大大的方便了患者和医护人员之间的信息交流。关键词：智慧医疗，无线病床呼叫系统，STC89C51，声光提醒。1.概述随着科技的发展，互联网也正在以着高速智能的模式发展中，特别是当前的无线通信技术的发展更是迅速，而医疗与互联网的融合也早已深入人心，当前社会下的智慧医疗话题更是热度不减，而医疗卫生中当患者需要换液或者有麻烦需要去对医护人员进行呼叫是有关于智慧医疗中较为重要的一环。传统的有线病床呼叫系统非常麻烦，需要在墙里布线，长度有限，往往布置的费用也高的惊人，并且后期的维护也非常的麻烦。病人呼叫医护人员时往往需要去伸手按按钮，甚至是起身去触碰，当病人正在输液或者行动不便时，往往很难去进行这一操作，导致无法第一时间与医护人员进行请求帮助。然而目前随着无线通信网络的高速发展，本文特意在传统有线网络所不具备的功能上进行改进，通过使用STC89C51单片机，将传统的有线病床呼叫系统升级为无线病床呼叫系统，大大的方便了患者的使用，当患者进行输液时也可以方便的去使用此呼叫系统。并且此系统不需要布线，成本低，布置简便，非常容易去安装和使用，并且后期的维护也很方便。2.系统硬件设计2.1方案总体设计无线病床系统分为呼叫发射终端和中央监护终端2个部分组成。呼叫发射终端是由四个呼叫按钮和无线发射模块组成，中央监护终端是由无线接收模块，声音报警模块，应答按键模块，液晶显示模块组成。当病人按下呼叫按钮，无线发射器模块发射出信号，无线接收模块接受到信号，无线接收器模块再将信号传输到单片机，单片机将会对其传输的信号进行分析处理，最后再将信号转化并且显示到液晶显示屏和蜂鸣器上。图1呼叫发射终端2.2.1呼叫按键模块本设计采用的呼叫发射终端是4个互不产生影响的按键组成，每一个I/O口都是一个单独的按键电路，且每个按键都是各自工作互不影响。该按键电路的初始状态为常开，通过引脚将其与无线发射模块连接，当按下按键时某一处状态闭合，无线发射器模块接受到信号并发射信号给无线接收器模块。4个按键会自动进行扫描，当有患者按下某个按键时，键盘会扫描到键盘，然后将此键盘的已经按下的信息，传递给芯片。之后无线传输系统就会传递信号。图2按键扫描过程2.2.2无线发射模块本设计选取SC2262编码芯片作为无线发射模块，它与SC2267解码芯片是一对无线发射和接收的芯片。SC2262编码芯片是一种性价比极佳的可用编码电路，其拥有着12位（A0-A11）的3态的地址管脚：“0”，“1”以及“开路”。同时还拥有3种（D0-D5）数据端管脚，可以将不同的地址，信息等通过不同的接脚状态来实现各种各样的功能。当我们需要去使用无线发射遥控功能，可以选择已有的数据脚和地址脚通过第17串行进行输出。图2各管脚说明起始状态时TE端保持为低电平，信号发出的时候SC2262会将码地址和码数据编码成波形之后该波形可以通过红外方法或者射频方法传出信号，之后接收电路将其接收并还原成波形，之后将波形传递给SC2272去解码，解码之后通过端口输出给单片机进行信号处理并做出相应的反馈。无线病床呼叫系统将4个互不影响的按键与发射模块相连接，之后由SC2262编码，每一个按键编码代表一个病床号，当病人按下按键时，发射模块发射信号将会由接收模块进行接收。由于本发射模块居于较强的保密系统，每个按键之间不会互相影响。但是在同一个系统内需要将SC2262编码芯片与SC2272的地址保持高度一致才可以保证正常使用，不同的系统则可以将地址采取不同的来去加以区分开。图3SC2262芯片2.3中央监护终端2.3.1无线接收模块本设计所采用的无线接收模块是和SC2262相对应的SC2272解码芯片和接收头所组成。当信号通过无线传输模块传输过来时，接收头会接收到信号之后将信号传递给SC2272译码芯片，SC2272译码芯片会将SC2262发射的由地址编码，数据编码和同步编码组成的信号进行2次核对，假如核对通过，SC2272译码芯片会将信号通过解译传递。同时SC2262与SC2272的地址编码一定要保持相同，且振荡电b路也一定要相对，且一般情况下译码芯片的振荡的频率要大于编码芯片的振荡频率的2~8倍，才能够保证远距离使用且不产生错误。图4SC2272芯片2.3.2声音报警模块当患者使用呼叫按钮后，信号会传递到护士站，但是此时护士站可能正在忙于其他事件，因此我们需要一个声音报警模块。当有患者需要寻求帮助时，蜂鸣器立刻发出声音进行提醒，直到有医护人员进行回复才会停止声音，如果没有人进行回复其会一直进行呼叫。我们将控制停止模块与蜂鸣器的P34引脚连接在一起，同时我们使用一个三极管对蜂鸣器起到一个保护的作用，这样可以使蜂鸣器在长时间无人应答的情况下也不会损坏。此外最重要的是通过这个三极管我们还可以将蜂鸣器的声音放大，即使护士离的距离较远或者场地声音较大也可以听见蜂鸣器报警。同时此蜂鸣器还带led灯在报警时会闪烁，更加可以引起医护人员的注意。图5蜂鸣器结构2.3.3液晶显示模块在无线病床呼叫系统中液晶显示模块是非常重要的一环，医护人员可以通过液晶显示屏清楚的知道患者的状况。本设计选取的是LCD1602作为液晶显示的模块，LCD1602是一种性价比非常高的液晶显示屏幕，其显示质量高，收到信号后恒定发光，且不会闪烁，其的数字式接口与单片机接口连接也是极其方便的，其次还拥有不占空间，容易拿取，耗电量低等众多优点。图6LCD1602每次编写显示LCD1602屏时都要检查确认液晶显示模块是否初始化，即模块是否初始状态为忙标志（低电位），如果液晶显示模块没有设定为初始化，功能不能正常使用，因此使用编写后要在LCD1602屏上显示都必须将模块初始化才能保证正常的使用。当初始状态为忙状态，表示不忙，然后通过写地址来写LCD1602内部的地址来告诉屏幕在哪个地方显示字符。2.3.4应答按键模块系统内在中央监测端设置了两个应答按键模块，一个按钮是用来处理和反馈逐个病床信息的，另一个按键按下之后就会使所有的病床信息全部归零，且当按下哪个按键该病床的信息就会回归初始状态，当按下全部归零的按键之后全部病床的信息都会变成初始状态。和呼叫端使用的键盘一样都是I/O接口，当医护人员按下后，单片机进行处理反馈，将信息清零。图7应答按钮3.系统软件设计本设计采用的软件设计编写是C语言，C语言在底层开发应用较多，尤其是用于在单片机的程序编写上，C语言具有编译简单，效率高，可跨平台使用，且易于调试与修改。本此设计的呼叫系统的系统软件部分主要有以下几个部分组成：主函数程序部分，初始化程序函数部分，延迟子程序函数部分和液晶显示屏幕程序部分。系统开始时为初始化状态，按键模块会进行扫描检查，当患者按下按键时，会将状态改变并将参数通过无线传输模块传递与无线接收模块，并在接收端上设定一个报警值，当信号输入时会发出报警信号，此时蜂鸣器会产生报警，并且将液晶显示屏幕的字符改变，将患者信息传递于液晶显示屏上。当护士站的医护按下应答按钮后，将状态清零，并回归到初始态。图8系统软件设计流程3.1主函数程序主函数端编写了程序的主要功能，当有患者按下按键时，键盘扫描到信息改变状态，蜂鸣器进行报警，并且判断时哪个床位进行报警。当二号床位进行报警，液晶显示屏幕上会将二号病床的信息反馈并且输出，当一号同时按下且二号病床并没被应答取消时，会将一号床位的呼叫同时显示，但是二号病床的优先级一直高于二号病床，并且蜂鸣器会一直报警，直至医护人员进行应答。当医护人员进行应答按键的操作之后，首先判断是哪种操作，如果是取消单个病床呼叫会弹出知晓信息并且还会将单个的病床信息进行归零初始化，如果操作为全部取消按键，会将所有的病床信息在液晶显示屏幕上清除，同时将病床的信息进行初始化，以便于患者下次呼叫使用时，互不影响。同时按下应答按键之后，蜂鸣器取消报警，状态回归到初始界面。图9主函数程序3.2初始化程序图10初始化程序函数（1）初始化函数将LCD1602的状态初始化，LCD1602的初始状态设为背光模式，同时将应答按钮，蜂鸣器的状态初始化。同时定义按钮没有使用是的界面显示字符。之后定义一个数组，便于将病床信息按顺序显示在屏幕上，同时用一个num的变量将病床的初始化设定为0，便于键盘扫描，当患者按键按下后状态改变，就会将信息输出在呼叫端。将LCD1602开启背光模式，同时将清零病床引脚，将状态全都设定为初始化的状态。图11初始化程序函数（2）3.3延迟子程序图12延迟子程序函数为了让单片机更好的运行，设定一个延迟为1ms的延迟子函数，且可以便于其他函数方便使用。3.4液晶显示屏幕程序将数据写入液晶显示屏中并进行显示，当系统状态为初始化时，LCD1602显示一串固定的数字保持不变，当患者按下按键进行处理且写入液晶显示屏中，通过写入的数据来显示1号病床，2号病床，3号病床，4号病床。当医护人员接收到了信息并且按下应答按钮。屏幕信息清零，变回初始状态，当再此使用功能时会循环此功能。图13液晶显示屏幕程序函数（1）图14液晶显示屏幕程序函数（2）4.功能测试与分析系统的功能测试是完成所有工作之后必须要做的事情，如下图左边是无线遥控发射端实物图，由无线发射器，一个12v的电池，按键所组成，四个按键分别可以代表1号，2号，3号，4号病床，左边图是护士端，当插上电源时L液晶显示屏会显示初始状态为一串初始常态字符串。初始状态的蜂鸣器是关闭的，右下角的蓝色的按键时电源开关机键。图15初始界面当一号病床按下按键呼叫医护人员时，蜂鸣器报警闪烁，并且液晶显示屏上显示是1号病床在呼叫医护人员。后续按下二号以及三号病床的呼叫按键且医护人员未做出应答时，二号和三号病床的信息会同时反馈到液晶显示屏上显示，且蜂鸣器接着报警直到医护人员进行应答。图10不同病床同时呼叫界面当一号病床呼叫之后，医护人员进行应答之后会在液晶显示屏上反馈显示医护人员接收到的信息状态，且蜂鸣器取消报警，一号病床状态返回到初始状态。当一号二号以及三号病床同时呼叫时，医护人员按下单个处理按键会以此反馈收到的信息，并且返回应答病床的病床信息，但是如果没有将所有的病床全部应答蜂鸣器会接着报警，直至全部的病床都被一一的应答之后才会取消报警。图11仅1号病床呼叫时应答图12图13（1，2，3）病床呼叫时分别应答单个按钮旁边的按钮按下时（一键全部应答）当前无论显示多少个病床信息都会自动的清除信息，并且蜂鸣器不再报警。5.总结与展望经过此次的实验，通过对软硬件的选择以及使用，基本上将一个较为基础功能的无线病床呼叫系统制作了出来，可以为今后医院的病床呼叫系统做一个较为简单的参考。本实验虽然较为基础，但是能够实现目前病床呼叫系统所需要使用的几乎所有功能，包括患者对医护人员的呼叫，患者呼叫以后护士站的蜂鸣器报警系统，以及在液晶显示屏上将病床的信息显示出来，并且只有当护士应答信息之后才会取消蜂鸣器报警和显示屏上的信息，因此不会出现长时间无人应答之后自动取消的问题。通过本次的实验设计，我学习到了非常多的知识，首先我了解了STC89C51单片机的内部构造以及各个引脚的使用和连接，知道了单片机内部的构造，以及单片机模块的运作原理。其次在本实验中占据非常重要地位的无线收发信号模块是我之前接触并不多的硬件，通过本实验的学习，我知道了无线收发信号模块的工作原理，知道了其内部构造，并且无线收发模块是一个成对存在的东西，他们通常是在一起出现的，也拥有相同的地址。最后通过本次实验的学习我了解到了一个系统在设计与产生之时需要考虑非常多的问题，比如对硬件选择的性价比上，还有使用的便捷上，其次还有各种设计的细节，比如在应答模块的设计，在蜂鸣器的报警上是需要等到医护人员应答之后才能够取消报警，这样就不会错过患者的呼叫请求。当前国内的很多医院依旧使用的是将呼叫系统安装与墙上，且通过有线的方式连接在一起，这种有线病床呼叫系统使用起来非常的不方便，尤其是对于行动不便的患者。而本设计所设计的无线病床呼叫系统不需要采取布线的方式，可以直接通过无线连接的方式将护士站与病床相连接在一起，由于是无线的，病床端所使用的按键也非常的方便使用，就算当病