病房无线呼叫系统的设计-毕业论文.doc

病房无线呼叫系统的设计【摘 要】 随着人们对医院病房呼叫系统的无线传输距离和稳定性的要求越来越高，因此设计一款稳定度高，并且传输距离远的病房无线呼叫系统就很有必要了。本设计就是针对这种需要而设计的一个系统，它采用AT89S52单片机作为主控芯片，通过PT2262和PT2272来编码解码,利用MAX公司成产的MAX7044和MAX7033设计无线发射和超外差式接收电路来传递信号，呼叫信息能够通过液晶1602显示出来，并启动音乐报警电路，提醒医护人员处理。通过测试，稳定性和传输距离都达到了设计要求。【关键词】无线发射和接收 编码 解码 音乐报警Abstract As the wireless transmission distance and stability of hospital ward call system is higher, it is necessary to design a wireless ward call system .This design uses single-chip microcomputer AT89S52 as the master chip, and uses the PT2262 and PT2272 as the chip of coding and decoding, and uses MAX7044 and MAX7033 designed by the MAX company as the chip of delivering signals through specialized wireless transmitting and superheterodyne type of receiving circuit,uses liquid crystal 1602 to display call signals and can start music, which can warm health care provider to handle. The stability and the transmission distance meet the design requirements through the test.Key words Wireless transmitting and receiving , Coding, Decoding, Music alarm目录第1章 绪论21.2课题意义21.3本论文的主要内容3第2章 系统概述42.1系统总体设计方案42.2发射和接收模块的设计原理42.3 编码和解码模块的设计原理72.4 CPU方案选择92.5液晶模块102.6温度采集模块112.7音乐报警模块12本章小结12第3章 硬件设计133.1单片机最小系统133.2无线收发电路的设计143.3编码解码电路的设计153.4液晶显示电路173.5温度采集电路173.6音乐报警电路18本章小结18第4章 病房无线呼叫系统的软件设计194.1程序总流程图194.2液晶显示子程序214.3中断子程序21本章小结22第5章 无线呼叫系统的调试和结果235.1 实物整体外观235.2测试结果及展望23结束语25参考文献25致谢语26附录一： 原理图27附录二： 单片机程序28第1章 绪论1.1课题背景与来源目前，随着人们生活水平的不断提高，国内外很多服务性行业迅速发展，人们对服务性行业的要求也越来越高，行业间的竞争也越来越激烈，而很多服务性企业由于本身的发展跟不上时代而逐渐被无情的淘汰掉了。当今国内各种大大小小的医院绝大多数还是在使用有线的呼叫系统，有些小医院甚至连有线的都没有，这不仅影响了医院的声誉，也就给病人及家属带来了诸多不变。有时甚至出现病人遇到突发事情时，如打完点滴了，其家属到处乱跑找医生的情况，有些甚至在医院里大呼小叫的叫唤护士，扰乱了医院安静的环境，破坏了其他病人静养的心情，也吵醒了不少正在休息的病人，给医院制造了很多不必要的噪音，也带来了不少抱怨。而有线的呼叫系统由于布线复杂，代价昂贵，不可移动，有碍美观，难修复等弊端而逐渐跟不上服务质量，已经落后时代。医院急需一款便捷，高性能的呼叫系统。对讲机的出现给人们带来了不少方便，它是一种双向移动通信工具，在不需要任何网络支持的情况下就可以通话，没有话费产生，它呼叫及时方便，在一定区域内也有着广泛的应用。但是，对讲机本身制造麻烦，代价昂贵，耗电量大，信道少，容易受干扰，不能显示号码，查寻呼叫功能，只能语音通信，务必给周围其他人带来了噪音污染。由于它本身的局限与不足，注定了对讲机无法适用于服务性的行业中，最终也不是一个让人十分满意的呼叫系统。 如何集有线呼叫系统和对讲机各自的优点于一身，开发一款新的能很好的适用于服务性行业的呼叫系统，经过人们几年的探索与努力，已经初露头角，开始服务于市场，服务于人们。1.2课题意义 一款新的能满足人们要求，适合服务性行业的无线呼叫系统，对人们生活的改善，对企业形象的提升起着十分重要的作用。对医院单位而言，在同类行业中，安静清雅的环境更具有竞争优势，快而准的服务极大地提高了工作人员的办事效率，便捷的呼叫系统节约了大量的人力，财力。对医务人员而言，不需要时刻去查房、巡逻，更不需要高声应答病人或家属，免去了无数次的来回奔波，维护了医院良好的安静环境，及时而准确的给病人带来需要和服务。语音报警提示更亲切自然，温和的声音让工作人员避免了嘟嘟嘟的噪音骚扰，心情更放松。对病人及其家属而言，不必在医院大声喧哗地呼叫医务人员，也不用亲自走到护士房告知护士，更不用在各个病房到处寻找护士。即使病人在没有家属陪伴的情况下，也能及时呼叫得到护理。只需轻轻一按从机的按钮，无论是在床上还是走廊，还是厕所，都能传达呼叫的信号。护士只要在总机旁观察就能看到呼叫的房间，呼叫的次数，按键回复便能立刻派护士去查看和护理。该系统的设计主要分主机和从机两部分，集无线16路数据收发，液晶显示，语音报警于一体，具有施工快捷、简单、故障率低、移动方便，使用无线呼叫器的病人，无需四处张望寻找，也无需高声喊叫，只需轻松地按一下呼叫器的按钮，所需要的服务就会得到及时的解决。优雅、安静、舒适的环境无不令人向往；低功耗，微型化，环保、美观，高效的无线通信系统在医院等方面的应用将越来越备受人们的关注。1.3本论文的主要内容本文设计主要是通过MAX公司生产的MAX7044和MAX7033来实现发射和超外差式接收电路，PT2262对信号进行编码，通过无线传输，再通过PT2272对收到的信号进行解码，单片机对信号进行处理，相应的信息通过液晶显示，并启动音乐报警电路。本论文的主要内容分为五章。第一章介绍了课题的背景和来源以及意义，第二章介绍超外差式收发的理论设计方案，第三章介绍了硬件电路的设计过程，包括发射电路，接收电路，单片机最小系统，液晶显示模块，温度采集模块以及音乐报警模块，第四章介绍了软件设计的思路和流程图，第五章介绍作品的实现过程，包括实物图和调试结果图，并对数据进行了分析和总结。第2章 系统概述本章将介绍系统的工作过程，系统的总体设计方案，以及各个模块的设计原理，包括无线发射和接收模块，编码解码模块，温度采集模块，液晶显示模块和音乐报警模块，并对主控芯片进行了简单的介绍。2.1系统总体设计方案本系统由主机和从机两部分组成，从机上有编码模块，发射模块，主机上有接收模块，解码模块，温度采集模块，CPU，液晶显示模块，音乐报警模块，当用户按下从机上的按键后，经过编码后生成脉冲，对高频载波信号进行调制，通过天线发射出去，主机上的接收模块接收到调制信号，进行解调，解调后的信号交给解码模块进行解码，最终的数字信号交给CPU处理，相关呼叫信息能通过液晶显示出来，当有人呼叫时，可以启动音乐报警电路，主板上的温度采集系统还能实时获得当前环境的温度信息，和呼叫信息一起在液晶上显示。系统的总体框图如图2-1所示发射天线发射模块编码模块按键CPU液晶显示模块音乐报警模块温度采集模块接收模块解码模块从机部分主机部分接收天线图2-1 病房呼叫系统组成框图2.2发射和接收模块的设计原理数字信号有两种传输方式，一种是基带传输，因为在某些有线信道中，特别是在传输距离不太远的情况下，数字信号可以直接传输，这种传输方式被称为数字信号的基带传输；另一种是频带传输或称为调制传输。由于大多数实际信道都是带通型的，因此必须先用数字基带信号对载波进行调制，形成数字调制信号后再进行传输，这种传输方式被称为数字信号的频带传输或调制传输。由于本设计要求传输的距离尽可能远，又是无线传输，所以只能选择调制传输了。在通信系统中实际使用的信道多为带通型，而数字基带信号往往具有丰富的低频成分，只适合在低通型信道中传输。为了使数字信号能在带通信道中传输，必须使用数字调制方式。数字调制所用的载波一般是连续的正弦型信号，但调制信号为数字信号。数字调制可分为三种基本方式：幅移键控（ASK），频移键控（FSK）和相移键控（PSK），本设计采用的是幅移键控的方式来传输数字信号的1。数字调制系统的基本结构如图2-2所示：调制器信道解调器数字基带信号输出数字基带信号输入图2-2 数字调制系统结构2.2.1发射与接收电路方案选择发射电路部分由振荡电路、ASK电路、高频功率放大器、天线构成。振荡电路可以看做将直流电能转变为交流电能的换能器，图中的载波发生器就具备这一功能。是无线电发送电路的基本单元。ASK就是将要传送的数字基带信号加在高频电流上，是一种调制过程。高频功率放大器是为了提高输出功率，达到发射功率要求后，通过天线辐射出去。信号的发射过程如图2-3所示 要发送的数据载波发生器ASK调制 高频功率放大图2-3 信号发射过程接收电路里面主要有：天线、高频小信号放大器、ASK解调电路等几部分组成，如图2-4所示。在接收处，先用天线将收到的电磁波转变为已调波电流，然后从已调波电流中检出原始的信号。由于天线接收到的电磁波很微弱，需要在解调之前加一级至几级高频小信号放大器，然后再解调。经解调后，再经过适当的低频放大就可以得到原始信号了2。 高频小信号放大器ASK解调数据输出图2-4 信号接收过程方案选择 方案一：独立元件搭建。如发射电路用电阻，电感，电容，三极管S9018及发射天线等元器件来搭建，接收电路用电阻，电感，电容，二极管IN4148，三极管S9018，LM358及接收天线等元器件来搭建。方案二：专用发射和接收芯片。用于发射电路的MAX7044芯片里集成了高频发射电路必备的振荡器，锁相环，功率放大器等功能部件；用于接收电路的MAX7033芯片里集成了高频接收电路所需的放大器，混频器，锁相环，晶体振荡器，滤波器和自动增益控制等功能部件。经过比较，方案一设计比较麻烦，电路复杂。方案二设计简单，易于实现。所以系统中发射和接收模块选择方案二。2.2.2 MAX7044和MAX7033简介MAX7044内部包含功率放大器（PA），晶体振荡器，驱动器，数据有效监测电路，锁定监测电路，锁相环，分频器等电路。（1）晶体振荡器：通过外接晶振，经过倍频后可以产生高频载波信号。（2）锁相环（PLL）：除了晶振, PLL 不需要其他外部元器件。基准频率和载波频率的关系为f XTAL = f RF/ 32。在PLL 锁定前,锁定检测电路防止功率放大器发射。另外,如果失去载波频率,器件将关闭功率放大器。（3）功率放大器（PA）：MAX7044 的功率放大器是一个高效率的、漏极开路、C 类放大器,使用合适的输出匹配网络,功率放大器能够驱动简单的PCB 环行天线和各种形式的50 天线。MAX7033内部包含低噪声放大器，差分镜像抑制混频器，PLL，VCO，10.7MHz IF限幅放大器，AGC，RSSI，模拟基带数据信号恢复等电路。（1）低噪声放大器低噪声放大器是一个nMOS 的共基共射放大器,需要使用片外的电感,具有3. 0 dB 的噪声系数和- 12 dBm 的IIP3 。增益和噪声系数与在天线与LNA输入端之间的匹配网络和在LNA 输出与混频器之间的LC 谐振网络有关。需要从LNASRC 引脚端连接一个电感到地(AGND) 。这个电感设置在LNAIN 引脚端的输入阻抗的实部,可以实现更多灵活的阻抗匹配,如使用PCB 导线得到天线形式。对于50 的输入阻抗,这个电感值为15 nH。注意这个电感值会受PCB 导线长度的影响。（2）混频器MAX7033 采用独特的镜像抑制混频器(Mixer) 结构，可以不使用价格高的SAW 滤波器。混频器单元是一个双平衡的混频器对,完成射频信号到10.7 MHz IF 的IQ下变频,本振(LO) 频率采用低端注入形式。电路具有44dB 的镜像抑制能力。IF 输出阻抗330 ,可以采用330的陶瓷滤波器。IRSEL 引脚端是一个逻辑电平输入,可用来选择3 个镜像抑制频率中的一个。当VIRSEL = 0 V 时,镜像抑制频率调谐在315 MHz。VIRSEL = VDD5/2 ,镜像抑制频率调谐在375 MHz ;当VIRSEL = VDD5 ,镜像抑制频率调谐在433 MHz ; 当IRSEL 引脚端不连接时,在内部设置到VDD5/2 ,不需要外部VDD5/2 电压。（3）锁相环除了晶振, PLL 不需要其他外部元器件。VCO 产生低端LO。基准频率、RF 频率和IF 频率的关系为： f REF =（f RF - f IF）/32 M式中: M = 1 ( VXTALSEL = VDD5 ) , 或者M = 2(VXTALSEL = 0 V) 。（4）中频和RSSIIF 部分提供差分330 输出阻抗,可以与片外的陶瓷滤波器匹配。6 个内部AC 耦合限幅放大器提供大约65 dB 增益,IF 带通滤波器的中心频率10. 7 MHz ,3 dB 带宽大约为10 MHz 。RSSI 电路解调IF 信号,产生与IF 信号电平成比例的直流电压输出,大约为14. 2 mV/ dB。（5）晶体振荡器 在MAX7033 中的晶体振荡器(crystal oscillator) ,在XTAL1 和XTAL2 引脚端之间呈现的电容大约为3 p F。使用不同的负载电容,将改变晶振的标准基准频率,如4. 7547 MHz 的晶振使用10 p F 的负载电容。MAX7033的振荡器频率为4. 756 3 MHz ,有大约100 kHz 误差。也可以使用外部基准振荡器驱动VCO , 使用一个1 000 p F 的电容交流耦合连接到XTAL2 引脚端。（6）数据滤波器数据滤波器( data filter) 是一个二阶低通Sallen2Key滤波器,需要2 个片上的电阻和外部电容组合。调节外部电容的数值,可以改变滤波器的截止频率,以适应不同的数据速率。（7）自动增益控制当AC 引脚端是低电平时, AGC ( Automatic GainCont rol) 电路监控RSSI 输出。RSSI 的输出达到1. 98 V时,对应的射频输入电平为- 62 dBm ,AGC 开关通过减少电阻控制LNA 增益;当RSDSI 电平下降到低于1. 39 V时,对应的射频输入电平为- 70 dBm ,LNA 恢复高增益模式。当AC 引脚端是高电平时和SHDN转向高电平时,AGC 电路不使能,LNA 总是在高增益模式;当AC 引脚端是低电平时和SHDN是高电平时,AGC 功能恢复。2.3 编码和解码模块的设计原理在通常使用中，我们一般采用8 位地址码和4 位数据码，这时编码电路PT2262 和解码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，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，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，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。用户可将这些信号加一级放大，便可驱动继电器、功率三极管等进行负载遥控开关操纵。设置地址码的原则是：同一个系统地址码必须一致；不同的系统可以依靠不同的地址码加以区分。至于设置什么样的地址码完全随客户喜欢。地址码和数据码都用宽度不同的脉冲来表示，两个窄脉冲表示“0”;两个宽脉冲表示“1”;一个窄脉冲和一个宽脉冲表示“f”也就是地址码的“悬空”。 表示方法如图2-5所示：图2-5 PT2262/2272地址码和数据码这里,a = 2*时钟振荡周期,位“f”仅对地址码有效。同步位的长度是4 个AD 位的长度,含一个1/ 8AD 位宽度的脉冲。2262 每次发射时至少发射4 组字码,2272 只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码才会把数据码中的“1”驱动相应的数据输出端为高电平和驱动VT 端同步为高电平。因为无线发射的特点,第一组字码非常容易受零电平干扰,往往会产生误码,所以程序可以丢弃处理。2.3.1编码模块编码芯片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。接口说明如下表2-1所示表2-1 PT2262管脚功能表名称管脚说明A0A1118,1013地址管脚，进行地址编码，可置为“0”“1”“f”（悬空）D0D578,1013数据输入端Vcc 18电源正端（+）Vss 9电源负端（-）TE 14编码启动端，用于数据的编码发射，低电平有效OSC1 16振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率OSC2 V15振荡电阻振荡器输出端Dout 17编码输出端（正常时为低电平） 在具体的应用中，外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节，阻值越大振荡频率越慢，编码的宽带越大，发码一帧的时间越长。2.3.2解码模块解码芯片PT2272有不同的后缀,表示不同的功能,有L4/ M4/ L6/ M6 之分,其中L 表示锁存输出,数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态,直到下次遥控数据发生变化时改变。M 表示非锁存输出,数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应,可以用于类似点动的控制。后缀的6 和4 表示有几路并行的控制通道,当采用4路并行数据时(PT22722M4) ,对应的地址编码应该是8 位,如果采用6 路的并行数据时(PT22722M6) ,对应的地址编码应该是6 位。接口说明如下表2-2所示表2-2 PT2272管脚功能表名称 管脚 说明A0A1118,1013地址管脚，用于进行地址编码，可置为“0”“1”“f”（悬空）D0D578,1013地址或者数据管脚Vcc 18电源正端（+）Vss 9电源负端（-）DIN 14数据信号输入端，来自接收电路输出端OSC1 16振荡电阻输入端，与OSC2接收电阻决定振荡频率OSC2 15振荡电阻振荡器输出端VT 17解码有效确认2.4 CPU方案选择 方案一：采用普通8位单片机AT89S52。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。方案二： 采用嵌入式ARM的32位单片机LPC2138。LPC2138功能庞大，不但具有一般单片机的所有功能，还内置了PWM，具有很强的串行通信功能，引脚非常丰富，如GPIO、UART、I2C，可以在系统编程ISP，功耗低、稳定性好、易于功能扩展。从本系统要求角度来考虑，系统所需资源不多，并不要求控制芯片要有庞大的功能，但从系统的资源利用率来比较，单片机有较高的资源利用率；从造价出发，ARM芯片的价格昂贵，而单片机的价格低，综合以上分析，本系统设计采用方案一的AT89S52为主控芯片。功能特性：AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，与MCS-51单片机产品兼容，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。2.5液晶模块这个模块采用LCD1602液晶，1602由5V电压驱动，带背光，可以显示两行，每行16个字符，不能显示汉字，内置128个字符的ASCII字符集字库，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H 中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。只有并行接口，无串行接口。1602液晶接口说明如下表2-3所示表2-3 1602管脚使用说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2Data I/O2VDD电源正极10D3Data I/O3VL液晶显示偏压信号11D4Data I/O4RS数据/命令选择端（H/L）12D5Data I/O5R/W读写选择端（H/L）13D6Data I/O6E使能信号14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光源正极8D1Data I/O16BLK背光源负极 基本操作时序基本操作时序包括读状态，写指令，读数据，写数据等，实现方法如下表2-4所示表2-4 1602的操作时序读状态输入：RS=L,RW=H,E=H输出：D0-D7=状态字写指令输入：RS=L,RW=L,D0-D7=指令E=高脉冲输出：无读数据输入：RS=H,RW=H,E=H输出：D0-D7=数据写数据输入：RS=H,RW=L,D0-D7=数据，E=高脉冲输出：无RAM地址映射图控制器内部带有808位（80字节）的RAM缓冲区，对应关系如下图2-6所示：图2-6 地址映射图当我们向上图中的000F，404F地址中的任一处写入显示数据时，液晶都可立即显示出来，当写入到1027，或5067地址处时，必须通过移屏指令将它们移入可显示区域，方可正常显示。2.6温度采集模块这个模块采用的是DS18B20温度传感器，它是美国DALLAS半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现位的数字值读数方式。DS18B20的使用方法由于DS18B20采用的是1Wire总线协议方式，即在一根数据线实现数据的双向传输，而对AT89S51单片机来说，硬件上并不支持单总线协议，因此，我们必须采用软件的方法来模拟单总线的协议时序来完成对DS18B20芯片的访问。由于DS18B20是在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始，如果要求单总线器件回送数据，在进行写命令后，主机需启动读时序完成数据接收。数据和命令的传输都是低位在先。主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待1660微秒左右，后发出60240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。2.7音乐报警模块这个模块采用的是内置16首音乐的芯片TQ33A。这个芯片可以通过按键来控制播放和切换歌曲，外接一个扬声器来播放音乐，音乐芯片TQ33A的芯片k1管脚具有选音功能 ，k2控制什么时候放音，SPEAK-和SPEAK+外接扬声器，播放音乐。 本章小结本章简要介绍了系统的工作原理，它的组成的框架，介绍了各个系统模块的实现原理。详细介绍了发射和接收的实现过程，电路的设计原理，介绍了用于制作发射和接收电路芯片的内部结构。介绍了编码和解码原理。并简单介绍了一下其他系统模块，如液晶显示模块，温度采集模块，以及音乐报警模块。通过这一章的原理分析和方案选择。为后面软硬件的具体设计提供了方向和依据。第3章 硬件设计本章将详细阐述硬件制作的基本过程，单片机最小系统的设计，包括无线收发的设计，编码解码电路的设计，液晶部分的设计，温度采集部分的设计，以及音乐报警电路的设计。3.1单片机最小系统 此单片机最小系统由AT89S52单片机、时钟电路及复位电路组成，时钟电路采用内部时钟，利用单片机内部一个高增益的反向放大器，把一个晶振和两个电容器组成的自激振荡电路接到XTAL1（19脚）和XTAL2（18脚）之间。振荡器发出的脉冲直接送入内部时钟电路。本最小系统中晶振采用12M，起振电容采用30pF 。CPU第9管脚复位（RST）功能，本设计具有上电复位、按键手动复位两种功能。按键（S1）为复位按键，在单片机最小系统上电或按下S1键时，利用R1和C1充放电原理，从外部给RST脚2个机器周期以上的高电平，以达到实现的单片机最小系统的复位。原理图如图3-1所示：图3-1 单片机最小系统3.2无线收发电路的设计本部分选用的是MAX公司生产的MAX7044和MAX7033芯片来设计的无线发射和接收。3.2.1发射电路设计这个电路选择的频点是315MHz,通过XTAL1和XTAL2接入晶振，要发射的基带数据经过DATA端（6管脚）输入，通过高频载波的调制，生成ASK信号从PA端（4管脚）发射出去。由MAX7044设计的高频发射电路如图3-2所示图3-2 发送电路3.2.2接收电路设计接收电路收到的数据经LANIN端（3管脚）输入，经过解调，数字基带信号由DATAOUT端（25管脚）输出，送到解码芯片进行解码。由MAX7033设计的超外差式接收电路如图3-3所示 图3-3 接收电路3.3编码解码电路的设计本节介绍编码和解码电路的设计，信号要经过编码后发射出去，信号要通过接收并解码后才被CPU处理。3.3.1编码电路设计将地址端（18管脚）接地，即对地址编码，全部置为0，二进制的数据通过数据输入端（1013管脚）输入，在这里，是通过把4个数据管脚通过跳线柱接出来，然后通过跳线帽连接，可以接在+5V上（代表编码1），也可以接地（代表编码0）地址码和数据码通过数据输出端（17管脚）输出到高频电路的数据输入端。编码原理图如图3-4所示图3-4 编码电路图3.3.2解码电路设计要想解码，地址码必须设置成和编码地址码一致，所以地址端全部接地，VT端（17管脚）与单片机的P1.6脚相连，单片机通过它获得解码是否有效的信息，超外差式接收电路收到的数据通过DIN端（14管脚）输入送给PT2272解码，解码后的数据通过数据输出端（1013管脚）送到单片机进行处理。解码电路原理图如图3-5所示 图3-5 解码电路图3.4液晶显示电路 将液晶模块的D0D7（714号管脚）通过排阻连接到单片机P0口，实现数据传输。将R/W（5管脚）接地，表示一直往液晶里写命令或者数据，将RS（4管脚）接到单片机的P2.6，控制是写命令还是写数据，将VO（3管脚）接一个滑动变阻器，可以调节液晶的显示亮度。要通过液晶来显示相关信息，它与单片机接口电路如图3-6所示： 图3-6 液晶显示电路3.5温度采集电路DS18B20与单片机的数据交换只通过一条信号线。单总线通常要求外接一个约为5K的上拉电阻,在这里我选用的是4.7K的电阻，将它与单片机的P2.0口相连，传输数据。温度采集模块电路原理图如图3-7所示： 图3-7 温度采集模块 3.6音乐报警电路 音乐报警电路采用16首曲目的门铃芯片TQ33A，该芯片内置音频驱动电路，可以直接连接扬声器播放音乐。它通过按键S2控制曲目切换，通过单片机的P3.2管脚控制是否播放音乐。声音需要通过外接的扬声器发出，电路原理图如图3-8所示。 图3-8 音乐报警电路本章小结本章详细的介绍了硬件电路的设计过程，首先是单片机的最小系统设计，然后无线收发的电路设计，再就是编解码电路的设计，最后是一些单片机外围器件的设计，比如温度采集电路，液晶显示电路和音乐报警电路的设计。为硬件的制作准备了充分的条件。第4章 病房无线呼叫系统的软件设计系统功能的实现是依靠硬件和软件良好的结合，硬件决定了系统基本结构和特性，而软件则是驱动系统的灵魂，两者缺一不可，相辅相成。主机工作的基本软件实现方法是：主机开机后，先对芯片和器件进行各种初始化操作，然后进入数据等待接受模式，如接到从机信号，首先对其进行处理和储存，将信息通过液晶显示，并控制音乐报警，提醒医务人员。本设计的软件程序是用C语言编写的，它包括主程序、中断子程序、无线收发子程序、液晶显示程序，报警音乐切换子程序等等。4.1程序总流程图下面是主程序流程图，如图4-1所示，基本流程是：首先显示开机画面，然后判断是否有人呼叫，在无人呼叫的状态下，显示当前温度和无人呼叫信息，当有人呼叫时，显示呼叫人数和呼叫床号，并音乐报警，当按下切换键时，启动外部中断，更换曲名，当有医护人员去处理呼叫事件时，按下清除键，液晶上的呼叫信息清除，恢复到起始时的只显示温度和无人呼叫的状态。系统初始化是否有人呼叫医护人员是否采取措施液晶显示开机画面并显示当前温度音乐提示是否切换播放音乐液晶显示哪位呼叫和呼叫人数切换提示音乐清除呼叫信息是否是否是否 开始 结束图4-1 单片机主程序流程图4.2液晶显示子程序液晶部分用于显示温度和呼叫信息等内容，开机时，会出现开机画面，进入稳定工作状态后，会涉及到温度变化和呼叫信息的变化及清除，流程图如图4-2所示：液晶初始化开机画面开始修改液晶上的温度值显示当前无人呼叫显示当前温度温度是否发生变化否是是否有人呼叫显示呼叫床号显示呼叫总数按键是否按下显示无人呼叫是否图4-2 液晶显示流程图4.3中断子程序本设计用到了定时器中断T0和外部中断INT0。定时器T0主要用于实现软件延时，在本设计中，如读写温度传感器，往液晶里写数据或命令，都要用到软件延时；外部中断INT0用于处理音乐切换，当切换键按下，触发外部中断，进入外部中断处理程序。它们的流程图如图4-3所示：设置T0为模式1设置ET0=1打开定时器T0赋初始值启动定时器T0是否发生中断中断处理程序ISR是否 设置外部中断0的触发 方式设置EX0=0打开外部中断INT0切换音乐按键是否按下外部中断0处理程序ISR是否 定时器T0流程图 外部中断0流程图图4-3 定时器中断和外部中断子程序本章小结 本章了软件设计的基本过程，给出了程序流程图，包括程序总流程图，液晶显示流程图和中断流程图，通过绘制流程图，为单片机程序的编写提供了方向和思路，有利于软件的快速编写。第5章 无线呼叫系统的调试和结果本章节主要说明本课题设计的作品，对整体作品的实物及各部分功能模块实物作了全面的介绍，并对本课题设计的作品结果作了全面的分析与评价。5.1 实物整体外观 通过前面的理论分析和软件硬件的设计，制作的实物如下图5-1所示。左边为从机，可以通过跳冒来选择要发送的数据，它有16种数据组合，从000011111。按键控制是否发送数据。右边为主机，当接受到数据并解调得到后，首先核