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床边呼叫系统的设计与实现-学位论文.doc
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1、床边呼叫系统的设计与实现院 系:信息科学与工程学院专 业 班:电子科学与技术姓 名: 学 号:指导教师: 2015年5月床边呼叫系统的设计与实现I Design and Implementation of Bedside Call System摘 要近年来,随着医学用传感器的小型化、信息处理和无线数据传输技术的快速发展和普及,使得无线医疗呼叫系统的研制成为热点。各国科研机构和跨国公司竞相开展无线医疗呼叫系统及其应用研发。本课题研究的目的就是针对医院病人呼叫的需求,设计一个基于单片机的床边呼叫系统。该系统通过按键电路发出呼叫信号及警报,由单片机的无线串口将数据传输至另一个单片机的无线串口,经单片
2、机分析及处理后,再经无线串口传递给显示电路,后做出复位及关闭警报等应答。本文文中结合呼叫系统主流特点情况,以床边呼叫系统的设计与实现为题,做了一个简单的基于STC89C52单片机床边呼叫系统,可以使病人更好、更简便、更快速的发送呼叫,护士也可以通过警报来查看显示屏确认呼叫病人的位置,可以快速的接收呼叫信号,从而通知医师来查验,使病人能快速的得到医师的救治,减少呼叫的人工时间。本系统设计小巧、轻便、简洁,可用于手持操作,方便携带。关键词:呼叫系统 单片机 无线串口AbstractIn recent years, along with the rapid development and popul
3、arization of medical sensor miniaturization, information processing and wireless data transmission technology, making medical wireless call system development has become a hot spot.Research institutions and Multi-National Corporation competing to carry out the wireless medical call system and its ap
4、plication research and development. The purpose of this research is to design a bedside call system based on MCU, for the needs of the patients in the hospital.In the system, the key circuit issued a call signal and alarm, the wireless serial data transmission to another single chip microcontroller
5、wireless serial, after analysis and processing of the microcontroller, the wireless serial port is transmitted to the display circuit, made after reduction and close the alarm response.In this paper combined with call system features of the mainstream situation, to bedside call system design and ach
6、ieve the title, do a simple microcontroller based STC89C52 bedside call system, can make patients better, more simple, more quickly send call nurses can with alarms to view the screen to confirm the location of call patients, can quickly receive the call signal, to inform the doctor to check, to ena
7、ble the patient to the physician treatment, reduce artificial time call. The system is compact, portable and simple, and can be used for portable operation and easy to carry.Key words: call system microcontroller wireless serial port目 录摘要IAbstractII绪论11 需求分析21.1 项目目的21.2 系统功能分析21.3 元器件列举22 概要设计62.1
8、任务概述62.1.1 目标62.2 总体设计62.2.1 系统模块划分62.2.2 系统电路模块图73 系统实现103.1 详细设计103.2 模块实现103.2.1 主机模块实现103.2.2 分机模块实现113.3 LCD显示113.4 按键的选择113.5 最小系统的各部分电路说明124 系统测试154.1 软件测试154.2 电路测试184.3 测试的意义及调试中出现的问题214.3.1 测试的意义214.3.2 调试过中出现的问题21结论23致谢25参考文献26IV绪 论二十一世纪信息时代的医院管理已近从传统的人工管理模式向智能化、电子化、信息化、网络化的高科技半人工管理模式的方向迅
9、速发展,病房呼叫系统可实现医院病房的智能化管理,可实现呼叫、报警、信息储存、显示等功能,为医院和病患者带来方便。病房呼叫系统在全国大型医院病房中都有广泛的应用,他便于病人方便快捷的呼叫护士、缩短人工呼叫的时间。床边呼叫系统是一种把单片机作为控制中枢、可以完成接收和发送信号、显示呼叫者的位置并对呼叫者做出应答等操作的系统,现今广泛应用于通话系统、医疗系统、警报系统等诸多领域。该系统由按键电路、单片机、显示电路构成, 用以完成呼叫者与被呼叫者之间必要的沟通。本课题研究的目的就是针对医院病人呼叫的需求,设计一个基于单片机的床边呼叫系统。该系统通过按键电路发出呼叫信号及警报,由单片机的无线串口将数据传
10、输至另一个单片机的无线串口,经单片机分析及处理后, 再经无线串口传递给显示电路,后做出复位及关闭警报等应答。本系统设计小巧、轻便、简洁,可用于手持操作,方便携带。1 需求分析1.1 项目目的本项目要做的是一个具有呼叫、显示、应答等功能的多路呼叫系统。硬件电路实现按键、显示、报警、复位等功能。实现上述功能的系统包括两个系统:第一为主机系统,主要有显示呼叫床位号、蜂鸣器报警和复位应答等功能;二为分机系统,主要为病人提供呼叫按键功能。因此,本项目就是要研制出一套及时、准确、可靠、简便可行、利于推广的硬件控制系统,能做成集成电路、减小体积,方便存放和测试。1.2 系统功能分析系统是基于病户的访问控制,
11、不同的病床有不同的应答显示,分别以不同的病床号呼叫,主机由用于手持操作应答、复位关闭呼叫显示及无线串口接收等功能的系统模块和用户LCD显示、无线串口接收发送及蜂鸣器警报等功能的系统模块等组成,分机由呼叫和无线串口发送等功能模块组成。本系统实现的功能如下:(1) 任意一个病房呼叫,医院医护值班室马上能响应并显示病房号;(2) 任意一个病房呼叫,医院医护值班室的蜂鸣器马上发出警报;(3) 有多个病床呼叫就会在显示屏上同时显示病房号;(4) 接收呼叫后,关闭警报并复位;(5) 显示器不会重复显示按一次以上的病床号。1.3 元器件列举元器件列举如下*4个STC89C52单片机芯片 *1个LCD1602
12、 *4个11.0592MHz晶振*8个发光二极管 *6个1k电阻 *1个蜂鸣器*4个CC1101无线串口模块 *1个9012三极管 *若干导线*6个1.5V电池CC1101无线串口模块主要特点如下:高效的SPI接口;接受灵敏度高,视距可靠传输距离可达350m;采用FSK的方式调制,支持OOK/ASK/MSK调制;载频433MHz;可编程控制的数据传输率,最高可达500kbps;可编程控制的输出功率,对所有的支持频段可达+11dBm;可灵活配置多种通讯信道,快速频点切换特点,可满足跳频系统的需要;低功耗:功率11mw,接收电流15mA,发射电流25mA,休眠时电流2uA;数据缓冲、突发数据传输,
13、带数字RSSI输出、连接质量指示;强大的数字特征,可使用廉价的微控制器得到高性能的RF系统;插针2.54MM。LCD1602主要特点如下:1602采用标准的16引脚接口,其中:第1引脚:VSS为地电源。第2引脚:VDD接5V正电源。第3引脚:V0为液晶显示器对比度的调整端口,接通正电源时对比度最弱,接通地电源时对比度最高,对比度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4引脚:RS为寄存器选择,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5引脚:R/W为读写信号线,高电平的时候可进行读操作,低电平的时候可进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示
14、地址,当RS为低电平RW为高电平时可以读取忙信号,当RS为高电平、RW为低电平时可以写入数据。第6引脚:E端为使能端,当E端由高电平跳变成低电平时,液晶模块就会执行命令。第714引脚:D0D7为8位双向数据线。第15引脚:背光电源正极。第16引脚:背光电源负极。9012三极管主要特点如下:电流参数:IC=-500mA。电压参数:U(BR)CBO=-40V/U(BR)CEO=-25V/U(BR)EBO=-5V。功率:PC=300mW。其他参数:fT=150MHz。极性:PNP。STC89C52其特性如下所示:8K字节程序存储空间;512字节数据存储空间;内带2K字节EEPROM存储空间;可直接使
15、用串口下载;AT89S52单片机;8K字节程序存储空间;256字节数据存储空间;带有2KB的eeprom空间。STC89C52的参数如下所示:(1) 增强型8051 单片机,6 时钟/机器周期和12 时钟/机器周期可以任意的选择,指令代码完全兼容传统的8051;(2) 工作电压:5.5V3.3V(5V 单片机)/3.8V2.0V(3V 单片机);(3) 工作频率范围:040MHz,相当于普通8051 的080MHz,实际工作的频率可达48MHz;(4) 用户应用程序空间为8K 字节;(5) 片上集成512 字节RAM;(6) 通用I/O 口(32 个),复位后为:P0/P1/P2/P3 是准双
16、向口/弱上拉, P0 口是漏极开路输出,作为总线扩展用时,不用加上拉电阻,作为 I/O 口用时,需加上拉电阻;(7) ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程),无需专用编程器,无 需专用仿真器,可通过串口(RxD/P3.0,TxD/P3.1)直接下载用户程 序,数秒即可完成一片;(8) 具有EEPROM 功能;(9) 具有看门狗功能;(10) 共3 个16 位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2;(11) 外部中断4 路,下降沿中断或低电平触发电路,Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒;(12) 通用异步串行口(UART),还可用定时器软件实现多个UART;(1
17、3) 工作温度范围:-40+85(工业级)/075(商业级);(14) PDIP 封装;2 概要设计2.1 任务概述2.1.1 目标利用单片机的多机半双工通信,设计出的具有呼叫、显示、应答等功能的多路呼叫系统,就是为满足呼叫者与应答者之间能及时准确地进行通信,达到既方便呼叫者,也利于应答者而设计的,并逐步取代了通话功能,便于任何情况都能到收到呼叫,具有优异的性能及高度灵活性。本项目要做的是一个具有呼叫、显示、应答等功能的多路呼叫系统。硬件电路要实现按键、显示、报警、复位等功能。实现上述功能的系统包括两个系统:第一为主机系统,主要有显示呼叫床位号、蜂鸣器报警和复位应答等功能;二为分机系统,主要为
18、病人提供呼叫按键功能。硬件电路主要由单片机的最小系统来实现,要实现的目标:分机1发出呼叫(即按下1号分机的呼叫按键),按键旁边的二极管发光,主机显示“bed0 is calling”且蜂鸣器报警;分机2发出呼叫(即按下2号分机的呼叫按键),按键旁边的二极管发光,主机显示“bed1 is calling”且蜂鸣器报警。因此,本项目就是要研制出一套及时、准确、可靠、简便可行、利于推广的硬件控制系统,能做成集成电路、减小体积,方便存放和测试。2.2 总体设计本系统的设计关键是实现分机与主机之间的半双工通信,实现STC89C52单片机对无线串口收发送模块CC1101的控制和数据的读取。当主机收到分机的
19、呼叫时,单片机STC89C52会通过LCD1602显示屏显示呼叫的位置;当在分机3上按下按键时,会关闭蜂鸣器警报,并且删除显示屏上的呼叫位置。本呼叫系统的硬件设计是以单片机STC89C52与无线串口收发送模块CC1101为核心器件的一套收发系统,使用C语言进行程序代码设计。系统主要由单片机控制电路、无线收发模块、LCD屏显示电路、按键电路组成。2.2.1 系统模块划分(1) 主机模块:该模块包含LCD显示、发光二极管、蜂鸣器警报、无线串口接收、STC89C52单片机、复位按键及无线串口收发送模块CC1101组成的最小系统模块。该模块是一个主控制系统模块,主要通过无线串口接收处理分机发送过来的数
20、据并在接收到警报后,人为手动复位控制关闭警报。(2) 分机模块:该模块包含了无线串口收发送CC1101、发光二极管、电源、STC89C52单片机及发送呼叫请求的按键等组成的最小系统模块。该模块是一个分机病户发送呼救请求的信号模块,病户通过手按按键发送呼叫信号,传递警报。(3) 分机模块:该模块包含了无线串口收发送CC1101、发光二极管、电源、STC89C52单片机及发送呼叫请求的按键等组成的最小系统模块。该模块也是一个分机病户发送呼救请求的信号模块,病户通过手按按键发送呼叫信号,传递警报。(4) 分机模块:该模块包含了无线串口收发送CC1101、发光二极管、电源、STC89C52单片机及发送
21、呼叫请求的按键等组成的最小系统模块。该模块是一个分机护士发送应答解除呼救请求的报警信号模块,护士可通过手按按键发送信号解除警报,并复位。图2-1简单的表明了主机与分机之间的关系。分机1和分机2分别代表2个病户:可以向主机发送呼叫请求;分机3为护士手持控制端:用来应答解除警报,并复位消除显示屏上的病户位置。主机为控制终端:主机上可以显示呼叫病户的位置和发出警报。图2-1 主机模块与分机模块关系图.2.2.2 系统电路模块图系统模块图如图2-2所示。图2-2简单的表明了系统电路运行模式。首先分机病户按下按键,通过CC1101无线数据模块发送呼叫信号到主机,主机通过CC1101无线数据模块接收呼叫信
22、号,通过STC89C52单片机处理后,蜂鸣器报警,同时LCD1602显示呼叫病床的位置。这就是一个简单的呼叫过程。 图2-2 系统电路模块图系统程序流程图如图2-3所示。图2-3 程序流程图3 系统实现3.1 详细设计当分机1接通电源后,按下发送呼叫请求的按键后,通过单片机转送成数据信号后再通过无线串口数据模块CC1101发送到主机,主机通过无线串口数据模块CC1101接收呼叫请求后,主机上的蜂鸣器报警、二极管发光且LCD1602显示“bed0 is calling”之后,说明病户1发送了呼叫,主机可通过警报、二极管和LCD1602显示来确认呼救病房位置,并可通过分机3关掉警报来应答呼叫,并通
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