基于单片机的无线病床呼叫系统设计.doc
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1、基于单片机的无线病床呼叫系统设计332020年4月19日文档仅供参考学号:07230223本科毕业论文题 目:基于单片机的无线多路病床呼叫系统软件设计院 系:生命科学技术系专 业:生物医学工程班 级: 级2班学生姓名:王宝霞导师姓名:朱永涛 白帆二一一 年 六月毕业设计(论文)诚信声明书本人声明:本人所提交的毕业论文 基于单片机的无线多路病床呼叫系统是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果,论文中所引用她人的无论以何种方式发布的文字、研究成果,均在论文中加以说明;有关教师、同学和其它人员对本文的写作、修订提出过并为我在论文中加以采纳的意见、建议,均已在我的致谢辞中加以说明并深致谢意。本论文和
2、资料若有不实之处,本人承担一切相关责任。论文作者: (签字) 时间: 年 月 日指导教师已阅: (签字) 时间: 年 月 日目 录摘 要IIABSTRACTIII第一章 绪 论11.1课题研究背景及意义11.2设计要求及预期目标11.3设计可行性1第二章 设计材料及方案步骤22.1 设计材料22.2 设计方案及步骤3第三章 系统硬件设计43.1 系统原理框图43.2 单片机AT89C51芯片简介43.3 硬件模块设计63.3.1无线发射模块73.3.2无线接收模块83.3.3数码管显示模块93.3.4指示灯模块93.3.5声音模块10第四章 系统软件设计114.1 单片机C语言程序设计步骤11
3、4.2 延时子程序设定114.3 数码管显示子程序114.4 初始化程序设计134.5 主函数程序设计164.6 外部中断服务子程序164.7 定时器中断服务子程序设计18第五章 硬件制作与软件调试中遇到的问题195.1 硬件设计制作中的问题195.2 软件设计中的问题19第六章 系统结果与分析20参考文献21致 谢22摘 要随着无线技术的发展,无线应用技术已经渗透到生活的各个领域,无线传输技术也越来越成熟,本设计是将无线传输技术应用到临床上的研究型课题,实现基于单片机AT89C5l和无线传输模块构成的无线多路病床呼叫系统,将简单论述其工作原理和软硬件设计方法,概括研究成果。本设计是以AT89
4、C51单片机为核心,经过无线发射模块发射传输信号,无线接收模块接收信号,经AT89C51处理,实现病人与医护的无线远距离沟通。经过软硬件设计,实现了病床呼叫器的设计要求,制作出实物产品,检测一切正常,能够实现100米的远距离发射接收,也能绕过障碍物传输,能够满足临床应用的要求。本产品性能稳定、占用空间小、使用材料少、传输速度快、距离远,是无线技术在医学临床上的大胆应用,具有创新性和可行性。关键词:单片机AT89C5l;无线传输模块;病床呼叫ABSTRACTAs wireless technology, wireless application technology has penetrated
5、 into all spheres of life, more and more sophisticated wireless technology, this design is the wireless transmission technology to the clinical research on the subject, and the realization of wireless transmission based on single chip AT89C5l modules consisting of multiple beds call system, will sim
6、ply discuss the working principle and design method of hardware and software, general research results. The design is based on AT89C51 microcontroller as the core, through the wireless transmitter module transmitting transmission signal, the wireless receiver module received signal, transmission to
7、patients and health care AT89C51 control to achieve long-distance wireless communication. Through software and hardware design, implementation of the design requirements for hospital beds pagers, create physical products, testing all the normal distance of 100 meters can be achieved transmitting and
8、 receiving, but also can transfer to bypass obstacles, to achieve clinical application. The stable performance, small footprint, use fewer materials, transmission speed, distance and wireless technology in the medical application of clinical bold, innovative and feasible.Key words : AT89C51;wireless
9、 transmit modul;sickbed beeper第一章 绪 论1.1课题研究背景及意义当前大多医院的病床呼叫系统采用有线传输方式,有线传输占用空间较大,耗材多,而且不易移动,因此现今需要对病床呼叫系统进行升级,近年来在中国无线领域有了大的进展,这为此提供了有力的技术支持。有的一些简易无线发射接收模块传输距离近,速率低,可靠性差,不适合用于产品的设计。本设计是基于单片机实现的医用无线多路病床呼叫系统,分为无线发射模块、无线接收模块、单片机控制部分、显示部分、警报呼叫部分和复位应答部分。本系统经过无线电实现信号的传递,单片机作为控制部件协调处理整个系统的工作,实现无线信号的远距离传输,
10、减少了材料的耗费,安装简单,使医患沟通更加灵活,是无线网络技术在医学临床上的大胆应用,具有创新性。1.2设计要求及预期目标设计要求:设计出稳定高效的运行系统,而且有一定的抗干扰能力,能够实现多路呼叫且互不干扰。距离在100m范围内,实现多路无线病床呼叫,并留有扩展空间。预期目标:病人按呼叫键时,无线发射器发射信号,无线接收器接收无线信号,经过单片机控制处理,护士值班室发出呼叫警报持续10s左右,相应床位的呼叫指示灯亮,同时数码管上显示相应的床位号并隔1s闪烁一次,当护士按键应答,指示灯熄灭,数码管显示消失,警报由定时器控制关闭。当有多个病人呼叫没有及时应答时,对应指示灯都亮,数码管上间隔1s轮
11、回显示床位号。单片机复位时,数码管清零。1.3设计可行性有线呼叫器受位置的制约不能很好的达到医患沟通,无线呼叫系统就显示其很大的优越性,可移动,不受位置制约,现今无线传输技术有了突飞猛进的发展,技术越来越成熟,普遍应用到生活、娱乐、学习和军工等领域,这为无线传输技术与医学临床的结合提供了技术支持。在校期间我们也学习了与单片机相关的课程,有了一定的理论基础。我校现有的实验室与设备也能够满足系统硬件制作调试与软件仿真的需求。因此,本课题具有可行性,能够得到实现。第二章 设计材料及方案步骤2.1 设计材料根据本设计要求,我将使用的设计材料见表2-1。表2-1 使用材料清单由于无线收发模块是从网上购买
12、,在制板时就没有在原理图中划出。2.2 设计方案及步骤针对我要设计的题目,制定以下方案:第一步,根据设计目的构想设计的原理图框架,学习设计中要用到的知识,如无线发射模块的原理、编码解码,单片机C语言编程设计,数码管显示,使用的芯片引脚工作原理,Proteus和Protel软件使用等。预计准备时间为三周。第二步,根据初步设计的原理图在Proteus上画出,同时进行Keil C程序编写,进行软件仿真、调试,直到运行成功。预计时间为五周。第四步,在Protel中绘制原理图,准备使用材料,制作封装,布线制作PCB板,打印制板,然后将程序下载到制单片机中,进行硬件检测调试,如没有达到预期目的,再更换元器
13、件或添加元器件,直到产品调试成功。预计时间为三周。经过努力我们提前做好产品,并实现了预期目标。第三章 系统硬件设计3.1 系统原理框图根据设计要求绘制系统原理图如图3-1所示。发射模块接收模块数码管显示指示灯单片机声音报警图3-1 系统原理图3.2 单片机AT89C51芯片简介AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器(FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能CMOS 8位微处理器,俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器能够重复
14、擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU(Cenctral Processing Unit)和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C系列单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图3-2所示。图3-2 AT89C51外形及引脚图1、主要功能部件和特性:(1) 8位微处理器(CPU)。(2) 程序存储器(4KB Flash ROM)。(3) 数据存储器(128B RAM)。(4) 4个8
15、位可编程并行I/O口(P0口、P1口、P2口、P3口)。(5) 1个全双工的异步串行口。(6) 2个可编程的16位定时器/计数器。(7) 中断系统具有5个中断源、5个中断向量。(8) 32可编程I/O线。(9) 特殊功能寄存器(SFR)26个。(10) 13个程序加密锁定位。(11) 低功耗的闲置和掉电模式。2、AT89C51引脚介绍:(1) VCC(40脚):接+5V电源。(2) GND(20脚):接数字地。(3) XTAL1(19脚):片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路的输入端。(4) XTAL2(18脚):片内振荡器反相放大器的输出端。本设计中使用12M晶振。(5) RSTE(9脚):
16、复位信号输入端,高电平有效。(6) EA/VPP(31脚):当EA为高电平时,当超出片内程序范围时自动读取片外程序;当EA为低电平时,只读外部程序内容。本设计EA接VCC。(7) P0口:8位,漏极开路的双向I/O口。当AT89C51扩展外部存储器及I/O口时,P0口作为地址总线低8位,及数据总线的分时复用端口。也可作为通用的I/O口使用,但需要加上拉电阻,这时为准双向口。当作为输入时,应先向端口锁存器写入1。(8) P1口:8位,专为用户使用的准双向口,具有内部上拉电阻。(9) P2口:8为,准双向口,具有内部上拉电阻。当扩展外部存储器及I/O口使用时,作为高8位地址总线。也可作为通用I/O
17、口。(10) P3口:8位,准双向口,具有内部上拉电阻。可作为通用I/O口使用,还提供第二功能,见表3-1。表3-1 P3口第二功能P3.0RXD串行数据输入口P3.1TXD串行数据输出口P3.2INT0外部中断0P3.3INT1外部中断1P3.4T0定时器0外部计数输入P3.5T1定时器1外部计数输入P3.6 WR外部数据写选通输出P3.7RD外部数据读选通输出3.3 硬件模块设计由图3-1系统原理框图可知,整个系统分为五个模块:无线发射模块、无线接收模块、声音报警模块、指示灯显示模块、数码管显示模块,主控芯片是单片机,本设计使用Atmel公司的AT89C51,编程控制周边外设。根据设计步骤
18、,首先要设计程序和仿真,程序设计将在下一章中介绍。在绘制好系统原理框图后,就要设计各个模块的电路图并编程实现模块功能,这两步是同时进行,由系统原理框图我设计了proteus仿真原理图,如图3-3所示。图3-3 硬件仿真原理图在仿真完成之,就在protel中制作原理图和PCB板图,protel原理图如图3-4所示。图3-4 Protel原理图下面将简单的介绍各个模块设计方案。3.3.1无线发射模块无线发射接收模块是从网上购买,本套套件包含:一个4路非锁存输出的接收模块(M4)和一个4键木纹遥控器(编码芯片为PT2262,配有电池),工作频率315MHZ,实际应用距离50-100米。接收模块四路输
19、出,高电平电压约为5V,电流约为2mA,可与单片机对接,或加一级放大驱动继电器或小型直流电机。图3-5所示为发射模块实物图,由PT2262编码,发射模块的A、B、C、D四个按键分别代表不同的病床号,按下表示病人呼叫。图3-5 无线发射模块发射模块有密码保证功能,最多能够编6个数据码和6561个地址码,使重复的机会大大减少。其性能参数如下: 电源电压: DC3VDC12V 静态电流:0.02uA 发射频率:315MHz 发射电流:550mA 发射距离:50800m 调制方式:ASK在一般使用中,我们一般采用8位地址码和4位数据码,这时编码芯片PT2262和解码芯片PT2272的第18脚为地址设定
20、脚,有三种状态可供选择:悬空、接正电源、接地三种状态,3的8次方为6561,因此地址编码不重复度为6561组,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,一般生产厂家都把地址编码端悬空,用户能够自己设置编码。设置地址码的原则是:同一个系统地址码必须一致;不同的系统能够依靠不同的地址码加以区分。3.3.2无线接收模块解码接收模块包括接收头和解码芯片PT2272两部分。接收头将接收的信号输入PT2272的14引脚(DIN),PT2272对接收到的信号解码。接收模块实物如图3-6所示。图3-6 无线接收模块引脚定义: VT解码有效指示输出脚; D0-D3四个控制信号输
21、出引脚; VCC+5V; GND负极、地; ANT天线,用24-28CM长的导线。图3-7是制板原理图接收模块接口处,四个数据输出口接到四个I/O口,分别经过四个非门后接在AT89C51单片机的P0.0-P0.3引脚上。图中四个按键是对应四个床位的回复键,与经过反相后的无线信号输入8位与门4068芯片中,4068的1号引脚接到int0端口,当有病人呼叫时,int0由高电平变为低电平,触发外部中断0进入中断处理程序。图3-7 接收模块接口与应答键处理原理图在买模块之前并没有在接受模块后加反相器,购买的模块收到后首先对模块进行测试,不按键时接收模块信号端电压为0V,当有键按下时信号输出端的电压为4
22、.98V,说明接受模块输出为高电平有效,但中断要求是在不按下时P0口都是高电平,因此要在接受模块输出端口后加反相器。于是就又在Proteus中进行仿真,在1-4号键盘后加上反相器,结果在没按下时int0端口就已经是低电平,中断无法触发,分析原因,是由于实物中接受模块是处于连通状态,是有低电平信号的,仿真时键盘在没有按下时处于断路状态,而无法实现在不按时为低电平按下时为高电平,因此,仿真不能实现。对实物图进行测试,接收模块的输出端经反相后,当呼叫键按下时int0由高电平变为低电平,能够触发中断。3.3.3数码管显示模块显示模块如图3-8所示,由CD4511和数码管组成,把病床号显示到数码管上。C
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