基于51单片机的医院病房紧急呼叫系统无线+语音毕业论文.docx
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基于51单片机的医院病房紧急呼叫系统无线+语音毕业论文
毕业论文
论文题目医院病房紧急呼叫系统
基于51单片机的医院病房紧急呼叫系统
摘要
本文介绍了一种以AT89S52单片机设计的医院病房无线呼叫系统。
该系统由单片机系统、无线收发系统、功能开关、1602液晶显示器、以ISD4004语音芯片为主的语音系统等单元电路组成。
该系统所用到的无线收发系统采用315无线收发模块的PT2262和PT2267编解码芯片，利用单片机的串行半双工通信来实现。
它的核心控制器采用价格低廉，性能可靠的单片机。
该系统主要工作原理是分机按键呼叫，主机声光报警，同时显示呼叫的号码，主机按键可回复。
研究表明该系统使用方便、快捷、安全可靠，可应用于医院、茶庄、KTV、餐厅等领域。
在市场经济体制中，尤其在服务性的行业中，更省人、省钱、省心，更能提高企业效率，提高服务形象，带来更好的经济效益，可作为电子产品进行开发研制，具有很好的推广价值。
关键词：
单片机技术无线发射和接收无线呼叫系统ISD40041602
TheUrgentCallingSystemInHospitalWords
Abstract
ThispaperintroducesaSCM（single-chipmicrocomputer）ATMELAT89S52MCUasawirelesscallingsysteminhospitalwards.ThissystemconsistsofSCMsystem,wirelesstransceiversystem,thefunctionalswitch,1602LCD,andbythemainofvoicISD4004asavoicesystemsunitcircuitetc.Whattheuseofthesystemisthewirelesstransceiversystemwhichinvlvesawirelesstransceivermodule315ofthePT2262andPT2267codecchip,andbringsabouttheSCM’shalf-duplexcommunication.ThecorecontrolleroptionaledSCMwithlowpriceandreliableperformance.Thecallextpressthenthehostsound-lightalarm,displaythecallnumbersatthesametimeandatlastthehostgiveareplybypressthebuttonisthemainworkingprincipleofthesystem.Thestudyshowsthatthissystemhasthecharacteristicsofeasytosue,fast,safeandreliable.Anditcanbeusedsomesocialfieldssuchashospital,teahouse,KTV,restaurant,etc.Inthemarketeconomicsystem,especiallyintheserviceindustry,Usingitthatcanbemoresavingstaffs,moneyaswellastrouble.Whatmoreitcanimprovesthecompany’sefficiency,enhancestheimageofservices,andbringseconomicbenefits.Soitcanbeusedaselectronicproducttoresearchanddevelopment,Inmyopinion,ithasagoodvalueofpromotion.
Keyword:
SCM（single-chipmicrocomputer）Transmitandreceivewireless
TheWirelessCallingSystemISD40041602
目录
第一章引言……………………………………………………………………1
1.1课题背景与来源………………………………………………………1
1.2课题意义……..………………………………………………………2
1.3课题设计的内容和方案………………………………………………2
第二章系统概述………………………………………………………………3
2.1系统组成………………………………………………………………3
2.2系统的功能介绍及操作说明…………………………………………4
第三章硬件组成与设计………………………………………………………5
3.1整体电路图……………………………………………………………5
3.2电源电路………………………………………………………………6
3.3主控芯片单片机………………………………………………………7
3.4主机功能按键介绍……………………………………………………8
3.5液晶显示器1602……………………………………………………8
3.5.1电路设计……………………………………………………………8
3.5.2LCM1602引脚及功能介绍…………………………………………9
3.6语音电路……………………………………………………………10
3.6.1语音电路图设计…………………………………………………10
3.6.2ISD4004简介………………………………………………………12
3.6.3LM386………………………………………………………………15
3.7无线收发模块………………………………………………………16
3.7.1发射板……………………………………………………………16
3.7.2接收板……………………………………………………………17
3.7.3编解码芯片PT2206和PT2272……………………………………18
3.7.3.1PT2262引脚及工作原理…………………………………18
3.7.3.2PT2272引脚及工作原理…………………………………19
第四章软件设计………………………………………………………………21
4.1主机程序流程图……………………………………………………21
4.2从机程序流程图……………………………………………………22
第五章系统测试与分析………………………………………………………24
5.1系统设计过程…………………………………………………………24
5.2单个模块的调试………………………………………………………24
5.3系统测试达到的技术指标……………………………………………26
第六章结束语…………………………………………………………………27
参考文献…………………………………………………………………………28
附录
（一）…………………………………………………………………………29
附录
（二）…………………………………………………………………………31
致谢…………………………………………………………………………49
第一章引言
1.1课题背景与来源
单片机自问世以来，迄今已有三十年了，其产品琳琅满目，产家也众多纷纭，功能也是五花八门。
由于单片机集成度高、功能强、可靠性好、体积小、功耗低、使用方便、价格低廉等一系列优点，目前已经渗入到人们工作和生活的方方面面，几乎是“无处不在，无所不为”。
单片机的应用领域已逐渐从面向工业控制、通讯、智能仪表等迅速发展到企业单位、家庭消费产品。
目前最常见使用的是MCS-51系列单片机及其兼容产品，而以单片机作为通信系统开发的产品也层出不穷。
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。
像餐厅、茶庄、KTV、医院、网吧等等一系列服务性较强的行业，现在大多数还是处于服务质量比较差、工作效率比较低、呼叫服务时不能及时满足、人员嘈杂找人不方便等很多让人很不满意的地方。
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，集无线四路数据收发，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课题设计内容和方案
主体功能：
设计一个基于单片机的无线呼叫系统，包含以下主要功能：
1.通信：
从机呼叫，主机能显示从机呼叫的号码，并能回复从机
2.显示：
主机收到从机的呼叫能显示呼叫的号码、呼叫次数
3.报警：
主机收到信号能自动语音报警
4.查寻：
主机上可以查寻最近呼叫过的八个从机
5.录放：
语音电路可以任意录放音乐
第二章系统概述
2.1系统组成
整个系统包括主机和从机两个部分，这两部分都是以单片机为主体展开外围功能。
主机主要由以下模块组成：
单片机系统、液晶显示、无线收发模块、语音电路以及功能按键。
主机框图如图2-1
1602显示
AT89S52
单片机
功能按键
语音模块
发射模块
接收模块
报警灯
图2-1主机系统组成框图
从机系统与主机系统比较而言是比较简单的，只包含一对收发模块、一个按键和声光报警，其框图如图2-2
发射模块
AT89S52
单片机
按键
接收模块
声光报警
图2-2从机系统组成框图
2.2系统的功能介绍及操作说明
本系统的特点和可实现的功能以及具体的操作说明主要有：
1、当静止时，也就是说病房里没有发出任何信号，主机也没有收到任何信号的时侯，分机指示灯不亮，蜂鸣器也不会响；主机也不会显示呼叫的号码，报警灯也不会闪烁，更不会有语音的报警提示。
2、一旦病房有情况，任意一个病房的分机有按键按下时，发光二极管便会自动闪亮，提示病人正在或者已经发出呼叫信号。
同时通过无线收发模块的发射电路发射出无线信号，呼叫的信息就传达到医护站的主机那里。
3、每个分机的地址不一样，不会发生分机相互间的干扰，串码现象。
因为发射模块有四个口是直接和单片机的功能口相连的，通过单片机发射高四位码与低四位码，至少会有2的8次方种的地址编码。
同时，地址码还可以扩展，服务于更多的地址。
4、当主机收到任意分机的呼叫信号时，语音电路便开始工作，发出语音报警，同时报警灯闪烁一下，抢占医务人员的视觉，提示他们病房有突发呼叫情况。
与此同时液晶显示器1602的电路也同时工作，显示出被呼叫房间号码，呼叫次数，告诉医护站的医务人员确切的病房号码，以便快而准的给病人提供帮助。
5、当医护人员准备去护理时，只要按下主机上的回复键，因为按下回复键的同时，通过无线收发模块的发射电路发射出信号，传达到分机那里，分机指示灯闪烁，蜂鸣器开始工作，产生鸣叫，提示病人已经收到了呼叫信号。
6、病房里从机的无线收发电路的接受电路时刻在检测有没有从主机那里发来的回复信号，一旦检测到主机的回复信号，发光二极管闪亮一下，表示主机已经收到呼叫信号，医护人员马上就会到来。
7、主机可以保存最近呼叫过的8组号码，当收到信号时，主机自动判别收到的数据与主机原来保存着的数据（地址）是否相同，如果相同则对应的地址的呼叫次数加一，应答标志清零；否则全部数据后移，以便保存刚刚收到的数据。
在主机上可以通过电路板上的上翻键和下翻键来查询最近呼叫过的号码和次数以及是否对呼叫进行应答，应答标志若显示为1则表示主机已经应答，若为0表示有病房呼叫。
8、主机的语音电路部分可以任意录音和放音，报警的语音可以是标准的号码读数，也可以是一段优美的音乐，它的录音可以任意改变。
第三章硬件组成与设计
硬件设计包括整个系统的电路图，主要分主、分机的系统组成，还有各个模块的详细电路图和其功能，涉及到的一些芯片的详细资料。
下面将整个紧急呼叫系统从整体到局部分别做个介绍，首先介绍的是整体电路图，然后再对各个模块单独介绍。
3.1整体电路图
整体电路图包括主机和从机电路图，主机整个电路如下图图3-1所示。
主机电路图设计相对而言比较复杂，既要考虑语音芯片的电压转换，也要考虑到高频收发电路布线的注意事项，这是主机电路的重点与难点。
经过几个方案的比较最终采用了可调正电压集成稳压器LM317，因为它不仅价格较便宜，而且还可以设置可调电压电路，输出电压也比较稳定，纹波少，可直接将直流5V电压转换成语音芯片所需的3V直流电压。
图3-1-1主机整体电路图
从机整个电路比较简单，其电路图如图图3-1-2所示
图3-1-2从机电路图
整个医院紧急呼叫系统的电路图就是上面的两个图，它包括主机的和从机的。
主机和从机两个系统中都用到了三极管2N3906和2N3904，它们连接在一起作为开关功能使用。
其中四非门反相器MC74HC04AN的作用是防止主机一直处于同一个状态，排阻的作用是起上拉作用，增大单片机的电压，增强模块的发射能力。
由于语音电路设计要求比较苛刻，所以设计中主机是通过语音接口与额外的语音电路板连接的。
下面就依次介绍电源电路，单片机系统，主机功能按键，液晶显示器LCD1602，语音电路和无线收发模块。
3.2电源电路
因为单片机工作电压为直流+5V，且底层电路功耗很小。
电源的设计的好坏决定了电压输出的稳定性，它主要解决的是整流，滤波问题。
本电源的设计采用一个输出+9V的变压器，经过4个稳压二极管IN5408桥型连接整流，便可得到比较稳定的直流电压，使用4700uF的大电容除去直流电压的低频噪声（原则上电容越大越好），低频滤波后采用7805三端稳压片稳压，稳压以后再进行一次高频滤波，以便除去电压的高频噪音和纹波，可采用0.1u或0.01u的小电容解决。
具体电路如图3-2：
图3-2电源电路图
3.3主控芯片单片机
单片机是电子设计中经常用到的主控芯片，也是大家比较熟悉的芯片，本系统设计中采用的是型号为AT89S52的单片机，它是一种低功耗、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。
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。
单片机的引脚图如图3-3
图3-3单片机引脚图
3.4主机功能按键介绍
主机功能按键共有6个，3个用于主要模块，其余3个用于语音芯片ISD4004的有关设计。
3个按键中，一个做回复键，用于回复从机；两个用做上下翻键，用来查询最近呼叫过的号码；语音部分的3个按键，一个录音键，按键按下时便可录音；一个放音键，按下时便开始放音，也可以是在有信号时自动放音；一个清除键，可清除重新录放。
这6个功能键可以完成主机的全部功能的使用。
3.5液晶显示器1602
液晶屏显示模块与数码管相比，它显得更为专业，外观更漂亮，更节约电能，显示功能也更强大，因而设计选用液晶显示器。
液晶显示屏以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧、使用方便等诸多优点，在仪器仪表、电子设备、家用电器等低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。
3.5.1电路设计
本设计中用到的液晶为LCM1602，这是个字符型液晶模块，一种常用的2行16个字的液晶模块，它的显示功能比较丰富，通过不同的地址编码，既可以显示出不同的阿拉伯数字、英文字母的大小写，还可以显示出常用的符号和日文假名等。
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”。
它的电路设计比较简单，八个数据线口可以直接和单片机的口相连，用它的第三脚V0口接一个20K的精密滑动变阻器便可以对它的亮度进行调节，使显示的字符更清晰。
典型的结构如图图3-5-1
图3-5-1液晶显示器1602
3.5.2LCM1602引脚及其功能介绍
LCM1602共16个引脚，各个引脚功能如下：
第1脚：
VSS为地电源。
第2脚：
VDD接5V正电源。
第3脚：
V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接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脚：
RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。
当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。
第6脚：
E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。
第7～14脚：
D0～D7为8位双向数据线。
第15～16脚：
为背光的阳极脚和阴极脚，如果模块是不带背光的，则为空脚。
具体控制指令如表3-5-1
表3-5-11602指令表
序号
指令
RS
R/W
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
1
清显示
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
2
光标返回
0
0
0
0
0
0
0
0
1
*
3
置输入模式
0
0
0
0
0
0
0
1
I/D
S
4
显示开/关控制
0
0
0
0
0
0
1
D
C
B
5
光标或字符移位
0
0
0
0
0
1
S/C
R/L
*
*
6
置功能
0
0
0
0
1
DL
N
F
*
*
7
置字符发生存贮器地址
0
0
0
1
字符发生存贮器地址
8
置数据存贮器地址
0
0
1
显示数据存贮器地址
9
读忙标志或地址
0
1
BF
计数器地址
10
写数到CGRAM或DDRAM）
1
0
要写的数据内容
11
从CGRAM或DDRAM读数
1
1
读出的数据内容
说明：
1为高电平、0为低电平
3.6语音电路
本设计用到的语音电路以录音芯片为ISD4004为核心，进行外围电路展开设计，其中还包括一个功放电路LM386，它的作用是使播放出来的语音更清晰，声音更洪亮，配一个精密可调电阻可以对它的音量进行调节，可大可小，直到人们满意为止。
ISD4004的工作电压为直流+3V，所以用可调正电压集成稳压器LM317，通过对它的电路设计，设计出满足语音芯片ISD4004的电压，其压差在负载电流为800mA时为1.2V，通过电路设计使其输出为+3V。
3.6.1语音电路图设计
语音电路的设计比较复杂，调试起来也很麻烦，而且很容易受到各种噪音的干扰，影响录放音的音质效果，即使是布线布得不恰当，也会影响音质，因此有很多地方都很需要讲究。
本电路的设计，在麦克风的接口处，各接一个104的小电容来对录音时的高频杂音、毛刺等进行过滤，在源头上杜绝了噪音的产生。
对于喇叭的连接，采用传统的功放电路，使音质更清晰，播放效果更好。
在布线方面，为了避免噪声干扰，杜绝了布线时采用90°的直角，电源线尽量远离ISD4004的13脚和14脚的电容，功放芯片与语音芯片摆放位置要恰当，既要考虑彼此间的电信号干扰，也要考虑到铜板的节约。
由于单片机的工作电压是+5V，而语音芯片的工作电压是+3V，如何在同一块板上满足彼此的电压也是要解决的问题。
经过几个方案的比较，最终采用了可调正三端稳压器LM317,通过对R1和R2两个电阻的计算，使它最终输出语音芯片所需的+3V的电压。
这样的设计避免了因电压太低芯片语音而无法工作，也避免了电压太高而烧坏语音芯片，从而实现了在同一块电路板上的不同电压的转换。
具体电路图如图3-6-1，为ISD4004和LM386构成的电
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