毕业设计论文基于单片机的病房呼叫控制系统设计Word文档格式.docx
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而在应用了病房呼叫系统后，患者和医护人员会通过系统及时进行沟通回应，可在减少医疗资源投入的同时保证患者得到最佳的护理。
由此可以看出，病房呼叫系统的有无直接影响到病人的护理状况，所以在系统研出后立刻受到医疗系统的广泛重视。
目前，我国病房呼叫系统的研究情况较国际水平还有些差距，已不能满足现代化医院对于智能化管理的需求。
随着医院规模的不断扩大，许多紧急情况不能得到及时有效的解决，这样不仅给病人带来了生命安全的威胁，而且也给医院的经济效益及信誉带来相当大的损失。
而且有线式的系统设计，其线路存在电路布线复杂、制作使用维护费用高、易出故障、维修不便且明线不雅观等缺陷，这些都在医院的日常工作中埋下了安全隐患。
传统的病房呼叫系统大多是通过有线形式对病人的请求进行传输，不同程度上存在布线复杂，安装麻烦等问题，尤其是当用户过多时这些缺点会更为突出。
而如果将信号传递方式换成较为先进的无线信号通信形式的话,这些问题可以更大程度上避免。
无线式的病房呼叫系统是由单片机、无线信号编码解码芯片等器件组成的适用于医院、养老院这种对中短距离通信有需求的无线呼叫系统。
无线病房呼叫系统可以通过客户的要求对其设定成单用户式和多用户式。
单用户式结构相对简单，体积更小，病人可以将其随身携带，多用于两点间的联络与定位。
而多用户可根据不同的要求设定成不同的类型，同时扩展十分的方便，其特点是可以多终端工作，相比功能更为齐全。
如果把病房呼叫系统更改为无线联络的方式，可以实现病人将呼叫终端随时携带的设想。
这样即使医护人员不能随时在身边，也能随时响应病人的呼叫请求，从而能够更为全面提高设施的护理质量。
1.2国内外研究现状
随着现代社会科学技术的迅速发展，呼叫系统的应用从研究层面已经进入到实际运营层面。
国内很多呼叫中心的工作模式，已从单纯的客户服务向同时兼顾服务与经营两方面的混合模式转变。
这是发展适应市场调节的现象，同时也是呼叫技术应市场需求的发展结果。
信息化时代的医院、养老院等护理机构的管理已从传统的人工管理模式，发展向着更为先进的电子化，信息化，网络化，智能化的新型管理模式的方向进行发展，病房呼叫系统可以实现医院、养老院的病房的智能化管理，有着病房终端呼叫，医护人员处报警，同时进行信息储存显示等功能,为医院和患者都带来方便。
在国外，很多医院的ICU病房，即重症监护病房基本都有病床呼叫器的存在，因为在这些病房中病人的辅助呼吸方式更多的使用的是机械呼吸系统，该系统由于对病人的活动起到了很大的限制，导致病人经常需要护理人员的帮助，而病房呼叫系统能够同时节省医疗资源以及很方便医院进行护理。
病床呼叫系统已经完全进入商业化运营阶段，已经广泛应用于医院、养老院以及家庭的个人护理上。
而在中国，我国相关于病房呼叫系统方面的研究相对于国际先进水平尚有不足之处，已不能满足医院智能化管理的要求。
原因首先在于国内的医疗系统网络化并不完善，很多医院并没有配备病床呼叫系统，其次哪怕是有的医院装配了病房呼叫系统也是装配的是有线型的病房呼叫系统，但是有线式的病房呼叫系统有开发使用的成本高、使用和维护都较为不便等缺陷。
随着现在医疗环境对医疗设施的要求越来越高，医院开始更多的采用无线式的呼叫系统，因为无线式的呼叫系统不仅施工和维护较有线式的方便、操作更为简单，而且有线式的病房呼叫系统的大部分优点其也拥有。
随着我国开始了医疗体制改革，医疗资源的优化和运营已经越来越受国家政府重视，通过对于医疗资源的重组和优化，国家和企业相继建立为数不少的研发中心对医疗设施的优化研究，使我国的无线式病房呼叫系统相关研究得到了长足的发展。
1.3设计意义
本设计以AT89C51单片机为核心，通过无线发射接收模块来对病人的请求信号进行传输，通过AT89C51对于病人的请求信息进行处理,实现病人和医护人员的远程请求呼叫。
在该设计中每个病房都有一个相应号码，当患者需要医护人员帮助时候，通过按键发出请求，此时医护人员处的数码显示管能够显示对应号码。
在国内仍旧以有线式呼叫为主的情况下，本设计有着采用无线信号的发射和接收实现无线通信，单片机处理信息的优点。
此系统为医院提供了一个功能完善，操作简单而且成本较低的呼叫设备。
第2章设计方案概述
2.1设计原理
通过对设计进行了一定程度的调查研究之后，对设计的工作过程就有了比较深刻的了解。
本设计中通过按键响应，假设一个床位发出请求，系统将请求转化为无线信号，然后无线信号被系统接收然后将信号传输发送到单片机，单片机处理病人的呼叫信号，将发出信号的床位显示在数码显示管上，同时进行报警，这样便是完成病房呼叫系统的全部工作流程。
本设计的要点是通过无线模块发射和接受信号，经过单片机AT89C51进行处理后将信号发到显示模块和报警模块，从而完成了对病房呼叫的过程的模拟。
2.2设计总体概述
我在本次设计的初期通过查找资料以及咨询老师等方式初步制定了设计方案，在通过比较了数字电路和模拟电路与单片机功能实现的差别进一步优化了电路设计，同时在比较了不同种类的无线发送接受模块的优缺点比较之后，制定出以下设计方案，设计原理框图见下图2-1。
图2-1设计原理框图
在呼叫请求于输入端输入之后，信号首先经过无线发射模块由其转化为无线信号，无线信号被无线接收模块接收，转送至单片机，单片机将请求信号进行处理之后
2.3模块器件选型
完成了设计方案和设计原理图的制定，接下来的工作便是对于各工作模块进行元器件选型。
在单片机的选择上，AT89C51能完全满足本设计中对于功能的要求，而在日常的学习中，这个芯片也是我最常接触到的单片机，所以选用这个芯片对本设计来说是十分合适的；
而无线通信模块的应用也是本设计中较为重要的部分，所以在元器件选型时我对此较为重视。
首先在整理资料时候初步总结出了几个适用的芯片，然后对这几个芯片的性能参数进行多方面的比较，经过多次与指导老师的研讨后，我在本次设计中选用的无线通信芯片是PT2262/2272，选用这一组芯片的原因是因为本身厂家在制作的时候会对芯片进行编码处理，使只能由同组芯片进行无线联络，而PT2262/2272功能满足本设计要求，不论是设计还是使用都较为简易。
数码显示管在本设计选用的是LCD1602,此数码管功能满足设计要求，与单片机AT89C51也能较方便的实现正常工作显示。
最后报警部分的功能由蜂鸣器和发光二极管组成，这两个在我之前的学习中多次应用，无论是设计还是焊接都较为适合。
第3章系统的硬件电路
3.1系统主电路图
设计由两部分组成，分别是信号发射部分和主功能部分，信号由信号发射模块经由无线信号接收的方式进入主功能部分，信号被接收之后转入单片机，通过单片机处理分别把信号传递到数码管显示模块和报警模块。
如图3-1所示为设计主体部分总电路图。
图3-1设计主体电路图
3.2单片机AT89C51
3.2.1单片机AT89C51简介
单片机AT89C51是一种微处理器，是低电压、高性能CMOS8位处理器，FLASH存储器带有4K字节存储量。
属于既可以编程又可以擦除只读存储器的单片机。
本器件采用了ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，同时能与工业标准化的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，所以AT89C51单片机是一种为嵌入式系统提供简易而且高效信息处理方式的微控制器，AT89C2051是AT89C51的一种精简版本。
引脚排列如下图3-2所示。
图3-2AT89C51引脚图
3.2.2单片机AT89C51的主要功能和特性
AT89C51的主要功能部件和特性如下：
8位微处理器（CPU）、程序存储器（4KBFlashROM）、数据存储器（128BRAM）、4个8位可编程并行I/O口（P0、P1、P2、P3）、1个全双工的异步串行口、2个可编程的16位定时器/计数器、中断系统具有5个中断源、5个中断向量、32可编程I/O线、特殊功能寄存器（SFR）26个、13个程序加密锁定位、低功耗的闲置和掉电模式。
AT89C51引脚介绍如下：
（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。
本设计用12M晶振。
（5）RESET（9脚）：
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：
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：
8位，专为用户使用的准双向口，具有内部上拉电阻。
（9）P2：
8位，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口。
（10）P3：
可作为通用I/O口使用。
可作为通用I/O口使用，还提供第二功能，见表3-1。
表3-1P3口的第二功能
P3.0
RXD
串行数据输入口
P3.1
TXD
串行数据输出口
P3.2
INT0
外部中断0
P3.3
INT1
外部中断1
P3.4
T0
定时器0外部计数入
P3.5
T1
定时器1外部计数输入
P3.6
WR
外部数据写选通输出
P3.7
RD
外部数据读选通输出
3.2.3单片机复位电路
单片机的复位信号输入端为RST引脚，高电平有效。
复位功能由电路通过上电加按钮来完成，本系统中由于考虑到按键可能出现功能障碍，所以为防止系统死机在复位电路上多配置了一个备用按钮辅助完成复位功能。
如下图3-3所示。
VCC
RET
单片机
81
8W-PB
C1
10uF
R1
2KΩ
R2
200KΩ
图3-3复位电路
3.2.4单片机时钟电路
在单片机电路中，时序的基础是时钟，AT89C51中振荡器由一个反相放大器构成，这个反相放大器起时钟功能，时钟的产生方式分为外部和内部两种方式。
本设计使用内部方式，单片机的XTAL1和XTAL2端外接石英晶体作为定时元件，电容选用30pF电容。
通过内部反相放大器自激振荡，产生时钟。
时钟发生器对振荡脉冲二分频。
如下图3-4所示：
XTAL1
XTAL2
单
片
机
C1
C2
图3-4时钟电路
3.3功能模块电路
由系统原理框图可知，整个系统分为以下几个模块：
无线发射模块、无线接收模块、报警模块、数码管显示模块。
设计的主控芯片是单片机，本设计使用AT89C51编程来周边功能模块。
下面开始对硬件各模块电路的设计进行介绍。
3.3.1无线发射模块电路
本设计选用的PT2262/PT2272采用CMOS工艺制造的通用编解码电路，优点是使用成本和设计成本都较低，PT2262/PT2272最多可有12位（A0-A11）三态地址端管脚（悬空,接高电平,接低电平），通过串行输出设定的地址码和数据码来进行无线遥控发射信号。
如图3-5为无线发射模块图。
图3-5无线发射模块原理图
本设计中的无线发射接收模块包含三个部分，分别是4路非锁存输出的接收模块和4键遥控器，T10A发射模块，工作频率315MHZ，实际应用距离50-100米，编码芯片为PT2262，遥控器中备有电池。
接收模块有四路输出，高电平电压约为5V，电流约为2mA，即可与单片机对接，也可以直接通过加一级放大驱动继电器或小型直流电机来进行信号发送。
遥控器由PT2262编码，发射模块上有A、B、C、D四个按键，经过程序定义为1、2、3、4号病床，按键按下代表病人进行呼叫。
如图3-6为发射模块成品实物图。
图3-6发射模块实物图
从电路图可以看出PT2262的引脚使用状况，其中引脚10、11、12、13脚均作为数据输入端，当有一个按键触动，即有对应口会有编码发出，其内部下拉。
1、8脚VCC接电源电压，9脚接地。
单片机的数据口通过直接与这四个数据输入端相连，所以通过用高低电平的形式实现不同的地址编码。
为避免电路之间互相影响从而影响设计正常工作，无线信号发射模块应尽量远离单片机的晶振部分，同时也要远离其他元件，避免出现电磁干扰。
模块的信号发射由T10A完成，T10A由于采用较为先进的声表谐振器，在稳频处理上更为优秀，而电路板也采用特殊材料，减少介质损耗的同时体积小巧。
经由PT2262编码，发射器上的ABCD四键分别代表不同的病床号，通过按键表示病人发出请求。
在PT2262/2272的使用上，采用8位地址码和4位数据码来进行，这组芯片的1-8脚为地址设定脚，其可以选择悬空、接正电源和接地三种状态，地址编码为不重复的6561组，厂家在生产时会悬空地址编码端，由用户自行设置。
正常工作的条件是发射模块和接受模块的地址编码完全相同，而设置地址码的原则为不同系统由不同地址码区别划分，而同系统地址码设定需要相同。
PT2262管脚说明如表3-2。
T10A规格见表3-3。
表3-2PT2262管脚说明
名称
管脚
说明
A0-A11
1-8,10-13
地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”、“1”、“悬空”
D0-D5
7-8,10-13
数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉
18
电源正端（＋）
GND
9
电源负端（－）
TE
14
编码启动端，用于多数据的编码发射，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
15
振荡电阻振荡器输出端
DOUT
17
编码输出端（正常时为低电平）
表3-3T10A规格说明
技术指标
参数
工作电压
3V-12V
工作电流
≤25mA（12V）；
≤2mA（3V）
谐振方式
声表谐振
调制方式
AM/ASK/OOK
工作频率
315MHz、433.92MHz可选
频率误差
±
150kHz（max）
发射功率
25mW（315MHz,12V时）
3.3.2无线接收模块电路
本设计的无线信号接收模块包括接收头和解码芯片PT2272两部分。
信号通过接收头输入到PT2272的DIN脚，然后解码芯片对接收的信号进行解码。
无线接收模块如图3-7所示。
图3-7无线接收模块原理图
接收到的信号是由地址码、数据码、同步码组成的码字，信号发送到解码芯片PT2272后，芯片首先核对地址码，在核对两次没有错误之后会输出高电平到VT脚，同时也会输出高电平到对应数据脚，假设发送端一直按键发送，那么编码芯片也会持续输出。
如果发射模块没有按键发送信息，编码芯片电源不接通，其17脚为低电平，高频发射电路不工作，当有按键按下发送信息时，编码芯片通电工作，17脚输出调制后的串行数据信号，当17脚接通高电平时的高频发射电路开始振荡的同时发射等幅的高频信号，当17脚接低平时高频发射电路停止振荡，由此可以看出高频发射电路的工作状态由PT2262的17脚输出的数字信号来决定。
PT2272管脚说明如表3-4。
XY-R04A接收模块如表3-5。
表3-4PT2272管脚说明
地址管脚,用于进行地址编码,可置为
“0”,“1”,“f”（悬空）,必须与2262一致,否则不解码
地址或数据管脚,作为数据管脚时,只有在地址码与2262一致数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换
DIN
数据信号输入端，来自接收模块输出端
振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率
VT
17
解码有效确认输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态）
表3-5XY-R04A接收模块规格说明
DC5±
0.25V或DC3±
0.25V
4mA（5V）
315MHz/433MHz
输出数据
TTL电平
最大速率
1KHZ
接收灵敏度
-105dBm
工作温度
-10℃~+60℃
解码器类型
固定码
解码芯片的数据输出口连接对应的I/O口，在经过非门之后接在单片机的P0.0-P0.3引脚上。
电路图中的按键是呼叫应答的回应键，无线信号反相后输入8位与门的4068芯片中，芯片的引脚1与int0端口相连，当按键按下时，int0端口会从高电平变为低电平，通过触发外部中断0进入中断处理程序。
PT2262/2272除了一定要将地址编码设置一致以外，还需要将振荡电阻进行匹配，译码器振荡频率一般需要高于编码器振荡频率的2.5-8倍，不然会影响接收距离。
在设计使用中,可以通过调节外接振荡电阻达到目的，振荡电阻的阻值越大相对应振荡频率就越慢，发码时间随着编码宽度增长而变长。
信号由接收头进行接收，然后把收到的信号传至PT2272的14脚（DIN）。
在使用时，厂家为了方便生产管理产品，PT2262/2272在出厂时的1-8脚全部悬空，作为八位地址编码端使用，用户可以根据需求选择编码状态，改变地址编码的方式是将编码芯片和解码芯片的1-8脚设置相同即可，例如发射模块的PT2262的3脚正电源，4脚接地，其它引脚悬空。
在设置接收模块的PT2272时候将4脚接地，3脚接正电源，其它引脚同样悬空就可以实现发射模块和接收模块的配对通信。
只有发射模块和接受模块的地址编码完全一致时，VT端才会输出解码有效高电平信号，接收模块所对应的D1-D4端才会输出约4V互锁高电平来控制信号。
如图3-8是接收模块接口与应答键处理原理图。
图3-8接收模块接口与应答键处理原理图
3.3.3数码管显示电路
LCD1602作为一种的点阵式液晶显示器，属于可以显示字母、数字、符号的字符型的液晶显示器。
特点是功耗相对较低、无污染以及器件轻便小巧，有着平面直角显示和显示状况稳定的优势，外围电路相对较少，应用方便，显示效果好，屏幕大，分辨率高，抗干扰性强。
LCD1602有16个引脚，LCD1602应用在设计中，一般数据线为7-14引脚，4、5、6引脚控制LCD1602的数据和指令的读写，由编写程序来完成LCD1602的显示功能。
LCD1602的显示容量为可显示2行，每行16个字符。
芯片
升级会员 