基于单片机的病房呼叫系统论文Word文档下载推荐.docx
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easily
call
medicalstaff,
thepatient'
s
request
canbe
quicklysent
tothe
dutydoctorornurse
istoimproveone
of
essential
equipment
andwardlevelofcare.Increasinglyfierce
competition
hospital,
commercial
hospitalsurvival
isthefirsttoenhancethe
grade
qualityofservice
is
imminent,accompanythe
issuehasbeen
themainbody
patientconflict,butalso
long-troubled
healthsystem
issues,
using
ward
moreconvenientforpatients
tofindadoctor
tosave
valuabletime
patient.
The
systemisa
basedon
51
series
micro-chip
design.
Thesy-stemuses
AT89C51micro-controller
asthecore,
supplemented
by
matrix
keyboard,LED
dotmatrixdisplay
asimple
circuit
andsome
analog
digitalcircuits
toachieve
thetransferofinformation
between
patientsandhealthcare.
Inthisdesign,eachward
hasa
button,
when
patients
inneed,pressthebutton,
thedisplay
thedutyroom
todisplay
number
beds
thispatient,
people
use
toachievecirculardisplay,
pressthe
medicalstaff
"
response"
tocancel
thecurrentcall.
Thissystemcanprovide
a
lowcost,highefficiency,
easyoperationand
easyinstallationandmaintenance
system
forthehospital.
KEYWORD:
AT89C51,
keyboard,
LED,ward
call
前言
伴随着医疗体制改革的不断深化和医疗事业的飞速发展,越来越多的人们需要迅捷、方便地得到医院的各种各样的医疗服务,这必将使医院之间的竞争日趋激烈。
这使得衡量一个医院的综合水平高低,不再仅仅局限于软、硬件的建设上,更要比服务。
原有的服务体系已不足以适应现代社会需求,谋求适合现代社会需求的客户服务系统,是所有企事业单位计划做或正在做的工作。
这些工作有利于改善服务量,提高效率并增加企业效益,从而赢得良好的社会声誉。
如何利用先进的信息技术为医院服务,更大程度的提高医院的服务质量及利润,是医院信息化建设中的一个重要着眼点。
医院的竞争越来越激烈,商业医院的生存是第一位的,提升档次和服务质量迫在眉睫,陪护问题一直是医患矛盾的主体,也是长期困扰卫生系统服务质量的大问题,使用病房呼叫系统,方便病人更快找到医生,以节约病人的宝贵时间。
病床呼叫系统是一种应用于医院病房、养老院等地方,用来联系沟通医护人员和病员的专用呼叫系统,是提高医院水平的必备设备之一。
病床呼叫系统的优劣直接影响到病员的安危,历来受到各大医院的普遍重视。
它要求及时、准确可靠、简便可行、利于推广。
目前市场上存在着许多种型号不一功能各异的医院病房呼叫系统,主要为两大类:
有线式和无线式。
无线式病房呼叫系统不存在铺设线路的问题,但是可靠性差,而且无线电波会干扰其他医疗仪器设备[3]。
本文设计的是有线式的,适合较小的医院病房使用,具有成本低,易于操作、安装和维护,而且具有可靠稳定,对其他医疗设备不会产生干扰的特点;
但受到布线较多,影响美观,故不适宜较大的医院。
病床呼叫管理系统便于病员快捷的呼叫护士,缩短人工呼叫的时间。
当今病房呼叫系统正在逐步地向智能化发展,它可以和录像机一起使用,当病人按下开关时,在护士值班室的大屏幕能够观察病人的需要。
并且可以配备对讲机等设备,能够使病员及时快捷地与医护人员进行沟通。
第一章系统整体设计
§
1.1功能与方案确定
1.1.1功能要求
本课题主攻方向是使系统实现以下目的:
一.任一病房(共64张)呼叫,医护值班室马上能响应并显示;
二.显示病房床号;
三.若有多个病床呼叫就循环显示;
四.处理完毕后可以清除记录。
1.1.2方案论证
方案一:
使用8051单片微机外加作地址锁存用的一块8三态锁存器74LS373芯片和一块EPROM芯片可构成一个完整的最小微机电路
。
以此为基础,在智能装置中若要配置多位数码管显示器,以及m行n列矩阵键盘的话,可通过扩展诸如8255或8279之类的并行1/0芯片来完成,或者通过串行通讯口P3.0(RXD)和P3:
1(TXD)经多块串—并,并—串转换电路74LS164和74LS165IC芯片实现接口。
按照一般的设计方法,显示和键盘搜索按下键均按动态扫描的方法进行,显示电路接口由P1口和P2口组成,键盘接口由P2口和P3口组成。
在完成显示功能过程中,P1口锁存器显示字符的八段字形码,P2口的高6位(P2.7-P2.2)锁存待显示字符的位选码。
8051按分时方式执行程序进入到键盘搜索时,经P2.7-P2.2输出键盘扫描的行选码,键盘的列输入由P3口的P3.7-P3.4承担缓冲功能。
利用P2.7-P2.2输出数据代码的做法是通过改变程序计数器高6位数值来实现的。
方案二:
用8051自身接口实现数码管静态显示和键盘扫描,使用8051单片微机外加作地址锁存用的两块8三态锁存器74LS373芯片可构成一个完整的最小微机电路。
以此为基础,在智能装置中若要配置多位数码管显示器,以及m行n列矩阵键盘的话,可以不扩展I/O芯片而由8051自身I/O口,实现上述功能,即用P0口的八个端口作为LED的段选,用P1口和P2口的做键盘电路的接口。
综上所述,方案一中键盘显示均采用动态扫描方式,其软件实现起来比较简单,但硬件电路过于复杂,没有合理利用单片机的I/O.而方案二外围电路简单,且软件实现起来也不是太复杂,合理利用单片机I/O口,比较起来本文采用的是方案二。
1.1.3总体结构框图
图1-1病房呼叫系统结构框图
1.2框架模块功能描述
一.输入部分包括按键输入,按键输入相当于一个外界的干扰信号,用于向单片机传输命令或数据。
二.调节电路部分包括晶振和复位,需要时对控制器发出中断信号,以对系统进行调节。
三.微处理器采用常见的AT89C51单片机为控制核心,通过软件编程,对实时采集的信息进行处理,同时也调节电路进行驱动和控制。
四.输出部分包括LED显示电路,将从键盘上输入的信号显示出来,给人以直观的印象。
五.系统过程的综述:
键盘(按钮)输入信号,AT89C51单片机收到信号后进行处理,通过输出系统将信号显示在LED屏上,此时还可以通过按键进行中断调节,显示会发生相应变化,实际情况出发,人们易于操作。
第二章
系统硬件设计
2.1硬件构成示意图
图2-1硬件构成示意图
2.2单片机简介
单片机全称为单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer),又称为微控制器(MicrocontrollerUnit)或嵌入式控制器(EmbeddedController)。
它是将计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上的微型计算机,通常片内都含有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定时器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。
随着技术的发展,单片机片内集成的功能越来越强大,并朝着片上系统方向发展。
单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点,在自动化装置、智能仪器仪表、过程控制、通信、家用电器等许多领域得到日益广泛的应用[1]。
2.3主要单元模块介绍
2.3.1控制器AT89C51
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度,非易失性存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元,功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合,可灵活应用于各种控制领域[2]。
主要特性:
一.与MCS-51产品指令系统完全兼容;
二.4K字节可重擦写Flash闪速存储器;
三.1000次擦写周期三.全静态操作:
0Hz-24MHz;
四.三级加密程序存储器;
五.128×
8字节内部RAM;
六.32个可编程I/O口线;
七.2个16位定时/计数器;
八.6个中断源;
九.可编程串行UART通道;
十.低功耗空闲和掉电模式。
输入输出引脚AT89C51引脚如图2-2示:
图2-2AT89C51引脚图
P0~P3:
通用I/O口;
VCC:
电源端,一般接5V;
GND:
电源地;
XTAL1,XTAL2:
外接晶体振荡器,不能超过24M;
需加微调电容,一般为30pF;
RST/VPD:
复位端,平时为低电平;
ALE/PROG:
地址锁存允许信号端;
EA/Vpp:
外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。
复位电路:
RST引脚是复位信号输入端吗,高电平有效。
采用上点复位,因为本系统设计的值班室“响应按钮”具有复位键,所以不需要进行手动复位,以节省资源,如图4所示
图2-3复位设计
时钟电路:
时钟是时序的基础,AT89C51核片内由一个反相放大器构成振荡器,可以由它产生时钟,时钟可以由两种方式产生内部方式和外部方式。
本系统采用内部方式,在XTAL1和XTAL2端外接石英晶体作为定时元件,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。
电容采用33pF电容。
如下图2-4所示。
图2-4时钟电路
2.3.2键盘电路设计
一.矩阵式键盘
最简单的键盘,每个键对应I/O端口的一位,没有什么键闭和时,各位均处于高电位。
当有一个键按下时,就是对应位接地而成为低电位,而其它位仍为高电位。
这样,CPU只要检测到某一位为”0”,便可判别出对应键已经按下。
但是,当键盘上的键较多时,引线太多,占用的I/O端口也太多。
比如,一个有64个键的键盘,采用这种方法来设计时,就需要64条连线和8个8位并行端口。
所以,这种简单结构只用在仅由几个键的小键盘中。
通常使用的键盘结构是矩阵式的,如图2-5所示。
设有
个键盘,那么,采用矩阵式结构以后,便只要
条引线就行了。
比如,有
个键,那么,只要用两个并行端口和16条引线便可以完成键盘的连接[3]。
图2-5矩阵键盘
二.键的识别
为了识别键盘上的闭和键,通常采用两种方法,一种称为行扫描法,另一种称为行反转法。
1.行扫描法的原理[4]:
行扫描法识别闭和键的原理如下:
先使第0行接地,其余行为高电平,然后看第0行是否有键闭和,这是通过检查列线电位来实现的,即在第0行接地时,看是否有条列线变成低电平。
如果有某条列线变为低电平,则表示第0行和此列线相交位置上的键被按下;
如果没有任何一条列线为低电平,则说明第0行上没有键被按下。
此后,再将第1行接地,,然后检测列线中是否有变为低电平的线。
如此往下逐行扫描,直到最后一行。
在扫描过程中,当发现某一行有键闭合时,也就是列线输入中有一位为0时,便在扫描中途退出,而将输入值进行移位,从而确定闭合键所在的列线位置。
根据行线位置和列线位置便能再扫描法来确定具体位置。
将行线和一个并行接口相接,CPU每次使并行输出接口的某一位为0,便相当于将某一行线接地,而其他位为1,则相当于使其他行线处于高电平[5]。
为了检查列线上的电位,将列线和一个并行输入输出口相接,CPU只要读取输入输出口中的数据,就可以设法判别出第几号键被按下[6]。
从上面的原理中知道,程控扫描法是由程序控制键扫描的方法。
程控扫描的任务是:
(1)首先判断是否有键按下。
其方法是使所有的行输出均为低电平,然后从端口A读入列值。
如果没有键按下,则读入的列值为FFH;
如果有键按下,则读入的列值不为FFH。
(2)去除键抖动。
若有键按下,则延时5~10ms,再一次判断有无键按下,如果此时仍有键按下,则认为键盘上有一个键处于稳定闭合期。
(3)若有键闭合,则求出闭合键的键值.求键值的方法是对键盘逐行扫描。
如图2-6行扫描法。
调显示程序
扫描整个键盘
有键按下?
再次扫描整个键盘
延时10ms
输出使Xi为低电平
此行有键按?
行值+08H
求下一行为低电平模型
各行扫描完了?
列值+1
列数据右移1位
延时
键释放了?
计算键值
(BUFF)键值
调查找功能键程序
Y
N
开始
图2-6行扫描法流程图
2.行反转法的原理[7]:
行反转法也是识别闭合键的常用方法,它的原理如下所述。
这了叙述方便,以4×
4=16键的键盘为例。
图2-7是行反转法的工作示意图。
图2-7行反转法连接图
从图中可以看到,用行反转法识别闭合键时,要将行线接一个并行口,先让它工作为输出方式,将列线接到一个并行口,先让它工作在输出方式。
程序使CPU通过输出端口往各行线上全部送低电平,然后读入列线的值[8]。
如果此时有某一个键被按下,则必定会使某一列线值为0,然后,程序再对两个并行端口进行方式设置,使接行线的并行端口工作在输出方式,而使接列线的并行端口工作在输出方式,并且将刚才读得的列线值从所接的并行端口输出,再读取行线的输入值,那么,在闭合键所在的行线上的值必定为0。
这样,当一个键被按下时,必定可以读得一对惟一的行值和列值[9]。
在键盘设计时,除了以键码的识别以外,还有抖动问题需要解决[10]。
有软件方法可以很容易解决抖动问题,这就是通过延迟来等待抖动消失,这之后,再读入键码。
2.3.3显示电路设计
一.LED显示原理
LED即发光二极管,它是一种由某种半导体材料制成的PN结,由于掺杂浓度很高,当正相偏置时,会产生大量的电子-空穴复合,把多余的能量释放为光能。
LED显示器具有工作电压低、体积小、寿命长(约十万小时)、响应速度快,颜色丰富(红、黄、绿等)等特点,是智能仪器最常使用的显示器[11]。
LED的正向工作电压降一般在1.2-2.6V,发光工作电流在5mA-20mA,发光强度基本上与正向电流成正比,故电路须串联适当的限流电阻[12]。
LED很适合于脉冲工作状态,在平均电流相同的情况下,脉冲状态比直流工作状态产生的亮度增强20%左右。
LED显示器有单个、七段和点阵式几种类型,本设计将使用七段LED显示器。
二.七段LED显示
七段LED显示器由数个LED组成一个阵列,并封装与一个标准外壳中。
为适用于不同的驱动电路,有共阴极和共阳极两种结构,如图所示。
用七段LED显示器可组成0-9数字和多种字母,为了适应各种装置的需要,这种显示中还有一个小数点,所以实际共有八段[13]。
图2-8LED显示器的两种结构
为了显示某个数或字符,就要点亮对应的段,这就需要译码。
译码有硬件和软件之分,硬件译码的优点是计算机时间的开销比较小,但硬件开支大[14]。
与硬件电路相比,软件译码显示电路省去了硬件译码器,本设计采用软件译码的方式。
按照显示方式,七段LED系统又有静态显示和动态显示之分[15]。
这次设计采用的是静态显示,利用74LS373和显示器组成了显示系统。
在每一次显示输出后能够保持不变,仅在待显示数字需要改变时,才更新锁存内容。
2.3.3报警电路设计
采用发光二极管和蜂鸣器相串联,用三极管加限流电阻作为控制开关,用单片机P3.7端口控制,当有高电平导通,显示器显示床号的同时蜂鸣器发出“嘀嘀”声作为呼叫提示。
电路连接图如2-9图所示。
图2-9报警设计
2.3.4控制电路设计
控制按键接p3.3端口,当有呼叫发出时,值班室人员收到相应信息后,可按下“响应按钮”,通过编程令单片机执行中断程序。
第三章系统软件设计
3.1系统软件环境介绍
3.1.1KEIL_C
于AT89C51的控制设计,以Keil_c为软件编程环境,以proteus软件为电路仿真设计环境。
二者的结合为该系统的设计提供有利条件。
Keil_c软件界面如图3-1所示:
图3-1Keil_c软件界面
该软件是一款集编程和仿真于一体的软件,它支持汇编、C语言及二者的混合编程[16]。
3.1.2ProtuesISIS
ProteusISIS是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。
它运行于Windows操作系统上,可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路[17]。
该软件的特点是:
一.全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准,并在同类产品中具有明显的优势。
二.具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS-232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能;
有各种虚拟仪器,如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等[18]。
三.目前支持的单片机类型有:
ARM7系列、68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。
四.支持大量的存储器和外围芯片。
总之,该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件,功能极其强大,可仿真ARM、51、AVR、PIC[19]。
ProteusISIS的工作界面是一种标准的Windows界面,如图所示,包括:
标题栏、主菜单、标准工具栏、绘图工具栏、状态栏、对象选择按钮、预览对象方位控制按钮、仿真进程控制按钮、预览窗口、对象选择器窗口、图形编辑窗口[20]。
图3-2电路仿真界面
运行Proteus程序后,进入软件的主界面。
通过左侧工具栏中的P(从库中选择元件命令)命令,在PickDevices左侧窗口中选择所需元件的关键字[21],然后放置元件并调整方向和位置以及参数设置,最后进行连线[22](图3-2电路仿真界面)。
3.2系统程序设计
病房呼叫系统软件设计均采用模块化设计,整个程序主要包括主程序、键盘扫描程序、显示程序。
所有程序均采用C语言编写。
病房呼叫系统的软件设计思路说明如下:
主程序的作用为程序初始化,显示病房编号(病房号的获得在键盘扫描程序中实现),并在多人按键时实现循环显示的功能。
通过不断的扫描,检查是否有病人呼叫。
显示程序通过扫描64个病床的判断标志位来决定是否需要显示床号。
键盘扫描程序是重要组成部分,它的功能是判断是否有按键并进一步确认是哪个按键按下或释放,同时修改相应的标志位,以运用到显示程序中。
3.2.1系统主程序流程图
主程序流程图给出了系统工作的基本过程,描述了信号的基本流向,起到一个向导的作用。
图3-1主程序流程图
主程序程序描述:
首先对各存储单元初始化,设定定时初值,清零键,然后继续扫描键盘,如扫描到键盘有键按下,则进而判断是哪个床位按下,进而显示病床号时,要判断标志位,若已经按下,则不响应,否则显示病床号。
最后,返回扫描键值程序,准备下一次的判断。
3.2.2显示程序流程图
显示程序主要是来判断是否需要显示,以及如何去显示,是十分重要的程序之一。
设计流程图如图所示。
图3-2显示程序流程图
显示程序描述:
设定床号显示标志为biao[n],令n从1开始,判断biao[n]是否为0,若不为零,表示有病房呼叫,则显示床号,继续扫描键值判断是否有别的病房呼叫,若n为0,表示无呼叫,则继续扫描下一病床编号。
3.2.2键盘扫描流程图
键盘电路设计成8*8矩阵式,在程序中可以先判断按键编码,然后在显示子程序中通过程序进行译码,再显示。
图3-3键盘扫描程序流程图
键盘扫描程序原理参考行反转法。
首先将列线(P1口)全部置高,行线(P2口)置低,再判断列线是否有低电平,有则代表有按键按下,则逐行将电平置低,获取键值。
如无按键,将再返回判断,接着重新判断按键是否释放,若释放则修改对应的标志,否则返回重新判断。
第四章系统调试与结果
系统调试工作是系统开发过程中必不可少的一个过程,一个完整的控制系统调试包含控制系统的硬件联调、软件联调、系统仿真、仿真烧录和现场安装调试等几个环节。
在系统设计组装完成后,首先是进行实验室条件下的系统硬件调试,调试成功后,有了硬件的保证,就容易发现软件的漏洞,进而促进改进和完善。
所有的调试通过后,要进行现场运行并能持续一定的时
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- 基于 单片机 病房 呼叫 系统 论文