基于单片机的病房呼叫系统.docx
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基于单片机的病房呼叫系统
摘要
本文是基于51系列的单片机设计的病房呼叫系统。
在该设计中每个病房都有一个按键,当患者有需要的时候,按下按键,此时,值班室的系统板上会显示此患者的床位号,此时,值班室的护士会看到哪个病房的患者又需要,然后护士按下“响应”键取消当前呼叫。
在这个瞬息万变、竞争激烈的时代,选择一个优越的工具往往能提升企业在这个市场上的竞争力。
尤其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。
系统主要用于医院、门疹、养老院等场所。
可大大降低护理成本,增强护理的及时性和有效性,而且无需布线、安装极其简便。
以前当病人需要服务时就不得不亲自到值班室去叫。
安装该呼叫系统后,在病人与护士之间架起一座及时沟通的桥梁。
使用呼叫服务系统可在减少护理人员的同时,保证病员随时能够得到服务,让每个病人及时得到最佳护。
该系统就能够满足这个要求,且实际意义在于能够为医院提供一个成本低、不复杂、生产和安装方便的简单快捷系统。
关键词单片机,点阵,LED显示,呼叫系统
Abstract
Thedesignofthesystemiscalledsystem51seriessingle-chipdesignbasedontheward.Inthedesignofeachunithasakey,whenapatientneeds,pressthebutton,atthistime,thesystemboarddutyroomwilldisplaythepatientbednumber,atthistime,dutyroomnurseswillseewhichwardpatientsandnurses,andthenpressthe"response"buttontocancelthecall.
Varyfromminutetominute,inthiseraoffiercecompetition,selectasuperiortolaneoftenpromotetheenterpriseinthemarketcompetitiveness.Inparticular,thehospitaloftheincreasinglyfiercecompetition,commercialhospitalsurvivalisthefirst,enhancethelevelandqualityofservicehasbeenimminent,thesubjectofthedoctor-patientcontradiction,isalsoabigproblemofqualityofservicelong-termhealthsystems,theuseofwardcallsystem,convenientforthepatientstofinddoctors,inordertosavethetimeofpatients.Thesystemismainlyusedforplacesofhospitals,clinics,nursinghomes.Cangreatlyreducethecostof-nursingcare,enhancethetimelinessandeffectiveness,andnowiring,installationisverysimple.Whenpatientsneedserviceswillhavetopersonallytothedutyroomtocall.Theinstallationofthecallsystem,setupacommunication-bridgebetweenpatientsandnurses.Usethecallservicesystemcanreducethe-nursingstaffatthesametime,toensurethepatientcangettheservice,letevery-patienttobethebestsupport.
Thesystemisabletomeettherequirements,andthepracticalsignificanceistoprovidealowcost,notcomplicated,productionandconvenientinstallationissimpleandfastsystemforhospital.
KeyWordsSinglechip,dotmatrix,LEDdisplay,callsystem
目录
毕业设计任务书………………………………………..……….….……….……........I
摘要………………………………………..……….….……….……............................I
绪论………………………………………..……….….……….……...........................1
第1章系统整体设计………………………………………..……….….………......3
1.1功能与方案确定………………………………………..……….….……….…........3
1.2框架模块功能描述………………………………………..……….….………..........5
第2章系统硬件设计………………………………………..……….….………......6
2.1硬件构成示意图………………………………………..……….….……….….......6
2.2外围电路设计………………………………………..……….….……….…….......6
2.3呼叫系统控制器AT89C51……………………………………..……….….……........6
2.4键盘电路设计……………………………………..……….….……........................9
2.5显示电路设计……………………………………..……….….……........................13
2.6控制电路设计……………………………………..……….….…….......................19
第3章系统软件设计………………………………………..……….….……........21
3.1设计的软件环境简介……………………………………..……….….…...….........21
3.2系统程序设计………………………………………..……….….……….…….....23
第4章调试与结果………………………………………..……….….……….........27
4.1调试界面显示………………………………………..……….….……….……......27
4.2结果分析………………………………………..……….….……….…….............28
结论/展望………………………………………..……….….……….……................30
致谢………………………………………..……….….……….……..........................31
参考文献………………………………………..……….….……….……..................32
附录………………………………………..……….….……….…..............................33
附录A……………………………………....……….….……….….............................33
附录B……………………………………..………….….……….…............................34
绪论
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。
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。
病房呼叫管理系统在全国大型医院病房中都有广泛的应用,它便于病人方便快捷的呼叫护士,缩短人工呼叫的时间。
当今病房呼叫系统正在逐步的向智能化发展,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上能打开该病房,以此护士能观察到该病的需要。
并且,可以安装一个对讲机,能够使病人和护士进行对话。
第1章呼叫系统总体设计
1.1功能与方案确定
1.1.1呼叫系统功能要求
本课题主攻方向是使系统实现以下目的:
1.任一病房(共16张)呼叫,医护值班室马上能响应并显示病房号;
2.显示病房床号;
3.若有多个病床呼叫就循环显示;
4.处理完毕后清除记录;
5.显示器不重复显示按一次以上的病床号
设计目的和要求:
①软件方面
要求界面美观,功能齐全,能写出最优控制算法,并能制成软件。
②硬件方面
研制出到一套及时、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。
a、系统框架建立
输入系统和显示系统是设计的两大系统,因此,在开题之前要对其单独进行分析,能准确的构建系统的框架,这是对系统进行分析和控制的前提。
b、控制算法的研究
采用各种不同的控制方法,实现控制要求。
比较控制效果和考虑性价比,从中选择合适的控制算法作为控制器,进而进行下一步的系统仿真和实验。
1.3框架模块功能描述
本设计是基于AT89C51单片机设计的病房呼叫系统设计,该系统就是以Atmel公司的AT89C51单片机作为主控器,包括键盘输入电路,显示电路,以及晶振复位电路等来实现病房呼叫系统。
病床呼叫系统结构框图如图1-1所示
图1-1病房呼叫系统结构框图
1.1.2.病床呼叫系统的方案论证
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四块8三态锁存器74LS373芯片和一块74LS138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P2口的高三位连接一个三八译码器74LS138作为四个LED的片选.用P1口和P2口的低五位做键盘电路的接口。
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
本设计是基于AT89C51单片机设计的病房呼叫系统设计
该系统就是以Atmel公司的AT89C51单片机作为主控器,包括键盘输入电路,显示电路,以及晶振复位电路等来实现病房呼叫系统。
病房呼叫系统结构框图如1-2所示
图1-2病房呼叫系统结构框图
1.2框架模块功能描述
(1)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。
(2)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。
(3)微处理器采用常见的AT89C51单片机为控制核心,通过软件编程,对实时采集的温度进行处理,同时也对调节电路进行驱动和控制。
(4)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。
(5)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点阵屏上,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2章系统硬件设计
2.1呼叫系统硬件
呼叫系统的构成由键盘电路、单片机、显示电路和报警电路构成。
呼叫系统的构成示意图如图2-1所示
图2-1呼叫系统硬件构成示意图
2.2外围电路设计
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。
尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上,但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件:
CPU、内存、内部和外部总线系统。
单片机是单片微型机的简称,故又称为微控制器MCU(MicroControlUnit)。
通常由单块集成电路芯片组成,内部包含有计算机的基本功能部件:
中央处理器CPU,存储器和I/O接口电路等。
因此,单片机只要和适当的软件及外部设备相结合,便可成为一个单片机控制系统。
2.1呼叫系统控制器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。
AT89C51主要特性:
a与MCS-51产品指令系统完全兼容
b4K字节可重擦写Flash闪速存储器
c1000次擦写周期
e全静态操作:
0Hz-24MHz
f三级加密程序存储器
g128×8字节内部RAM
h32个可编程I/O口线
i2个16位定时/计数器
j6个中断源
k可编程串行UART通道
l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,高电平有效。
采用上电加按钮复位,因为本系统设计考虑到该系统比较重要,所以除了采用上电复位的方式外,应该还有按钮复位备用复位方式以防止系统死机时能。
上电复位和按键复位如下图2-3所示。
图2-3上电复位和按键复位
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30pF电容。
单片机外接电路如下图2-4所示。
图2-4单片机外接电路
2.2键盘电路设计
1、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3.5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。
矩阵键盘示意图如下图2-5所示
图2-5矩阵键盘示意图
2、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:
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。
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。
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。
行扫描法如图2-6所示:
图2-6行扫描法的流程图
(2)行反转法的原理。
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。
行反转法的工作示意图如图2-7所示
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。
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。
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。
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显示电路设计
1、LED点阵显示屏概述
LED点阵显示屏的构成型式有多种,其中典型的有两种。
一种把所需展示的广告信息烧写固化到EPROM芯片内,能进行固定内容的多幅汉字显示,称为单显示型;另一种在机内设置了字库、程序库,具有程序编制能力,能进行内容可变的多幅汉字显示,称可编程序型。
目前,国内的LED点阵显示屏大部分是单显示型,其显示的内容相对较少,显示花样较单一。
一般在产品出厂时,显示内容就已写入显示屏控制系统中的EPROM芯片内,当需要更换显示内容时就非常困难,这样使该类型的显示屏使用范围受到了限制。
国内的另一种LED显示屏——可编程序型LED显示屏,虽然增加了显示屏系统的编程能力,显示内容和显示花样都有所增加,但也存在着更换显示内容不便的缺点。
随着社会经济的迅速发展,如今的广告牌都存在着显示内容丰富、信息量大、信息更换速度快等特点。
因此传统的LED显示屏控制系统已经越来越不能满足现代广告宣传业的需要。
而利用PC机通信技术控制LED显示屏,则具有显示内容丰富,信息更换灵活等优点。
2、8*8点阵
如图2-8和图2-9是8*8点阵原理图和实物图。
图2-88*8点阵LED等效电路图
图2-9为8×8单基色点阵的结构图,从内部结构可以看出8×8点阵共需要64个发光二极管,且每个发光二极管是放置在各行和列的交叉点上。
当对应的某
图2-98*8点阵LED外观及引脚图
一列置高电平,另一列置低电平时,则在该行和列的交叉点上相应的二极管就亮。
图2-9为8×8点阵LED外观及引脚图,其等效电路如图2-8所示,只要其对应的X、Y轴顺向偏压,即可使LED发亮。
例如如果想使左上角LED点亮,则Y0=1,X0=0即可。
应用时限流电阻可以放在X轴或Y轴。
3、16×16点阵显示原理
从理论上说,不论显示图形还是文字,只要控制与组成这些图形或文字的各个点所在的位置相对应的LED器件发光,就可以得到我们想要的显示结果,这种同时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。
16x16的点阵共有256个发光二极管,显然单片机没有这么多的端口,如果我采用锁存器来扩展端口,按8位的锁存器来计算,16x16的点阵需要256/8=32个锁存器。
这个数字很庞大,因为我们仅仅是16x16的点阵,在实际应用中的显示屏往往要大得多,这样在锁存器上花的成本将是一个很庞大的数字。
因此在实际应用中的显示屏几乎都不采用这种设计,而采用另外一种称为动态扫描的显示方法。
动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮,这样扫描驱动电路就可以实现多行(比如16行)的同名列共用一套驱动器。
具体就16x16的点阵来说,
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