病房呼叫报警电路报告.docx
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病房呼叫报警电路报告.docx
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病房呼叫报警电路报告
一、概述
病房呼叫系统在实际生活中对人们生活的改善,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。
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。
设计的基本原理:
1、对5个病房进行设计,并设优先级。
如1>2>3>4>5。
2、Led显示:
将病房发出的信号转化为0,1二进制,输入优先编码器74LS148的输入端,再将74LS148输出的信号经逻辑转化后置入为BCD-七段显示译码器74LS48的输入端,然后显示译码器74LS48再输出给LED七段显示器。
3、蜂鸣器报警:
将病房发出的信号转化为一个5s时长的蜂鸣信号,驱动蜂鸣器工作。
4、实现LED显示器和蜂鸣器的复位功能。
最终实现病房优先级分为五级,当有病房呼叫时,LED七段显示器会显示出呼叫病房的编号,并发出5s的蜂鸣声报警。
报告组成结构:
一、概述
二、方案论证
三、电路设计
四、性能测试
五、结论
二、方案论证
方案一:
将五个病房分为1,2,3,4,5个编号,其中优先级依次递减,用五个开关分别模拟五个病房发出的信号,按下开关则发出求救信号。
利用具有优先编码功能的74LS148芯片,将病房发出的信号输入到D3~D7中,其中D7~D3优先级依次降低,故将1~5号病床分别接到D7~D3中,因为其输入为低电平有效,故默认开关接高电平,闭合时接低电平。
然后74LS148芯片对输入的信号进行编码。
由于74LS48驱动LED七段显示器所需要的输入信号与74LS148芯片输出的信号不能直接相连,故根据逻辑关系,选择相应的与非门,进行逻辑转化。
最终使LED七段显示器能按要求显示出1~5五个数字。
蜂鸣器则采用555定时器构成的单稳态触发器驱动,后者能产生5s时长的高电平信号,然后恢复低电平。
七段显示器和蜂鸣器均能通过重置恢复默认状态。
方案一原理框图如图1所示:
图1病房呼救显示报警原理
本方案采用开关来模拟输入的报警信号,利用其产生的高电平(5V)及低电平(0V),来输入到优先编码的74LS148芯片。
在实际生活中也能极其方便的实现电平的输入、输出,既安全又对设备的要求低,而且功率也较小。
TTL电路也有着工作稳定、速度快、反应灵敏、功耗低、安全、成本低等优势,所以这种方案实施起来将会比较容易,普及率也会比较高。
本方案只需要74LS148、74LS48芯片各一片,一个LED七段显示器,555定时器构成单稳态触发器及若干与、非门等材料,所以可行性很高,成本控制也很合理。
本方案最终实现,当有病房呼叫时,LED七段显示器会根据呼叫病房的优先级显示出呼叫病房的编号,并发出5s的蜂鸣声报警,并且所有信息均可通过复位键进行复位。
方案二:
方案二与方案一原理基本相似,但方案一从74LS148芯片输出的信号要输入到74LS48芯片需要进行逻辑转化,需要近12个门电路,我发现将74LS148芯片输出的信号取非之后,正好是74LS48芯片输入的5—>1的显示,这样虽然优先级是5>4>3>2>1,但是逻辑转化所需的门从12个降低到了3个,能节省好多材料。
方案二也是用五个开关分别模拟五个病房发出的信号,按下开关则发出求救信号。
利用具有优先编码功能的74LS148芯片,将病房发出的信号输入到D1~D5中,其中D5~D1优先级依次降低,故将1~5号病床分别接到D1~D5中,因为其输入为低电平有效,故默认开关接高电平,闭合时接低电平。
然后74LS148芯片对输入的信号进行编码。
故根据逻辑关系,选择三个非门,进行逻辑转化。
最终使LED七段显示器能按要求显示出1~5五个数字。
蜂鸣器则采用555定时器构成的单稳态触发器驱动,后者能产生5s时长的高电平信号,然后恢复低电平。
七段显示器和蜂鸣器均能通过重置恢复默认状态。
方案二与方案一框图大致一样,故省略。
此方案的科学性、正确性、可行性也与方案一一致,故也省略。
本设计采用的是方案二,因为虽然数码管显示的优先级是5>4>3>2>1,但是比方案一节省了好多材料,性价比比较高,而且更加简洁,减少了电路出错的概率,提高其工作的效率和稳定性。
三、电路设计
1.报警信号输入电路(低电平有效)
将五个病房分为1,2,3,4,5个编号,其中优先级依次递增,用五个开关分别模拟五个病房发出的信号。
默认情况下断开,由于后面要接74LS148芯片,而其输入是低电平有效,故断开时则接VCC,当其闭合时应接低电平,故将其闭合时接地,代表按下开关发出求救信号。
于是将其输入电路用5个相同的单刀双掷开关来,开关可以在高电平和低电平之间切换,用来模拟报警信号的输入和关闭。
用这种单刀双掷的开关不仅简单轻易的就能实现信号的输入,而且稳定性也比较高,实用性比较强。
适应各种不同的环境,切换比较方便,价格也比较便宜,故我选择这种开关。
报警信号输入电路如图2所示:
图2报警信号输入电路
2.数码管显示电路
我采取具有优先编码功能的74LS148芯片,将病房发出的信号输入到D1~D5中,因为D5~D1优先级依次降低,故将1~5号病床分别接到D1~D5中,因为其输入为低电平有效,故默认开关接高电平,闭合时接低电平。
74LS148是8线-3线优先编码器,共有54/74148和54/74LS148两种线路结构型式,将8条数据线(0-7)进行3线(4-2-1)二进制(八进制)优先编码,即对最高位数据线进行译码。
利用选通端(EI)和输出选通端(EO)可进行八进制扩展。
在优先编码器电路中,允许同时输入两个以上编码信号。
不过在设计优先编码器时,已经将所有的输入信号按优先顺序排了队。
在同时存在两个或两个以上输入信号时,优先编码器只按优先级高的输入信号编码,优先级低的信号则不起作用。
其中I0—I7为输入信号,A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号,IE是使能输入端,OE是使能输出端,GS为片优先编码输出端。
下图是74LS148芯片的真值表:
图374LS148芯片的真值表
74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器,常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中。
下图是74LS48芯片的真值表:
图474LS48芯片的真值表
由于74LS48驱动LED七段显示器所需要的输入信号与74LS148芯片输出的信号之间有着恰好相反的关系,故,在A0、A1、A2后各加一个反相器,则数码管恰能显示5~1五个数字。
数码管显示电路如图5所示:
图5数码管显示电路
3.蜂鸣器报警电路
555定时器的功能主要由两个比较器决定。
两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。
在电源与地之间加上电压,当5脚悬空时,则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3,C2的反相输入端的电压为VCC/3。
若触发输入端TR的电压小于VCC/3,则比较器C2的输出为0,可使RS触发器置1,使输出端OUT=1。
如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3,同时TR端的电压大于VCC/3,则C1的输出为0,C2的输出为1,可将RS触发器置0,使输出为低电平。
通过改变R、C的大小,可使延时时间在几个微秒和几十分钟之间变化。
当这种单稳态电路作为计时器时,可直接驱动小型继电器,并可采用复位端接地的方法来终止暂态,重新计时。
由于我们需要让蜂鸣器发出5s的响声,故我们需要用构建一个由555定时器构成的单稳态触发器,根据公式tw=1.1RC,我选取R=3.62KΩ,C=1.28mF。
于是我们在其输出端接入一个蜂鸣器,调整蜂鸣器电压为5V,当输出为高电平时蜂鸣器开始工作,低电平则不工作。
至于输入端,采用多输入的与非门构成,当任何一个病床开关闭合,输入低电平,则与非门输出高电平,555触发器开始工作,蜂鸣器报警。
蜂鸣器报警电路如图6所示:
图6蜂鸣器报警电路
4.复位功能
(1)数码管的复位功能:
因为74LS148芯片有EI选通端,当其接地时正常工作,而接高电平时输出为111,数码管端显示为0。
故我们可以在EI端加个开关,作为数码管的复位端,默认接低电平,闭合接高电平,复位。
(2)蜂鸣器的复位功能:
我们可以在555定时器构成的单稳态触发器前加一个单刀双掷开关,默认接与非门输出端,闭合时接地,555定时器停止工作,蜂鸣器也停止工作,实现复位功能。
四、性能测试
1.七段数码显示管的测试
图中开关从下往上依次是1、2、3、4、5号病床,优先级依次递增。
2.蜂鸣器测试
由于蜂鸣器是发出声音工作的,故用示波器代替
并且可以从示波器上测出其周期为5.06s.
3.电路整体性能测试
上图中开关4和3均处于闭合状态,但4号病床的优先级大于3号病床,故数码管显示的4而不是3,并且从示波器显示可以看出输出有5s的高电平驱动蜂鸣器工作,然后变为低电平,电路结果完全正确。
4.复位功能测试
(1)数码管复位测试
从上图可以看出即使是输入有信号,但是74LS148芯片EI输入端接高电平,也就是复位起作用,数码管便被置0。
(2)蜂鸣器复位测试
从上图可以看出即使是输入有信号,但是555定时器输入为低电平,复位功能起作用,555定时器便输出为低电平,蜂鸣器重置。
输入输出关系表格:
五、结论
通过对测试数据的全面分析,我发现结果与课设要求的完全一致,即实现了对5个病房设优先级,当有病房触发报警信号时,LED数码显示器根据优先级显示报警的病房,同时蜂鸣器发出5s的报警声,而且所有的信息均可复位。
这次课程设计主要考察我们对有优先编码的芯片74LS148的运用,以及对555定时器构成的单稳态触发器的实际应用,其次就是考察我们对组合逻辑的熟练程度,将74LS148通过接与非门等门电路转化为74LS48这样的BCD-七段显示译码器能输入的信号,继而就能实现数码管的显示。
一开始我选的是方案一,思路比较简单,但是不容易出错,只是需要列出好多真值表以及逻辑表达式的转化,实际连线的时候反而造成了一些麻烦。
后来我发现74LS148当输入端选择D1~D5时输出的正好与74LS48显示译码器的数字5~1编码恰好相反,于是便可直接各加三个反相器,省去了好多门和线但是输出的优先级则是固定的,只能是5>4>3>2>1
在一开始仿真的时候出现了很多错误,比如一开始蜂鸣器直接不想,后来发现它的工作电压是9V,后来把它改到5V之后,同时把频率调到2000hz,终于能听到清脆的蜂鸣器响声了。
还有就是数码管的型号有两种,一种是CA,一种是CK,二者外形上一摸一样,一开始我选择的是CA,连接无误后,发现它并不能点亮,检查了好久都找不到问题。
后来我选择CK型号的,终于能正常的显示数字了。
仿真过程中唯一出现的一点遗憾就是,蜂鸣器不能有规则的鸣叫,即使旁边示波器的显示是正确的,有时候示波器都显示出为低电平了,蜂鸣器还在不规则的叫,我怀疑这是软件仿真时的问题,因为把蜂鸣器换成小灯泡时,小灯泡能正常的闪烁。
于是我就上网查阅资料,但是网上却只有如何让蜂鸣器发出声音,没有蜂鸣器不正常鸣叫的问题。
而且我把我的程序发给同学,让其在自己电脑上运行时蜂鸣器又发出了不同的声音。
于是我猜测可能是软件版本对蜂鸣器的兼容性存在问题,也有可能是windows系统版本的兼容性问题,但是不管怎样从示波器上能看到正确的的波形,我认为在实际情况下蜂鸣器应该能正常的工作。
我认为此次设计的核心还是在于对74LS148芯片的应用以及对逻辑表达式的掌握,只要能按着真值表仔细的找出规律,化简其表达式。
设计就显得比较简单了,而且555定时器构成单稳态触发器也比较容易能实现,只要调节R和C的数值便能产生5s长的蜂鸣信号。
此次课程设计极大提高了我的实践动手能力,虽然没有实际操作制作实物,但通过仿真,大大扩展了我们的思维,提高了用理论知识解决实际问题的能力,最关键的是发现问题、思考问题、解决问题的方法。
这并不是在课堂上的单纯听懂,或者课后看书过程中的深入理解,这需要的是一种理论联系实践的能力。
而且当自己通过一步步的努力,解决困难,实现要求的功能的时候,心里就会感到特别的自豪。
我认为这是在课本上学不到的,也是这次课设的魅力所在。
参考文献
[1]阎石主编.数字电子技术.[M]北京:
高等教育出版社,2006年
[2]陈振官等编著.新颖高效声光报警器.[M]北京:
国防工业出版社,2005年
[3] 陈大钦主编.电子技术基础实验——设计·仿真[M].北京:
高等教育出版社2000年
[4] 康华光主编.《电子技术基础》数字部分[M].北京高等教育出版社 2008年
[5] 童诗白、徐振英主编.现代电子学及应用[M].北京:
高等教育出版社,1994年
[6] 何小艇主编.电子系统设计[M] .浙江:
浙江大学出版社,2000年
[7] 郑家龙、王小海、章安元编.集成电子基础教程 [M].北京:
高教出版社,2002年
[8] 彭介华编.电子技术课程设计指导 [M]. 北京:
高等教育出版社,1997年
[9]童诗白主编.数字电子技术 [M].北京:
高等教育出版社 , 2001年
[10]赵春华编著.电子技术基础仿真实验.[M]北京:
机械工业出版社,2008年
[11] 童诗白、华成英主编.模拟电子技术基础[M].北京:
高等教育出版社,2006年
附录I总电路图
方案一:
方案二:
附录II元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
U1
优先编码器
74LS148D
1
2
U2
七段数码管译码器
74LS48D
1
3
A3
555定时器
555_VIRTUAL
1
4
R1
电阻
3.62KΩ
1
5
C1
电容
1.28mF
1
6
U6
七段数码显示器
SEVEN_SEG_COM_K
1
7
U7
反相器
7404N
4
8
U8
与非门
74LS30D
1
9
S1
开关
s
7
10
Ls2
蜂鸣器
Sonalert
1
11
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