基于51单片机病房呼叫系统设计与制作.pdf

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1、目目录录一、设计思路.11.设计的思路和采取的技术方案.11.1 设计的思路.11.2 采取的技术方案.12.工具设备要求和技术规范.12.1 工具设备要求.12.2 技术规范.1二、设计过程与说明.21.设计过程.21.1 设计前期调研.21.2 设计方案.21.3 设计要求及预期目标.21.4 病房呼叫控制系统硬件电路设计.31.5 病房呼叫系统软件设计.92.设计过程中碰到的问题与解决措施.102.1 显示屏显示乱码.102.2 显示屏有时候不亮.10三、设计成果.111.作品的特点.111.1 技术指标.111.2 性能特点.111.3 创新之处.111.4 实用性.112.归纳和总结

2、.112.1 归纳总结.112.2 提出建议、改进意见.123.设计成果.133.1 病房呼叫系统总原理图.133.2 病房呼叫系统 PCB 图.143.3 病房呼叫系统实物图.153.4 测试文件.163.5 部分程序代码.16五、参考文献.191一、设计思路1.1.设计的思路和采取的技术方案设计的思路和采取的技术方案1.11.1 设计的思路设计的思路随着科技的发展，无线应用技术已经渗透到生活的各个领域，无线传输技术也越来越成熟。本设计是将无线传输技术应用到临床上的研究，实现基于单片机的无线传输模块构成的无线多路病房呼叫系统。本设计以 STC89C51 单片机为控制核心，通过无线发射模块发射

3、传输信号，无线接收模块接收信号，经 STC89C51 处理后显示输出，从而实现病人与医护的无线远距离沟通。本病房呼叫系统能够实现 100m 的远距离发射接收，也能绕过障碍物传输，其性能稳定、占用空间小、使用材料少、传输速度快、距离远，能够满足临床应用的要求。1.21.2 采取的技术方案采取的技术方案第一步，根据设计思路构想设计的原理图框架，学习设计中要用到的知识，如无线发射模块的原理、编码解码，单片机 C 语言编程设计，液晶 1602 的显示，使用的芯片引脚工作原理、Altium Designer 2019 软件使用等。第二步，对硬件模块进行设计。如无线发射模块、无线接收模块、1602 显示模

4、块、声音呼叫模块，在 Altium Designer 2019 中绘制原理图。第三步，对系统软件进行设计。如主函数程序设计、初始化程序设计、延时子程序设计、液晶显示子程序设计、定时器中断服务子程序设计。2.2.工具设备要求和技术规范工具设备要求和技术规范2.12.1 工具设备要求工具设备要求（1）Keil uVision 5；（2）Altium Designer 2019；（3）恒温烙铁；（4）数字万用表。2.22.2 技术规范技术规范（1）GB/T 50951-1985 电子设备用机电元件基本试验规程及测量方法；（2）GB/T 51198-2017 电子产品工艺设计规范；（3）GB/T 12

5、856-1991 程序设计语言；（4）GB/T 4728 电子产品调试与检测标准。2二、设计过程与说明1.1.设计过程设计过程1.11.1 设计前期调研设计前期调研目前大多医院的病房呼叫系统采用有线传输方式，有线传输占用空间较大，耗材多，而且不易移动，因此现今需要对病房呼叫系统进行升级。近年来在我国无线领域有了大的进展，这为此提供了有力的技术支持。有的一些简易无线发射接收模块传输距离近，效率低，可靠性差，不适合用于产品的设计。本设计是基于单片机实现的医用无线多路病房呼叫系统，分为无线发射电路、无线接收电路、单片机 STC89C51、液晶显示电路、蜂鸣器报警电路和应答电路。本系统通过无线电实现信

6、号的传递，单片机作为控制部件协调处理整个系统的工作，实现无线信号的远距离传输，减少了材料的耗费，安装简单，使医患沟通更加灵活，是无线网络技术在医学临床上的大胆应用，具有创新性。1.21.2 设计方案设计方案本设计以 STC89C51 为主控芯片的单片机病房呼叫系统控制计，其硬件部分由单片机主控电路，液晶显示电路，无线发射电路，无线接收电路，蜂鸣器报警电路，按键电路组成，软件部分由主程序，初始化程序，液晶显示子程序，按键处理子程序，定时器中断程序组成，能实现当病人及家属有需要时，按下按键，此时值班室的显示屏可显示此患者的床位号，多人使用时均可显示，医护人员按下“响应”键取消当前呼叫功能、精度能达

7、到 100m 内有效。根据单片机的无线病房呼叫系统要求初步绘制出系统原理框图如图 2-1 所示。图图 2-12-1 病房病房呼叫系统原理框图呼叫系统原理框图1.31.3 设计要求及预期目标设计要求及预期目标设计要求：设计出稳定高效的运行系统，并且有一定的抗干扰能力，能够实现多路呼叫且互不干扰。距离在 100m 范围内，实现多路无线病房呼叫，并留有扩展空间。预期目标：病人按呼叫键时，无线发射器发射信号，无线接收器接收无线信号，通过单片机控制处理，护士值班室发出呼叫警报，同时 1602 液晶上显示相应的床位号，当护士按键应答，蜂鸣器报警停止，液晶显示以应答，警报由定时器控制关闭。当有多个病人呼叫没

8、有及时应答时，对应显示各床床位号，同时报警。STC89C51无线接收无线接收电路电路无线发射无线发射电路电路按键电路按键电路液晶显示液晶显示蜂鸣器报蜂鸣器报警电路警电路31.41.4 病房病房呼叫控制系统硬件电路设计呼叫控制系统硬件电路设计1.4.11.4.1 病房病房呼叫总原理图呼叫总原理图病房呼叫系统由主控机和病人遥控器两部分组成。主控机分别为无线接收电路、液晶显示电路、蜂鸣器报警电路、应答电路组成。图图 2 2-2-2 病房病房呼叫呼叫主控机主控机原理图原理图病人遥控器由无线发射模块组成。图图 2 2-3-3 病房病房呼叫呼叫病人的遥控器病人的遥控器原理图原理图1.4.21.4.2 无线

9、发射模块无线发射模块PT2262 是一种 CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编码电路，PT2262 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，任意组合可提供 531441 地址码，4PT2262 最多可有 6 位（D0-D5）数据端管脚，设定的地址码和数据码从 17 脚串行输出，可用于无线遥控发射电路，PT2262 管脚说明如表 2-1。表表 2-12-1 PT2262PT2262 管脚说明管脚说明名称管脚说明A0-A111-8,10-13地址管脚，用于进行地址编码，可置为“0”、“1”、“悬空”。D0-D57-8,10-13数据输入端，有一个为“1”即有编

10、码发出，内部下拉。VC18电源正端（）GND9电源负端（）TE14编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效；OSC116振荡电阻输入端，与 OSC2所接电阻决定振荡频率；0S15振荡电阻振荡器输出端；DOUT17编码输出端（正常时为低电平）T10A 发射模块（如表 2-2）采用 SMD 技术，在稳频处理上采用最先进声表谐振器（SAW）元件，电路板（PCB）采用介质损耗最小的材料，体积小巧。表表 2-22-2 T10AT10A 发射模块发射模块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（SAW）调制方式AM/ASK/OOK工作频率315MHz、

11、433.92MHz 可选频率误差150kHz(max)发射功率25mW(315MHz,12V 时）图 2-4 所示为无线发射模块图，由 PT2262 编码，发射模块的四个按键分别代表不同的病房号，按下表示病人呼叫。5图图 2 2-4 4 无线发射模块无线发射模块图图在通常使用中，一般采用 8 位地址码和 4 位数据码，这时编码芯片 PT2262 和解码芯片PT2272 的第 18 脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接地三种状态，3 的 8 次方为 6561，所以地址编码不重复度为 6561 组，只有发射端 PT2262 和接收端 PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用，

12、一般生产厂家都把地址编码端悬空，用户可以自己设置编码。设置地址码的原则是：同一个系统地址码必须一致；不同的系统可以依靠不同的地址码加以区分。1.4.31.4.3 无线接收模块无线接收模块解码接收模块包括接收头和解码芯片 PT2272 两部分。接收头将接收的信号输入 PT2272的 14 引脚（DIN），PT2272 对接收到的信号解码。无线接收模块如图 2-5 所示。图图 2 2-5 5 无线接收模块无线接收模块图图编码芯片 PT2262 发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片 PT2272 接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT 脚才输出高电平，与此同时

13、相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发6射机没有按键按下时，PT2262 不接通电源，其 17 脚为低电平，所以 315MHz 的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262 得电工作，其第 17 脚输出经调制的串行数据信号，当17 脚为高电平期间 315MHz 的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当 17 脚为低频期间315MHz 的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全受控于 PT2262 的 17 脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK 调制）相当于调制度为 100的调幅，PT2272管脚说明如表 2-3。表表 2-32-3

14、PT2272PT2272 管脚说明管脚说明名称管脚说明0-A111-8,10-13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0-D58,10-13地址或数据管脚，当作为数据管脚时，只有在地址码与 2262 一致一致，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VCC18电源正端（）GND9电源负端（）DIN14数据信号输入端，来自接收模块输出端OSC116振荡电阻输入端，与 OSC2 所接电阻决定振荡频率；OSC215振荡电阻振荡器输出端；VT17解码有效确认 输出端（常低）解码有

15、效变成高电平（瞬态）PT2262 和 PT2272 除地址编码必须完全一致外，振荡电阻还必须匹配，一般要求译码器振荡频率要高于编码器振荡频率的 2.58 倍，否则接收距离会变近甚至无法接收，随着技术的发展市场上出现一批兼容芯片，在实际使用中只要对振荡电阻稍作改动就能配套使用。在具体的应用中，外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节，阻值越大振荡频率越慢，编码的宽度越大，发码一帧的时间越长。市场上大部分产品都是用 2262/1.2M2272/200K 组合的，少量产品用 2262/4.7M2272/820K。解码接收模块包括接收头和解码芯片 PT2272 两部分组成。接收头将收到的信号输入PT227

16、2 的 14 脚（DIN），PT2272 再将收到的信号解码。接收板工作电压为 DC5V，接收灵敏度：-103dBm，尺寸（mm)：49*20*7，工作频率：315MHz，工作电流：5mA，编码类型：固定码（板上焊盘跳接设置）应用说明：与各类型遥控器配合使用，解码输出后进行相应控制，在通常使用中，我们一般采用 8 位地址码和 4 位数据码，这时编码芯片 PT2262 和解码芯片 PT2272 的第 18 脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接地三种状态，地址编码不重复度为 38=6561 组，只有发射端 PT2262 和接收端 PT2272 的地址编码完全相同，才能配对使用，遥

17、控模块的生产厂家为了便于生产管理，出厂时遥控模块的 PT2262 和 PT2272 的八位地址编码端全部悬空，这样用户可以很方便7选择各种编码状态，用户如果想改变地址编码，只要将 PT2262 和 PT2272 的 18 脚设置相同即可，例如将发射机的 PT2262 的第 2 脚接地，第 3 脚接正电源，其它引脚悬空，那么接收机的 PT2272 只要也第 2 脚接地，第 3 脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接收。当两者地址编码完全一致时，接收机对应的 D1D4 端输出约 4V 互锁高电平控制信号，同时VT 端也输出解码有效高电平信号。1 1.4.4.4 4 液晶液晶显示模块显示模块当接通电

18、源之后，显示器会显示“HAPPY EVERY DAY!”,一直待有床位呼叫之后显示”某床位#CALLING!”图图 2-62-6 16021602 原理图原理图1.4.51.4.5 蜂鸣器报警模块蜂鸣器报警模块图图 2 2-7 7 声音报警声音报警模块模块该设计有声音报警，当有病人呼叫时，蜂鸣器就会大声提示，直到护士应答回复，才会停止鸣叫，控制引脚接在 P3.4 引脚上，利用三极管当做开关电路可以保护单片机，还可以起到放大电流的作用，当三极管基极为高电平时，发射极截止，为低电平时，发射极导通。8报警模块如图 2-7 所示。1.4.61.4.6 应答电路应答电路本设计中四个床位使用一个应答按钮，

19、接在 P3.3 引脚上，当有病人按下按钮，报警开始时，按下应答按钮，即可停止报警，应答模块图如图 2-8 所示。图图 2-82-8 应答电路模块应答电路模块1.4.1.4.7 7 病房病房呼叫系统呼叫系统 I/OI/O 分配表分配表表表 2 2-4 4 病房病房呼叫系统呼叫系统 I/OI/O 分配表分配表I/O 口功能I/O 口功能P0 端口（P0.0P0.7）8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。ALE/PROG地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时，此引脚也用作编程输入脉冲。P1 端口（P1.0P1.7）内部提

20、供上拉电阻的 8 位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。/PSEN外部程序存储器的选通信号。P2 端口（P2.0P2.7）内部上拉电阻的 8 位双向 I/O口，P2 口缓冲器可接收，输出 4个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。/EA/VPP访问外部程序存储器控制信号P3 端口（P3.0P3.7）8 个带内部上拉电阻的双向 I/O口，可接收输出 4 个 TTL 门电流XTAL1振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。VCC供电电压XTAL2振荡器反相放大器的输入端。9GND接地RST复位输入1.51.5 病房病房呼叫系统软

21、件设计呼叫系统软件设计1.5.11.5.1 病房病房呼叫主流程框图呼叫主流程框图图图 2 2-9 9 病房病房呼叫主流程框图呼叫主流程框图按下开关，系统调用初始化子程序，液晶屏显示欢迎语。系统判断是否有床位报警呼叫，有床位报警，报警器打开，液晶屏显示床位号，没有则返回上一步。液晶屏显示床位号后，判断是否有人应答，有则关闭报警器，液晶屏显示知晓，没人有应答，则继续判断是否有人NYNY开始调用初始化子程序液晶显示欢迎语报警器打开，液晶显示对应床位号判断有床位报警判断应答按关闭报警器液晶显示知晓结束10应答。1.5.21.5.2 蜂鸣器报警电路流程框图蜂鸣器报警电路流程框图图图 2-12-10 0

22、蜂鸣器报警电路流程框图蜂鸣器报警电路流程框图蜂鸣器报警，判断是否有床位报警，有床位报警，蜂鸣器开始报警，没有，则继续判断是否有床位报警。2.2.设计过程中碰到的问题与解决措施设计过程中碰到的问题与解决措施2.2.1 1 显示屏显示乱码显示屏显示乱码自己的程序烧写进去显示乱码，于是拿资料少正确的例程程序烧写，依然显示乱码。重新检测板子，关掉电源用万用表检测与显示屏连接的线路，最后发现从机电路其中有几处地方存在虚焊，发生断路，重新焊上后，能正确显示。2.2.2 2 显示屏有时候不亮显示屏有时候不亮显示屏有时候不亮，仔细排查，原来是单排针与电源盒之间接触不良，导致显示屏时断时续的，把排针重新焊接，显

23、示屏的终于能够正常显示了。显示屏有时候很暗，仔细排查，程序没有任何问题，偶尔想起电源该换了，后来可以正常显示了。NY开始判断是否有病人呼蜂鸣器开始报警11三、设计成果1.1.作品的特点作品的特点1.11.1 技术指标技术指标（1）电源电压：DC3VDC12V；（2）静态电流：0.02uA；（3）发射频率：315MHz；（4）发射电流：550mA；（5）发射距离：50800m；（6）调制方式：ASK。1.21.2 性能特点性能特点（1）PT2262 是一种 CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编码电路；（2）T10A 发射模块采用 SMD 技术，在稳频处理上采用最先进声表谐振器（SAW）元件，电

24、路板（PCB）采用介质损耗最小的材料，体积小巧；（3）系统性能稳定、占用空间小、使用材料少、传输速度快、距离远，能够满足临床应用的要求。1.31.3 创新之处创新之处系统通过无线电实现信号的传递，单片机作为控制部件协调处理整个系统的工作，实现无线信号的远距离传输，减少了材料的耗费，安装简单，使医患沟通更加灵活，是无线网络技术在医学临床上的大胆应用，具有创新性。1.41.4 实用性实用性当病人按呼叫键时，无线发射器发射信号，无线接收器接收无线信号，通过单片机控制处理，护士值班室发出呼叫警报，同时 1602 液晶上显示相应的床位号，当护士按键应答，呼叫报警停止，液晶显示以应答，警报由定时器控制关闭

25、。当有多个病人呼叫没有及时应答时，对应显示各床床位号，同时报警。本设计能实现无线信号的远距离传输，减少了材料的耗费，安装简单，使医患沟通更加灵活，是无线网络技术在医学临床上的大胆应用，具有创新性。2.2.归纳和总结归纳和总结2.12.1 归纳总结归纳总结关于这次毕业设计，我花费了比较多的心思，既是对课程理论内容的一次复习和巩固，还让我们丰富了更多与该专业相关的其他知识，比如软件应用等，在摸索中学习，在摸索中成长，在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高。在真正设计之前我做了相当丰富的准备，首先巩固一下理论，再一遍熟悉课程知识的构架，然后结合加以理论分析、总结，有了一个清晰的思路和一个完整的软件

26、流程图之后才着手设计。在设计程序时，我们不能妄想一12次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路，养成注释程序的好习惯是非常必要的，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也能为资料的保存和交流提供了方便。我觉得在设计课程过程中遇到问题是很正常，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题的又出错了。除了对此次设计的准备工作之外，我们还学到了很多平时难得的东西，首先是指导老师同学的帮助，在这次设计当中，难免遇到很多困难，通过指导老师的指导以及同学的帮助，我们体会到了合作的重要性及力量之强大，这也让我处理事情更加有条理

27、，思路更加清晰明了了。发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都将受益于我在以后的学习工作和生活中。此次的设计，其实也是对我们所学知识的一次综合运用，让我深深认识到了学习单片机要有一定基础，要有电子技术方面的数字电路和模拟电路等方面的理论基础，特别是数字电路。同时，也要有 C 语言的编写能力。要想成为单片机高手，我们首先 C 语言学习，所以我们不能学到后面就忘了前面的知识，更应该将所学的知识地结合在一起，综合运用，所谓设计，就是要求创新，将知识综合运用起来，这样才能做出真正的好设计。2.22.2 提出建议、改进意见提出建议、改进意见提出意见：（1）无线发射器发射信号无法很快速灵敏的被接收到；

28、（2）呼叫按键太少，不能很好地适用于市场；（3）当四个床位统一呼叫时，没有明确的优先级关系，都是统一应答。改进意见：（1）当信号不能被迅速接收时，可以适当加长天线、拉直天线，使得信号能更好地被接收；（2）如若按键太少，可以多加几个按键解决；（3）优先级的问题，可以设置一条相关的程序，当发生优先级的问题时，根据先后顺序排级，但也还要考虑事情的轻重缓急问题，可以另外设置一个突发紧急按钮。133.3.设计成果设计成果3 3.1.1 病房病房呼叫系统总原理图呼叫系统总原理图图图 3 3-1-1 病房病房呼叫系统主控机原理图呼叫系统主控机原理图图图 3 3-2 2 病房病房呼叫系统病人的遥控器原理图呼叫

29、系统病人的遥控器原理图143 3.2.2 病房病房呼叫呼叫系统系统 PCBPCB 图图图图 3 3-3 3 病房病房呼叫系统主控机呼叫系统主控机 PCBPCB 图图图图 3 3-4 4 病房病房呼叫系统病人的遥控器呼叫系统病人的遥控器 PCBPCB 图图153 3.3.3 病房病房呼叫系统实物图呼叫系统实物图图图 3 3-5 5 病房病房呼叫系统主控机实物图呼叫系统主控机实物图图图 3-63-6 病房病房呼叫系统病人的遥控器实物图呼叫系统病人的遥控器实物图实物演示视频链接：https:/ 3.4.4 测试文件测试文件图图 3-73-7 病房病房呼叫系统测试文件编译呼叫系统测试文件编译3 3.5

30、.5 部分部分程序代码程序代码（1 1）病房）病房呼叫系统主函数呼叫系统主函数void main()/主函数init();init_1602();/初始化while(1)/死循环display();know();LED();void T0_time()interrupt 1/定时器 T0ui m,n;TH0=0 x4b;TL0=0 xff;/重新赋初值m+;if(m=10)17m=0;if(num_D0!=0)|(num_D1!=0)|(num_D2!=0)|(num_D3!=0)/如果有呼叫时开启蜂鸣器Beep=Beep;if(bg_1602=0)&(D0=fu_D0)&(D1=fu_D1)

31、&(D2=fu_D2)&(D3=fu_D3)n+;if(n=300)/背光点亮时计时 15 秒关闭背光n=0;bg_1602=1;19五、参考文献1李鹏飞，李浩源，甫婷婷，等.一种基于单片机的智能病房设计J.福建电脑，2017（1）：124-125.2罗子婷，熊梓康.Call 智能医疗呼叫手环J.设计，2016（13）：10.3贺子东，余建坤，阳泳.病房呼叫系统设计与仿真J.数字技术与应用，2015（12）：166.4赵晓磊，齐秋菊，郭春超，等.基于单片机的病房无线呼叫系统J.科技传播，2015（21）：174-175.5张迎新，王胜军,等.单片机初级教程-单片机基础（第三版）M.北京：北京航

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