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1、智能仪表课程设计课程设计 课题名称 医院病房呼叫系统 姓名学号 所在班级 指导教师 扬州大学能源与动力工程学院二一年九月总 目 录第一部分:任务书第二部分:课程设计报告第三部分:附录第 一 部 分任务书智能仪表课程设计任务书一、课题名称医院病房呼叫系统设计。二、设计内容及设计要求利用单片机和总线通信实现医院病房的呼叫,具有下面的功能:1. 在病人病床处设置按钮开关,每个病床的开关分为紧急按钮和正常按钮两部分,按钮启动时,按钮旁的指示灯亮,提示病人按钮已按下,其中绿色代表正常呼叫,红色代表紧急呼叫。2. 护士一边,当病人按下按钮时,警报灯亮,并伴随蜂鸣,显示板上病人对应位置的灯亮,其中一般呼叫绿
2、灯亮,紧急呼叫红灯亮,亮灯时伴有闪烁。3. 护士接到呼叫后,到病房并关闭呼叫4. 由于病床数量众多,一方面单片机接口有限,另一方面线路过多不符合实际,所以选用总线通信方式,考虑到传输距离和速度RS-485串口通信更具优势。三、时间安排第一周:星期一星期二:布置任务,熟悉资料,确定仪表的功能要求、性能指标。熟悉实验板原理图和印刷板图。星期三星期五:进行仪表的方案选择,确定主要芯片、工作方式、输入输出信号的接口方式、键盘和显示方式、以及通信方式。进行硬件设计和元器件选择,画出硬件原理图。第二周:星期一星期五:根据硬件原理图,焊接硬件电路;测试硬件电路的功能;软件设计,包括软件需求说明、软件结构框图
3、、主要软件功能模块的流程图;编写程序。第三周:星期一星期三:调试程序,联调软件和硬件。星期四星期五:写课程设计报告。四、应交成果应交成果包括:n 纸质课程设计报告和电子文档;n 硬件原理图的Protel文件,程序;n 可以演示的硬件和软件成果。五、课程报告内容课程设计报告应包括下列部分:n 课程设计任务书n 仪表的功能要求、性能指标要求。n 方案选择:提出多种方案,进行方案比较,说明选定方案的理由,描述硬件和软件的功能分工。n 硬件设计:包括硬件结构框图、原理图及其各个主要环节的工作原理说明,元器件选择的计算方法或者理由,利用提供的实验板焊接元器件。n 软件设计:首先提出软件的功能需求,然后进
4、行软件的结构设计,再画出主要功能模块的软件框图。n 程序编写和调试。n 设计小结。报告中硬件原理于用Protel画出,软件框图和程序流程图用Visio画出。第 二 部 分课程设计报告目 录第一章 技术指标.81. 1课题及要求.81. 2 功能描述.8第二章 整体方案设计.82.1 整体方案结构方框图.82.2 整体方案原理.9第三章 单元电路设计.93.1 主控制电路设计.93.2 护士值班室报警电路设计.113.3 单片机复位电路.123.4 RS-485通信电路.133.5 整体电路.133.6 整机原件清单.16第四章 测试与调整.174.1 主控制电路的测试与调整.174.2 护士值
5、班室报警电路的测试与调整.174.3主控软件框图.174.4接收软件框图.194.5 整体电路测试.19第五章 设计小结.205.1 设计任务完成情况.205.2 问题及改进.205.3心得体会.20第一章 技术指标1.1 课题及要求一个病房有两个床位,每个病人都有两个按钮(紧急呼叫,一般呼叫)来呼叫护士,护士站接收信息,去病房服务并解除呼叫。1. 2 功能描述1. 在病人病床处设置按钮开关,每个病床的开关分为紧急按钮和正常按钮两部分,按钮启动时,按钮旁的指示灯亮,提示病人按钮已按下,其中绿色代表正常呼叫,红色代表紧急呼叫。病人按下开关后不能再关闭呼叫,只有等护士来以后,才能由护士取消2. 护
6、士一边,当病人按下按钮时,警报灯亮,并伴随蜂鸣,显示板上病人对应位置的灯亮,其中一般呼叫绿灯亮,紧急呼叫红灯亮,亮灯时伴有闪烁。3. 护士接到呼叫后,到病房并关闭呼叫4. 由于病床数量众多,一方面单片机接口有限,另一方面线路过多不符合实际,所以选用总线通信方式,考虑到传输距离和速度RS-485串口通信更具优势。第二章 整体方案设计2.1 整体方案结构方框图2.2 整体方案原理1. 病房内设有发送主机,当病人有需求时按呼叫按钮,主机一端口接收到一个高电平时,相应的指示灯亮。同样,当病人遇到紧急情况时,按亮紧急指示灯。2. 发送主机不断地向接收主机以总线的方式发送信息,使接收端主机端口表现出电平的
7、高低变化点亮相应的指示灯,采用延时程序使指示灯闪烁,当有指示灯亮时,接收主机原定的稳定状态打破,使蜂鸣器鸣叫。3. 医护站接到呼叫信息,前往相应的病房内,按取消按钮(取消按钮由发送主机定义,并且只有该取消按钮能取消指示灯的闪烁),解除呼叫。主机用51单片机代替,按钮、指示灯和蜂鸣器用单片机的I/O口控制。第三章 单元电路设计3.1主控制电路设计开关部分S1、S2为1号病床的两个按钮,分别控制呼叫和紧急两种指示灯;S3、S4为2号病床的两个按钮,分别控制呼叫和紧急两种指示灯;S5取消1号病床指示灯,S6取消2号病床指示灯。LED显示部分LED灯L1、L2、L3、L4分别对应开关S1、S2、S3、
8、S4。3.2 护士值班室报警电路设计接收端LED及蜂鸣器电路 L1、L2分别对应病床1的呼叫和紧急呼叫指示;L3、L4分别对应病床2的呼叫和紧急呼叫,每当有灯亮时蜂鸣器鸣叫。3.3 单片机复位电路3.4 RS-485通信电路3.5 整体电路发送端接收端3.6 整机原件清单电阻:5k 15个 10k 4个 1k 2个 500 5个 120 2个电容:30p 4个 10 2个 0.1 8个 LED:8个晶振:12MHz 1个电铃:1个按键开关:8个51单片机:2个MAX485:2个 MAX232:2个三极管:9个第四章 测试与调整4.1 主控制电路的测试与调整开始的设计是用按键开关,病人按一次按键
9、,对应的LED灯亮,第二次按,对应的LED灭。由于中断口有限,我们采用了查询方式,一开始会出现按键按下去没有反应的情况,经检查,是由于查询方式本身存在的弊端,不能像中断一样迅速反应按键的变化。查询方式下检测按键,只有当程序进行到此步骤时才检测,而中断是在任何情况下有按键中断就进行。仔细考虑后,我们增加了循环程序的延时时间,使一个循环的时间差不多是人一次按键的时间。更改后勉强能达到效果。指导老师检查后,按照医院管理中的实际要求,给我们提出了改进意见:由于病人在紧急情况下可能会不停的按按钮,不经意间会将灯给按灭,所以关灯按钮应该另设,由护士关灭。按照这样的要求,查询方式也能够实现,而且很稳定。4.
10、2 护士值班室报警电路的测试与调整发送端电路调试完成后,将其与接收端相连,接收端没有任何反应,检查线路无误。将程序在自己的单片机盒子上模拟没有错误。这样一来,程序和电路都无误?本次的课程设计陷入僵局。三天后,在一次线路测试中,发现了通信接线的错误,原来我一直把单片机的P3.6口当成了P3.7口。更正后,终于能够通信了,结果很理想,没有错误。4.3主控软件框图4.4接收软件框图4.5 整体电路测试当通信接线错误的问题解决后,整体的调试也进行的非常的顺利,测试结果与预期的结果完全一致。具体结果:发送端有病人的按键按下时对应的灯亮,并且信息被传送到接收端,接收端对应的灯也点亮闪烁并伴随蜂鸣;当发送端
11、的取消按钮按下时,对应的指示灯灭,接收端对应的指示灯也熄灭,蜂鸣停止。第五章 设计小结5.1 设计任务完成情况 任务的完成比预期晚了,原本是计划三个星期完成,结果却拖到了第四个星期。完成后的实验成果,模拟了医院病房呼叫系统,由于材料有限,我们模拟的是双机通信。实物部分已经满足要求。另外硬件图,程序都已完成,实验报告即将完成。5.2 问题及改进我们用按键开关来实现指示灯的点亮和关闭,但是并没有用中断,由于中断口数量有限,所以我们选用了一般的I/O口。这样一来,编程就会有很多麻烦,最终没有得出满意的效果。老师指导后,我们把开灯和关灯分成两个键,这样一来不但避免了病人的误操作,也降低了程序的难度。课
12、程设计中途,我们遇到了硬件的问题,检查了一遍又一遍还是不果,就在我们快要放弃的时候,一不小心把错误检查出来了是接线的错误,起初我们还以为原来的接线方式是完全正确的,已经将接线问题排除在外了,所以试验中确实不可以想当然。5.3心得体会经过漫长的暑假,开学一来就是课程设计。第一天就把题目给我们,紧接着就是查资料。说实话,当时我还没有一点头绪或是还没进入状态,最主要的是连实验要求都要我们自己来定,也就是说整个实验给我们的就是一个题目“医院病房呼叫系统”。在搜索资料的过程中,我看到了好多传统的或是高级的医院病房呼叫机器,还有许多其他学校的设计报告,根据这些,我们初步确定了本课题的实验要求。第二天开始画
13、图,用protel软件画图,之前虽然用过,但是基本忘的差不多了,只有不断地学习和向同学请教。一开始我还有点疑惑,为什么程序还没写就开始画图,后来想想也对,画图就是确定输入,输出,确定了程序的整体走向。就这样,我们一边学习protel软件,一边在把图一点一点的拼起来。画完图之后要老师来检查,结果错误一大堆都是一些最基本的元器件连接问题:案件开关要上拉电阻和接地,LED要接三极管等。画图的这一周,各组的方案需要不断地完善,以顺应实际的需求。就这样我们的设计要求在审查中被改了又改,我们也渐渐的融入了真实系统的需求设计中。因为没有学过单片机C语言,所以一开始入手编程比较迷茫,但是借助网上的程序,我把他
14、们拼接起来并不断的调试和完善。在此之中慢慢理解了语句的含义,编程中发挥越来越自如。将程序存入单片机后,开始模拟,但按键开关总是不灵敏,再三考虑,其实是程序本身的问题,中断端口无论怎样都不可能用查询口来代替。正纠结于这个问题时,又发现了问题,接收端口无效,这可是大问题,于是重点又转移到了这边。第二天,我们开始检查问题,首先程序肯定没有问题,因为我在自己曾经买的单片机上模拟过,完全能实现。然后就是线路的问题,经过各个点的仔细检查,没有发现问题。设计进度由此而停滞不前。哪天老师检查完后,也没有说是什么原因,我在那里摆弄了半天,最终长吸一口气,准备放弃。那时候不知为什么把其中的一根线换了个接口,竟然奇
15、迹般的成功了。最后发现是通信总线的接线错误。这一下可给了我重重的一击,因为我之前一直认为这边的接线是准确无误的。后来完善要求的时候我们正好也解决了按键的问题。从开始到现在,所有的问题都解决了。总结起来,做课程设计之前一定要对自己的课题感兴趣,实践中要不断地学习完善自己,鼓励和相信自己,遇到问题要科学的解决,不要想当然。当真正做出成果的时候就会发现,其实也不难。第 三 部 分附录参考资料1张毅刚主编.单片机原理及应用(第一版).高教出版社.20032程德福 林君主编.智能仪器(第二版).机械工业出版社.20093杜宇人主编.现代电子测量技术(第一版).机械工业出版社.20094侯殿有主编.单片机
16、C语言程序设计.人民邮电出版社.2010实物图发送端接收端C程序发送端:#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit a1=P10;sbit a2=P11;sbit a3=P12;sbit a4=P13;sbit a6=P16;sbit a5=P17;sbit b1=P00;sbit b2=P01;sbit b3=P02;sbit b4=P03;sbit fs=P37;void delay(unsigned int delaytime) /延时程序 unsigned int j=0; for(;
17、delaytime0;delaytime-) for(j=0;j125;j+); void main() int w=0,x=0,y=0,z=0; TMOD=0x20; /设置为定时器1方式2 TH1=0xfd; /装初值,波特率设为9600 TL1=0Xfd; EA=1; /开总中断 ES=1; /开串口中断 SCON=0x50; /串口控制寄存器设置,方式1、开串口接收。SM0=0;SM1=1;REN=1; PCON=0x80; TR1=1; /开启定时器1中断 P0=0xff; /P0口清零 while(1) if(!a1) /亮灯算法 delay(20); if(!a1) w+=1;
18、if(w!=0) b1=0; if(!a2)delay(20);if(!a2) x+=1; if(x!=0) b2=0; if(!a3)delay(20);if(!a3) y+=1; if(y!=0) b3=0; if(!a4)delay(20);if(!a4) z+=1;if(z!=0) b4=0; if(!a5)delay(20);if(!a5)w=0;x=0;b1=1;b2=1;if(!a6)delay(20);if(!a6)y=0;z=0;b3=1;b4=1;fs=1; SBUF=P0; /发送数据 delay(1000); 接收端:#include#include#define uc
19、har unsigned char#define uint unsigned intsbit beep=P04;sbit js=P37;void delay(unsigned int delaytime) /延时程序 unsigned int j=0; for(;delaytime0;delaytime-) for(j=0;j125;j+) ; void main() int a=0xff,i; TMOD=0x20; /设置为定时器1方式2 TH1=0xfd; /装初值,波特率设为9600 TL1=0xfd; EA=1; /开总中断 ES=1; /开串口中断 SCON=0x50; /串口控制寄存器设置,方式1、开串口接收。SM0=0;SM1=1;REN=1; PCON=0x80; TR1=1; /开启定时器1中断 P0=0xff; /P0口置1 while(1) js=0; if(RI)RI=0;a=SBUF; P0=a; if(a!=0xff) /蜂鸣器频响 for(i=0;i200;i+)beep=0;delay(5);beep=1;delay(5); delay(500);P0=0xff;delay(500); 28
限制150内