基于CAN总线的病房呼叫系统的设计与实现

基于CAN总线的病房呼叫系统的设计与实现杨玲1，祁兆赫1，程勇2，刘秋玥31（南京信息工程大学滨江学院南京210044）;2.南京信息工程大学信息化建设与管理处，南京2100443（南京信息工程大学计算机与软件学院南京210044）摘要:针对现代病房需求等问题，本文设计了一种基于CAN总线的病房呼叫系统,该系统主要由CAN总线和52单片机组成，实现了病房和值班室之间的联系，它是病人和医护人员之间进行信息交流通道，达到了只要病人按下按键进行呼叫，医生就能及时的赶到的功能，具有很高的实用价值。本文讲述了此次设计的软件以及硬件的设计和实现，病房呼叫系统不仅要从病房的实际状况出发，还要具有非常好的使用价值以及美观性。关键词：病房呼叫系统，CAN总线，52单片机DesignandimplementationofcallsystemforunitbasedonCANbusYangLing1QiZhaohe1ChengYong2LiuQiuyue31.(DepartmentofElectronics，BinjiangCollege,NanjingUniversityofInformationScience&Technology,JiangsuNanjing,210044,China);2.(InformationConstructionandManagementOffice,NanjingUniversityofInformationScience&Technology,Nanjing210044,China);3.(Dept.ofComputer&Software,NanjingUniversityofInformationScience&Technology,JiangsuNanjing,210044,China）Abstract:Inviewoftheproblemsofthemodernwardsdemand,thispaperdesignsabasedonCANbusforwardcallsystem,thesystemiscomposedoftheCANbusandthemicrocontroller52,wardanddutybetweenchamber,whichisbetweenpatientsandhealthcareworkersforinformationexchangechannels,tothepatientsaslongasyoupressthebuttontomakeacall,doctorswillbeabletopromptlyrushedtothefunction,hasveryhighpracticalvalue.Thispaperdescribesthedesignofthesoftwareandhardwaredesignandimplementation,wardcallingsystem1notonlytostartingfromtheactualsituationofward,butalsohasverygoodusevalueandaesthetics.Keywords:Keywords:wardcallsystem,CANbus,52MCU1引言随着人们的生活水平和经济水平的日益提高，我国科学技术的日益发展，各种各样的新技术被运用在人们的日常生活中来，所有产业都在向数字化、智能化发展，人民生活质量得以不断的提高。医疗科学技术在提高人们的日常生活里，起着非常关键的作用。随着经济水平的日益提高,医疗环境和服务的舒适度被提到了更高的层次。医疗服务需要更加及时和有效，所以舰船医学界的讨论方向就向着如何建立一条更加1基金项目：国家自然科学基金资助项目(61402236,61373064)，江苏省产学研前瞻性联合研究项目（项目编号：BY2014007-2），公益性行业（气象）科研专项（GYHY201105037），江苏省农业气象重点实验室开放基金资助（KYQ1309）.快捷和高效的医护人员与病患之间的沟通渠道。本文主要介绍了一种基于CAN总线的病房呼叫系统的设计过程。以单片机最小系统为基础设计采集节点，以市场占有率最高的安卓操作系统为上位机，病人在病床上可随时呼叫医生，医生接到指示可以立刻赶往病房。2总体设计结构病房呼叫系统主要是为了满足现代医护人员和病人之间的供需要求，能够更方便，更低廉的设计出的呼叫系统，为了满足每一位病人的需要，会在每一个病床的旁边放一个分机，在护士站力会安置一个主机，本设计采用了一种基于CAN总线的病房呼叫系统的设计，该系统主要是当病人需要帮助时，医护人员可以及时的知道并给予帮助，从而解决了每个病人都需要有人在旁监护的需要。病房呼叫系统主要是由2部分组成的，分别是硬件部分和软件部分如图1,图2本系统是由主机和分机共同组成的。主机和分机都是基于52单片机的独立呼叫系统，单片机呼叫系统主要有主板、共阳数码管、蜂鸣器、按键、电源组成。本设计中软件的设计编程都是采用C语言。图1病房呼叫系统设计的总体框图图2从机系统的硬件框架图3硬件设计3.1CAN通信接口电（MCP2515+TJA1050）MCP2515是一款能够自主控制局域网协议的控制器，它完全倾向CANV2.0B技术规范,报道速率为1Mib/s,它具有优先存储报文的权利,因为它有2个接收缓冲器,再者它还兼备29位验收滤波寄存器6个,29位验收屏蔽寄存2两个,数据帧采用针对式标准数据帧,同时因为有3个数据发送缓冲器,致使该模块具有优先级设定及发送中止功能,具有高速SPI拨口,能够使用0.0和1.1两种SPI模式。MCP2515有3个发送缓冲器，14字节的SRAM是所有发送缓冲器的标配,并在存储器中反应出来。MCP2515的电路图如图3。TXCAN1RXCAN2CLKOUT/SOF3TX0RTS4TX1RTS5TX2RTS6OSC27OSC18GND9VCC18RESET17CS16MISO15MOSI14SCK13INT12RX0BF11RX1BF10U2MCP2515TXD1GND2VCC3RXD4S8CANH7CANL6VRF5U1TJA105012Y?XTAL1KR?Res21KR?Res21KR?Res2D?LED1100pFC?Cap100pFC?Cap100pFC?Cap100pFC?Cap12P?Header212P?Header212P?Header21234567P?Header7100pFC?CapPol1VCCGNDVCCGNDVCCGNDGNDVCCGNDCSMISOMOSISCKINT图3MCP2515电路引脚图TJA1050是由NXP推出的，NXP是一家不久前独立的半导体公司，由飞利浦公司创立，历史非常久远，生产的半导体材料和软件为工程师和设计师带来了巨大的方便，TJA1050在CAN总线的协议控制器和物理总线之间被的广泛使用，是一种标准的高速CAN收发器。TJA1050采用了SOI技术降低电磁辐射、具有防失效的功能、不发送是处于静音模式、输入电平可以使3.3V和5V，成本低、抗干扰能力强、不受节点掉电的影响、输入驱动器受温度保护、至少可以连接110个节点。TJA1050的工作模式有2种，一种是高速模式，另一种是静音模式，都是通过引脚S来掌控的。TJA1050的最大优势在于采用了SOI技术SIO的原理就是在硅晶体管之间加入一种绝缘的物质，使硅之间的寄生电容降低为原来的一半，同时可以减少电流的漏电。SOI技术能够满足器件的设计需求，更加准确的说，只要利用好了SOI技术，器件的设计就无需考虑到为每一个模块非配固定的资源，就能实现每个模块进行动态的资源分配。3.2.报警电路报警电路采用了压电式蜂鸣器做为报警器，首先考虑到蜂鸣器它体积下，然后质量轻、价格低廉、结构还非常牢固等诸多特点，电路连接还非常简易。压电式蜂鸣器能够把电信号变化为声信号，让电流接在压电材料和金属片两端，产生电压，然后形成压电效应，蜂鸣器的蜂鸣片就会由于形成了机械的变形进而产生响亮的报警声。4软件设计4.1系统可行性分析（1）技术可行性：当下有一些比较成功的舰船病房呼叫系统。本设计采用的是以89C52为核心的单片机，以为这种单片机的非常廉价，而且运行速度非常快，方便后面病房的扩张增加端口本系统才采用了报警系统，这样更加方便了医护人员接受到病人的需求。（2）经济可行性：本系统是结合了当下国内的病房呼叫系统，但是国内当前的系统的开发就要用到大量的人力和财力，考虑自身的财力，所以简化了本设计，而且本设计需要的参考资料可以在图书馆中查阅。本设计中所用到的芯片可以在老师而后同学的帮助下，可以一起购买。同时本设计所用到的一些硬件平台，可以使用学校所提供的设备。（3）操作可行性：目前有比较充裕的时间，而且老师能够给予指导，这样在很大程度上都减轻了该系统的开发难度，这就让本设计的可行性大大的提高了。4.2开发软件KEILC51KEILC51该软件是由美国的KEILSoftware公司研究研发的运用于52系列单片机的C语言程序软件的开发系统。KEILC52的功能非常强大，它不仅只含有C语言的编译器，同时还含有汇编器、调试器、实时操作系统以及项目管理器等。KEILC52软件不仅具有丰富的库函数还有强大的集成开发调试软件，KEILC52能是用独立的仿真器，该仿真器配备；11.0592MHz的晶振，但是为了方便其他用户的使用，该仿真器还可以在晶振插孔上换插不同频率的晶振.4.3绘图工具ProtelDXP2009ProtelDXP2009是由Altium这种在EDA领域作为领头羊公司开发的绘图软件，ProtelDXP2009是在最先的Protel99se的基础上，选用最好的设计软件的方法，于2002年率先推出EDA软件设计软件。ProtelDXP2009运行在优化的规划传阅器的平台上，而且有现今全部的先进设计的特点，它能完成各种各样的PCB设计。将输入进行仿真、PCB绘图编写、开拓扑路自行进行布线、信号的完整性考虑以及把设计输出等技术融合，ProtelDXP2009给出了最到位的完成办法。4.4系统软件总体框图接收数据数据位00H？接收数据数据位0FFH？接收数据是本系统同步码中断返回接收床位数据YYYNNN图4主机发射中断子程序图5系统调试首先安装好该系统，每块从板的电源指示灯都正常的闪烁，这时候我们按下第二块从板的呼叫按钮如图5所示，主板上的蜂鸣器同时开始报警，数码管显示2显示那个从板发出的请求，然后按下主板上对应的按键，表示接收到请求，接下来同时按下1和2从板的请求按键，主板上显示这两个对应的指示。图5系统实物图实现效果图6结论本文设计的基于CAN总线的病房呼叫系统的设计与实现，主要是利用了CAN总线的实时性强、功能可靠、造价便宜、结构简单、方便扩展等特点，完成了病房呼叫系统的设计，并且实现了该功能。在设计该系统之间，将该系统分成了多个对立的模块，了解了各个模块的功能和规格，使各个模块更加的契合，最大程度上选用能够更好更方便的模块。参考文献[1]蔡月明，基于CAN总线的工业控制系统[J].中国仪器仪表2005（5）[2]蒋蓉，基于CAN总线技术智能节点的设计和研究[J]，电气技术与自动化，2006（6）76-79[3]胡荣等,Protel电路设计教程[M]，清华大学出版社，2007[4]Articlefirstpublishedonline:9JAN2012DOI:10.1016/S1090-3801(02)00147-7[5]龚俭，OSI协议软件的实现及迁移技术[J]，东南大学学报，1994（5）[6]MicrochipTechnologyInc.MCP2515datasheet,2005.[7]茨沃林斯基，夏宇闻，数字系统设计[M]，电子工业出版社，2002[8]张朝阳，CAN总线电路设计[D]，吉林师范大学信息技术学院，2007（5）[9]DATASHEET.TJA1050HighspeedCANtransceiver[M].Philip