基于单片机的病房呼叫系统

Ⅵ基于单片机的病房呼叫系统[摘要]该系统设计是基于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。[关键字]单片机，点阵，LED显示，呼叫系统Ⅶ绪论第1页(共31页)1绪论1.1引言信息时代的医院管理已经从传统的人管模式，向智能化，电子化，信息化，网络化的高科技管理模式的方向迅猛发展，“病房呼叫系统”可实现医院病房的智能化管理，可实现呼叫，报警，信息储存，显示等功能。为医院和患者都带来方便。1.2设计概述1.2.1设计背景变革来自于创新，信息时代的医院管理已经从传统的人管模式，向智能化，电子化，信息化，网络化的高科技管理模式的方向迅猛发展。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人的需要。并且，可以安装一个对讲机，能够使病人和护士进行对话。1.2.2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设计的内容和结构系统总体设计第2页(共31页)设计的内容共分为六章：第一章“绪论”概括了系统的基本原理、系统的控制方法及课题的背景和内容；第二章“系统总体设计”介绍如何构建系统的框图，并对每个模块部分进行功能描述；第三章“系统硬件设计”分析了系统的组成和基本工作原理，并介绍了详细的电路组成和实现。第四章“系统的软件设计”着重介绍了控制算法的软件实现、软件实验平台的结构及相关的技术问题；第五章“调试和结果”给出实验结果，并分析结果得出结论。第六章“结论及展望”对完成的工作进行总结，并对今后的工作提出建议。2系统总体设计2.1功能与方案确定2.1.1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2.1.2.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]12[。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系统总体设计第3页(共31页)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。2.1.3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。图1病房呼叫系统结构框图2.2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。输入部分键盘输入控制器AT89C51输出部分LED显示系统总体设计第4页(共31页)（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。3系统硬件设计3.1硬件构成示意图图2硬件构成示意图3.2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[1]。3.2.1控制器AT89C52AT89C51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的随机存取数系统硬件设计第5页(共31页)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[2]。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-24MHzf三级加密程序存储器g128×8字节内部RAMh32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3示：图3AT89C51引脚图P0~P3：通用I/O口；VCC：电源端，一般接5V；GND：电源地；系统硬件设计第6页(共31页)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。如下图4所示。图4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。如下图5所示。图5内部时钟电路系统硬件设计第7页(共31页)3.2.2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nm个键盘，那么，采用矩阵式结构以后，便只要nm条引线就行了。比如，有6488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]3[。图6矩阵键盘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]2[：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。系统硬件设计第8页(共31页)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[4]。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。如图7是行扫描法系统硬件设计第9页(共31页)图7行扫描法的流程图调显示程序扫描整个键盘有键按下？再次扫描整个键盘有键按下？延时10ms输出使Xi为低电平此行有键按？行值＋08H求下一行为低