武汉轻工大学病房呼叫系统

电子系统报告 病房呼叫系统     组 员： 刘兴 张路     院 系： 电气与电子工程学院     专 业： 电气专业     班 级： 电气实验1101级     指导老师： 肖忠     2013年5月15日         目录 一、 实验名称    2 二、 设计任务    2 三、 设计    3 四、 电路设计与参数计算    4 （1） 稳压模块    4 （2） 主控电路    4 （3） 报警电路    5 （4） 显示电路    5 五、 系统电路详图    5 六、 系统调试过程与问分析    7 （1） 增加了对系统错误检查    7 （2） 优化了呼叫排序机制    7 （3） 消除按键无响应问题    7 七、 验收结果    7 八、 设计总结、心得    7 九、 意见、建议    8 1、实验名称 病房呼叫系统 2、设计任务 使用单片机，并通过电路焊接，设计制作一个医院病房呼叫系统，其主要功能有： （1）呼叫功能：能实现8个病房对护士站的呼叫，病人有情况时，按一下自己床边的呼叫按键就能呼叫护士； （2）显示功能：有病房呼叫时，护士站的数码管显示器上会显示相应的床位号；无呼叫时显示器上无显示； （3）报警功能：有病房呼叫时，护士站的喇叭会发出一响一停的报警声，同时，数码管显示器上显示的床位号会与报警声同步闪烁； （4）紧急呼叫功能：当呼叫按键被长按时，护士站的数码管和蜂鸣器会比短按时闪烁和报警的频率更高，以提示有紧急情况。 （5）按错撤销功能：当不小心按长按后可以短按取消紧急呼叫；同样，如果之前短按，再长按可以撤销短按而显示紧急呼叫。 （6）呼叫智能排序功能：紧急呼叫的优先级高于普通呼叫优先级，同等级的呼叫则按照时间顺序排序。 （7）呼叫提示功能：若有呼叫时，则亮红色指示灯。当多余两人呼叫时，会闪烁绿色指示灯。 （8）呼叫保持功能：有呼叫键按下后，即使按键松开了，呼叫显示和报警声也能保持，直到护士响应呼叫； （9）清除功能：护士响应呼叫后，按下清除键即可清除排在最先得病房号，按复位键可以清除所有呼叫报警声及显示。 3、方案设计 本次设计的病房呼叫系统使用单片机为控制核心，并结合LED数码管、按键、蜂鸣器、指示灯来设计。 设计框图大体分为四部分如下图所示： 图1 整体设计框图 利用 51 单片机的并行I/O口采集经过编码处理后输出的带有优先级的数据，经程序处理将数据输出，确定是哪一病房有人呼叫，是几号病床在呼叫，点亮相应数码管，并报警，使蜂鸣器响起并具有呼叫优先智能识别与紧急呼叫功能。 4、电路设计与参数计算 （1）稳压模块 稳压的作用是将滤波电路定的电路输比电压经稳压后，输出较稳定的电压。常见的稳压电路有三端稳压器、串联式稳压电路等。本文采用三端稳压器，三端固定式稳压器的基本应用电路如下图所示，只要把正输入电压Ui加到LM7805的输入端，LM7805的公共端接地，其输出端便能输出芯片标称正电压U0，在实际应用电路中，芯片输入端和输出端与地之间除分别接大容量滤波电容外，通常还需在芯片引出脚根部接小容量电容Ci,C0到地。Ci用于抑制芯片自激振荡，C0用于压窄芯片的高频带宽，减小高频噪声。Ci和C0的具体取值应随芯片输出电压高低及应用电路的方式不同而异。 +5V电源电路，对于滤波电容的选择，要考虑：1.整流管的压降；2.7805、7905最小允许压降Ud；3.电网波动10%。从而允许波纹的峰峰值 Δτt=18× （1-10%）-0.7-Ud-15=4.9v 接近似电流放电计算，假设θ=0（通角），则 C= = =1430μf 选取滤波电容C=2200μf/30V （2）主控电路 AT89C51单片机简介 单片机就是在一片半导体硅片上集成了微处理器（CPU），存储器（RAM,ROM,EPROM）和各种输入、输出接口（定时器/计数器，并行I/O接口，串行口，A/D转换器以及脉宽调制器PWM等），这样一块电路集成芯片具有一台计算机的属性，因而被称为单片微型计算机，简称单片机。输入输出引脚AT89C51引脚如图2示。 图2  AT89C51引脚图 此带有优先级的病房呼叫系统的设计中使用单片机,主要是使用P0-P3四个通用I/O口,通过P1口和P3口的低三位作为输入口，P0口、P2口和P3口的高两位作为输出口，点亮相应数据对应的数码管，当有人按下开关时点亮LED小灯，驱动蜂鸣器响起。 （3）报警电路 蜂鸣器一般用于一些要求不高的声音报警及按键操作提示音等场合。蜂鸣器和普通扬声器相比，它有自己的固有频率，最重要一个特点是只要按照极性要求加上合适的直流电压，就可以发出固有频率的声音，因此使用起来比扬声器简单。由于单片机输出的电压、电流有限，不能直接驱动蜂鸣器响起，因此实际连接电路中加入了三极管放大器，使用三极管的开关功能一起控制蜂鸣器的鸣响。 （4）显示电路 LED显示器为8段或7段，每一个段对应一个发光二极管。这种显示器有共阴极和共阳极两种。共阳极显示器的发光二极管的阳极接到一起，通常此公共阳极接正电压，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。共阴极显示器的发光二极管的阴极接到一起，通常此公共阴极接地，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。 此次设计中使用了一个共阴极的单数码管，显示病房号，数码管单独工作，分别接了单片机的P0、P2口。以查表的方式使数码管来显示。 5、系统电路详图 6、系统调试过程与问题分析 （1）增加了对系统错误检查 测试时，有时会因为电路焊接问题出现蜂鸣器不响，数码管某段不亮等问题。而病房呼叫系统对的稳定性要求较高，因此加入了开机检测，即在开机时让数码管，指示灯，蜂鸣器工作，以方便人为检查系统是否出现故障。 （2）优化了呼叫排序机制 测试时，设计的是按顺序显示呼叫病房号，为了发挥紧急呼叫的作用，因此加入了每次按键按下后进行排序，以实现按优先级显示。 （3）消除按键无响应问题 测试时，之前由于显示程序采用的是延时，因此在延时过程中无法检测按键而使按键按下不起作用，未解决此问题，在程序上做了改进，即用中断取代延时。 7、验收结果 系统可以很好地满足病房呼叫系统的基本需求，同时又拓展的紧急呼叫，呼叫等待，优先呼叫选择等功能。在最大程度上拓展了系统功能。 8、设计总结、心得 （1）、设计程序之前,务必要对所用单片机的内部结构有一个系统的了解,知道该单片机片内有哪些资源。 （2）、设计程序采用什么编程语言并不是非常重要,关键要有一个清晰的思路和一个完整的软件流程图。 （3）、在设计程序时,不能妄想一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。 （4）、要养成注释程序的好习惯,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,这样也为资料的保存和交流提供了方便。 （5）、在设计程序过程中遇到问题是很正常的,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。 9、意见、建议 对于整体:作业要求采用优先编码，锁存器，555定时器，数码管驱动等芯片来设计，但普通芯片已难以满足真正病房呼叫系统需求。而系统的复杂性又突出了可编程系统的优点。 采用本方法设计的病房呼叫系统电路结构简单，容易理解与制作，同时又具有优于数电芯片设计的性能和功能，建议以后设计可优先推荐单片机设计方法。 对于电源设计方法：可以采用简易的500mA，5V开关电源，此方案外围器件少，效率可达80%。由于没有大的变压器，可以简化电路结构，同时极大的节约成本。 对于电路设计软件：建议可以采用Protel公司的相对较新的软件版本Altium Designer 6.9。因为Protel 99SE上市年份过早，功能落后，元件库数量少，已经难以满足后续的设计需求。而两个软件的学习难度又几乎相同，工欲善其事，必先利其器，因此，建议教学可采用此软件。