基于单片机的病床呼叫控制系统设计.docx
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基于单片机的病床呼叫控制系统设计.docx
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2017届本科生毕业设计论文
基于单片机的病床呼叫控制系统设计
学 号:
201301032059
姓名:
顾林林 学院:
计算机学院指导老师:
陈庆梅 专业:
生物医学工程完成时间:
2017/04/04
学位论文独创性声明
本人郑重申明:
本人申明兹呈交的学位论文是本人在导师指导下完成的制作作品。
论文写作中不包含其他人已经发表或撰写过的研究内容,如参考他人或集体的科研成果,均在论文中以明确的方式说明。
本人依法享有和承担由此论文所产生的权力和责任。
学位论文作者(签名):
顾林林
2017年04月04日
江西中医药大学本科毕业设计论文 摘要
摘 要
目前,病床呼叫装置是现在不可或缺的医疗设施,尤其是在重症病房需要实时监护的场所,传统的人工呼叫方式已经不能满足对病人的实时监测,在这个大背景下,病床呼叫装置开始流行。
本论文针对病院的陪护问题,设计一种病床呼叫控制系统,以提升病院和病房的护理质量和效率、促进良好的医患关系。
本设计是以STC89C52单片机控制系统为基础,通过按键电路对呼叫数据进行采集,由单片机控制系统对该数据进行处理,然后把处理后的数据送入液晶显示模块LCD1602,将所呼叫的病床号进行显示。
并伴随着声音告警、灯光告警、多病床报警处理等多种相关功能。
本论文设计的 病床呼叫控制系统装置简单可靠、成本低、实时性好、维护安装方便,对改善医患关系、提高病院护理质量具有重要的意义。
关键词:
STC89C52;病床;呼叫控制;计数器;LCD
II
江西中医药大学本科毕业设计论文 ABSTRACT
ABSTRACT
Atpresent,thesickbedcallingdeviceisnowindispensablemedicalfacilities,especiallyintheintensivecareunitsneedreal-timemonitoringsites,traditionalwayofmanualcallalreadycannotsatisfythereal-timemonitoringofthepatient,inthisbigbackground,thesickbedcallingdevicebeginspopularity.Accordingtohospitalchaperoneproblem,thispaperdesignsakindofsickbedcallingcontrolsystem,andtoenhancethehospitalwardnursingqualityandefficiency,promotethegooddoctor-patientrelationship.ThisdesignisbasedonSTC89C52single-chipmicrocomputercontrolsystem,throughthebuttontocalldataacquisitioncircuit,bysingle-chipmicrocomputercontrolsystemtodealwiththedata,thentheprocesseddataintotheLCD1602LCDdisplaymodule,willcallthebednumberdisplay.Withsoundalarm,lightalarm,alarmprocessingmorebedsandotherrelatedfunctions.Thispaperdesignsthesickbedcallcontrolsystemdeviceissimple,reliable,lowcost,goodreal-time,convenientinstallation,maintenancetoimprovethedoctor-patientrelationship,improvethequalityofhospitalcareisofgreatimportance.
Keywords:
STC89C52;HospitalBed;CallControl;Counter;LCD
江西中医药大学本科毕业设计论文
目录
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第一章单片机病床呼叫控制系统概述 1
1.1引言 1
1.2单片机病床呼叫控制系统的选题背景 1
1.3单片机病床呼叫控制系统选题的现实意义 2
1.4国内外研究现状及其发展 2
1.4.1国内外病床呼叫控制技术 2
1.4.2病床呼叫控制存在的问题 3
1.5单片机病床呼叫控制系统主要研究的内容 3
第二章病床呼叫控制系统模块化设计 4
2.1控制器STC89C52 4
2.21602液晶显示模块设计 7
2.2.11602液晶显示屏简介 7
2.2.21602液晶显示模块电路原理图 9
2.3蜂鸣器简介 10
2.4三极管简介 10
2.5独立按键简介 12
2.6自锁开关简介 13
2.7DC电源插口简介 14
第三章单片机病床呼叫控制系统的设计实现 15
3.1总体设计 15
3.1.1功能要求 15
3.1.2总体结构框图 15
3.2系统硬件设计 16
3.2.1硬件构成示意图 16
3.2.2控制器STC89C52 17
3.2.3显示电路设计 18
3.2.4控制电路设计 19
3.2.5示警电路设计 20
3.3系统软件设计 20
3.3.1Keilc 20
3.3.2ProteusISIS 21
3.4系统程序设计 22
3.4.1系统主程序设计的流程 22
3.4.2显示电路流程图 24
3.5系统的调试与结果 25
3.5.1调试界面显示 26
3.5.2结果分析 26
3.5.3实验设计问题及解决方法 27
3.5.4软件设计问题及解决方法 27
3.5.5硬件设计问题及解决方法 27
结论 29
参考文献 30
致谢 31
附录 32
系统电原理图 32
江西中医药大学本科毕业设计论文
第一章单片机病床呼叫控制系统概述
第一章单片机病床呼叫控制系统概述
1.1引言
随着医疗领域的快速发展,人们对快速便利的医疗手段不断的推从,新型病床呼叫方式渐渐兴起,迈向了更深层次的发展。
目前市场上主要存在着两大类病床呼叫系统:
有线式和无线式[2]。
其中,有线式病床呼叫方式尤为突出,通过按键输入电路将对应的按键转化成病床号显示出来。
研究病床呼叫系统,有利于医疗行业的发展和进步,同时也为另外一些行业的发展提供了动力,比如养老院,幼儿所等场合,病床呼叫装置可以很好的解决实时监护问题。
病床呼叫装置具有很多优势,除了本身具有实时性好的特点外,它还有简单可靠、应用范围广、适应性强、可调节性等优点。
本论文设计的病床呼叫控制系统装置简单可靠、成本低、实时性好、维护安装方便,对改善医患关系、提高病院护理质量具有重要的意义。
病床呼叫装置便于病员快速地呼叫护士,缩减了人工呼叫的时长[1]。
当病人按下开关时,在护士站的大屏幕可以清楚地看到呼叫的病床床号,并伴随着语音报警。
这样一来就能使病员迅速地与医护人员沟通。
病床呼叫技术在医疗监测上的运用意义重大,此外,该技术在众多领域也有着举足轻重的地位。
不仅促进了社会的进步,更造福了广大人民群众,为国家医疗事业的发展提供了动力。
1.2单片机病床呼叫控制系统的选题背景
目前伴随着人口的快速增长,医疗事业的局限性,病床呼叫装置是现在不可或缺的医疗设施,尤其在重症病房需要实时监护的场所,传统的人工呼叫方式已经不能满足对病人的实时监测,在这个大背景下,病床呼叫装置开始流行。
现如今大多数病院的病床呼叫装置都是运用有线传输模式,它占用空间大,
耗材多,而且不易移动[3]。
正因为当今病床呼叫装置存在局限性,所以现今需要对病床呼叫装置进行改善,近些年来在诸多领域有了较快的发展,这为此提供了强有力的技术支持。
第34页
1.3单片机病床呼叫控制系统选题的现实意义
目前,病床呼叫装置是现在不可或缺的医疗设施,尤其在重症病房需要实时监护的场所,传统的人工呼叫方式已经不能满足对病人的实时监测,在这个大背景下,病床呼叫装置开始流行。
而现今病院所用的病床呼叫装置存在一定的局限性,不利于医疗事业的发展,正因为如此,所以要对病床呼叫装置加以升级改善,这样一来更利于医疗事业的进步,也为广大病人谋福祉。
智能化的病床呼叫装置是目前传输病床信息的重要设施。
呼叫装置的优劣性直接关系到病人的安危,一直以来备受各大病院的广泛关注。
运用单片机多机通讯和计算机监控技术且具备呼叫、振铃、显示等功能的病床呼叫装置,从根本上满足了病院病房的护理需求。
本论文针对病院的陪护问题,设计一种病床呼叫控制系统,以提升病院和病房的护理质量和效率、促进良好的医患关系。
该控制系统是以
STC89C52单片机控制系统为基础,通过按键电路对呼叫数据进行采集,由单片机控制系统对该数据进行处理,然后把处理后的数据送入液晶显示模块
LCD1602,将所呼叫的病床号进行显示。
并伴随着声音告警、灯光告警、多病床报警处理等多种相关功能。
本论文设计的 病床呼叫控制系统装置简单可靠、成本低、实时性好、维护安装方便,对改善医患关系、提高病院护理质量具有重要的意义。
具有广泛的应用前景 [1]。
所以,本课题是非常具有社会意义的。
1.4国内外研究现状及其发展
1.4.1国内外病床呼叫控制技术
现如今病床呼叫装置,从应用层面上说已然进入到商业化经营阶段。
这既是市场的需要,也是技术发展的必然结果。
信息时代的病院管理形式已经从传统的人管形式,向智能化,网络化的高科技管理形式过渡, 智能化"病床呼叫系统"使得呼叫,报警,信息储存,显示等功能得以实现。
为病院和患者都带来了便捷。
在中国,约30,000个病院中仅30%的病院有属于自己的信息管理系统。
传统的有线式病床呼叫往往运用的是集中式,这样一来造成了铺设线路多、耗费
高、安装较困难、实时性不好、故障率高、可观性差[2]。
而无线式病床呼叫装置易受外界环境的干扰,可靠性差。
目前大多数病院基本上不运用无线病床呼叫系统。
1.4.2病床呼叫控制存在的问题
目前大多数病院都是运用有线传输病床呼叫装置,占用空间大,耗材多,且不易移动。
有线呼叫器易受地理位置的制约无法能够很好地实现医患间的沟通,而无线式可移动,不受地理位置制约,如今传输技术飞速发展,无线式被广泛地应用到社会生活的诸多领域,但无线呼叫装置效果比较差,往往会因为一些医疗设备的影响导致信号的干扰。
不便于患者与医护人员之间的沟通交流,严重阻碍了医疗事业的发展。
所以对于改进病床呼叫系统这项任务应放在首要位置。
1.5单片机病床呼叫控制系统主要研究的内容
基于整个病床呼叫装置的演变历程,本设计研究的是:
用STC89C52单片机为控制核心,设计出一套多病床的呼叫控制系统,以监测实时状况。
针对单片机的病床呼叫装置,拟定如下步骤:
第一步,依据设计要求设计总体框架;熟练掌握STC89C52单片机及1602
液晶显示器的工作原理;熟练使用C语言编程及Proteus仿真软件。
第二步, 完成系统硬件设计。
依据系统电原理图,运用ProteusISIS仿真软件选出相应的元器件绘制出仿真图,然后调试电路。
第三步, 完成软件的设计。
对系统中的各个模块逐一进行软件编程设计,并借助keilc对所设计的程序调试运行,确保每个模块的设计程序都到位。
江西中医药大学本科毕业设计论文
第二章病床呼叫控制系统模块化设计
第二章病床呼叫控制系统模块化设计
2.1控制器STC89C52
STC89C52是STC89C51的升级版,完全兼容于51系列的单片机。
和51
单片机的区别主要在于内部存储空间以及是否具有芯片电可擦除功能。
STC89C52具有8K字节系统可编程Flash存储器和4K字节的EEPROM存储空间[4]。
接下来着重介绍一下STC89C52单片机。
1.主要特性:
•与MCS-51兼容
•4K字节可编程闪烁存储器
•寿命:
1000写/擦循环
•数据保留时间:
10年
•全静态工作:
0Hz-24Hz
•三级程序存储器锁定
•128*8位内部RAM
•32可编程I/O线
•两个16位定时器/计数器
•5个中断源,其中2个外部中断分别为INT0、INT1
•可编程串行UART通道
•低功耗的闲置和掉电模式
•片内振荡器和时钟电路
•工作电压在3.3V~5.5V范围内
•存储器结构:
内部集成512B的RAM、8KB的EEPROM。
MCS51系列单片机是相互兼容的,只是引脚的功能上有差异。
STC89C52
单片机运用的是双列直插式封装[4]。
它的引脚配置图如图2.1所示。
2.管脚说明:
VCC:
接正电源,通常是+5V。
GND:
接地引脚。
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第二章病床呼叫装置模块化设计
P0口:
P0口对应着单片机的32~39号引脚,是一个8位漏极开路双向并行I/O接口,因其不含上拉电阻,所以在作为通用I/O接口时,引脚需要加上拉
图2.1STC89C52单片机引脚图
电阻[5]。
在实际的电路设计中,P0口是常用作并行I/O接口,本设计中,P0口接入液晶显示模块,作为通用I/O接口输出单片机控制系统处理后的病床数据并进行显示。
P1口:
P1口对应着单片机的1~8号引脚,是一个8位的准双向I/O接口,内部有上拉电阻,所以当使用P1口时,无需像P0口一样另外接入上拉电阻,就可以驱动负载。
在本设计中,P1口作为示警电路输出口使用,与LED相连,按键输入模块将病床数据输入到单片机控制系统中进行处理,最后通过液晶显示模块和示警模块显现出来。
P2口:
P2口对应单片机的21~28号引脚,其功能与P1口基本相同,也是内部已提供了上拉电阻,不需要外接上拉电阻。
在本设计功能扩展中,作为蜂鸣器输出口使用。
P3口:
P3口对应单片机的10~17号引脚,本设计中作为键盘输入接口使用,将病床信息输入给单片机控制系统处理。
它还是一个双功能接口,第一功
能与P1口相同。
P3口还具有第二功能,其第二功能引脚复用功能如表2.1所示。
ALE/PROG:
地址锁存允许端口,当CPU访问外部程序存储器时,地址锁存允许端将地址数据锁存,确保I/O接口的地址线和数据线的分时复用,使数据信息和地址信息在不同时刻输出,这样单片机控制系统工作才能有序快速地进行。
RST:
复位端。
用于单片机的复位功能,可以随时保证单片机从正在执行的状态立刻回到初始化状态。
表2.1P3口复用功能
引 脚
第二功能
信号名称
P3.0
RXD
串行数据接收口
P3.1
TXD
串行数据发送口
P3.2
INT0
外部中断0请求输入
P3.3
INT1
外部中断1请求输入
P3.4
T0
定时器0的外部输入
P3.5
T1
定时器1的外部输入
P3.6
WR
外部数据存储器RAM写选通
P3.7
DR
外部数据存储器RAM读选通
EA/VPP:
访问片外程序存储器允许端,当EA为低电平时,CPU只能访问外部程序存储器;而当EA保持高电平时,可以访问内部程序存储器和外部存储器。
PSEN:
程序存储器选择端,用于允许CPU读取外部程序存储器的数据,一般与ALE(地址锁存允许)连用。
3.定时器/计数器:
STC89C52有3个16位定时器/计数器,分别为:
T0、T1、T2。
启动定时器/计数器前,必须对定时器/计数器进行初始化,初始化的主要步骤是对定时器装入计数初值,然后计数器进行计数,当计数器计满回零时,产生溢出中断,表示定时时间已到,转到相应的中断服务子程序进行中断处理。
定时器/计数
器T0在使用过程中,一般根据存储空间划分为TH0和TL0两种,用于装入计数初值。
定时器/计数器的工作方式不同,其TH0和TL0的用法也不同。
4.中断系统:
中断系统是单片机控制系统中比较重要的组成部分,单片机可以通过中断系统来实现同一时刻进行不同的指令操作,因为单片机运算速率很快,虽然实际上是在不同时刻执行不同的指令操作,但因为执行速度快,可以看作在同一时刻完成了许多不同的操作。
所谓中断,其实就是指在CPU执行某操作过程中,要临时去响应其它设备的进程,实现其所需要的功能时,放下手中正在执行的程序或指令,转入到所需要响应的程序中去,当完成响应后,又继续执行先前的操作指令。
我们一般将打断CPU正在执行操作的外部设备或指令操作称作中断源,单片机STC89C52有5个中断源,分别为:
外部中断INT0和INT1、定时器T0溢出中断、定时器T1溢出中断、串行口收发中断(UART)[5]。
要完
成整个中断过程,其前提是中断源发送中断请求标志信号给CPU,若该中断对应的中断允许寄存器处于开放状态并且没有更高优先级的中断源才能执行。
2.21602液晶显示模块设计
2.2.11602液晶显示屏简介
1602A 是2行16列液晶显示屏。
在日常生活中随处可见。
涉及的领域较广,如在计算器、电子表及洗衣机等一些家电中都有它的身影,显示的主要是数字、特有的符号和图形。
日常用的1602字符型液晶显示器实物如图2.2和2.3所示。
图2.2为
1602液晶显示器的正面图,图2.3是其背面图。
图2.2液晶屏正面
图2.1液晶屏背面
(1)1602液晶显示屏的引脚功能见表2.2。
表2.2引脚功能
引 脚
功 能
第1脚
VSS为地电源
第2脚
VDD为正电源,需要接5V
第3脚
VL为液晶显示器对比度调整端
第4脚
RS为寄存器选择端
第5脚
R/W为读写信号线,高电平时表示读操作,低电平时表示写操作
第6脚
E端为使能端,当E端由高电平转变成低电平时,液晶模块执行命令
第7~14脚
D0~D7为8位双向数据线
第15脚
背光源正极
第16脚
背光源负极
(2)1602LCD的RAM标准字库表
LCD1602液晶显示器可以显示两行16列字符,一般用于显示字母、数字或者其它一些特殊字符,对于汉字的显示基本上不采用。
该显示器的显示原理是利用液晶的物理特性,通过电压对其显示区域进行控制,有电就有显示,这样就可以显示出所需要显示的字符。
本设计中,需要对温度数据进行显示,显示的内容包括字母和数字,无中文汉字,所以LCD1602液晶显示器已可满足设计需要。
现在市面上流行的LCD1602液晶显示器都是基于HD44780液晶芯片,该芯片存储器包括显示数据随机存储器(DDRAM)、字符产生程序存储器
(CGROM)和字符产生随机存储器(CGRAM)。
其中DDRAM用来寄存待显示字符代码,当数据需要显示在第一行时,其地址范围为00H~27H,字符的长度影响着对应显示存储空间的地址范围,其地址和显示的对应关系如图2.4所示。
图2.41602内部显示地址
2.2.21602液晶显示模块电路原理图
该显示器的显示原理是利用液晶的物理特性,通过电压对其显示区域进行控制,有电就有显示,这样就可以显示出所需要显示的字符。
其特点是厚度薄、
易于实现全彩色显示、适用于大规模集成电路直接驱动,至今已然被普遍应用于数字摄像机、便携式电脑、PDA移动通讯工具等众多领域。
其1602液晶显示模块电路原理图如下图2.5所示。
2.3蜂鸣器简介
图2.51602显示模块
蜂鸣器一般分为两类:
有源蜂鸣器和无源蜂鸣器,两者的区别在于驱动的信号不一样,有源蜂鸣器的驱动信号一般为直流信号,因为有源蜂鸣器内部自带将直流信号转换成脉冲信号的信号发生电路,之后脉冲信号是振动片按照一定的频率发送振动,发出声音;而无源蜂鸣器又叫声响器,它自身不带有驱动电路,其理想驱动信号为方波,输入直流信号是不会让无源蜂鸣器工作的,二者的外观图如图2. 6所示,其中a图为有源蜂鸣器,b图为无源蜂鸣器。
在本设计中采用的是5V有源蜂鸣器,当与单片机控制系统定时器/计数器T1的外部输入口相连的报警模块收到报警信号时,经三极管9012放大之后,根据放大后信号的电压值产生相应的响应[6]。
图2.6(a)有源蜂鸣器结构图;(b)无源蜂鸣器结构图
2.4三极管简介
日常生活中三极管无处不在,它有三个引脚,即集电极c、基极b、发射极
e。
常见的三极管有9012、s8550、9013、s8050[7]。
在一定程度上所有的三极管都是可以通用的。
其实物图如下图2.7所示:
图2.7三极管实物图
区别引脚的方法是三极管扁平的一端对着自己,管脚依次是e、b、c。
原理图中有箭头的一端为e,与电阻相连的为b,另一个为c。
箭头向里指为PNP型三极管,箭头向外指为NPN型三极管。
三极管的应用广泛,涉及的领域广,NPN和PNP两种类型在一定程度上可以互相替用。
图2.8(a)和(b)分别是NPN和PNP三极管的结构原理图。
图2.8(a)NPN结构原理图;(b)PNP结构原理图
本设计采用的是PNP型9012三极管,它是一种低电压,大电流,小信号三极管,其主要参数如下:
·集电极电流Ic:
Max-500mA
·集电极-基极电压Vcbo:
-40V
·工作温度:
-55℃to+150℃
·电流放大倍数:
64~144
·和9013(NPN)相对
·主要用途:
开关应用和射频放大
2.5独立按键简介
本设计中独立按键采用的是独立按键,含有四个引脚,如图2.9所示,图中脚①和②当按键不管是按下还是松开都是接在一起的,图中脚③和④也是一样;当按键按下时①、②、③、④这四个脚是连在一起的。
电路应用中最好
的区别方式是接斜对角
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