本科生毕业设计
病房呼叫系统设计 The Design of Call Ward System
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摘 要
在大型机关，医院、旅馆、KTV中，常需要有一种内部联络和呼叫系统，以便在旅客（病员）和服务人员之间建立必要的联络，而一般的内部通话系统都比较少，经常使用的是比较便宜的呼叫指示，这种呼叫指示系统在提示的同时，能够用数码管显示各呼叫的号码
本设计是以AT89C52为核心的病人呼叫系统，对该系统的硬件设备和程序软件结构进行了相应的描述。无呼叫时，数码管显示时间，时间可以通过按键设置；有呼叫请求时，数码管显示呼叫号码，蜂鸣器鸣响，护士按键回复，实现医院医疗人员值班室和病人房之间的通信呼叫联系，具有使用方便、操作简单等特点。伴随着医疗体制改革的不断深化和医疗事业的飞速发展，越来越多的人们需要迅捷、方便医疗服务。
所以衡量一个医院的综合水平高低，不再仅局限于硬件的建设上，更要比服务。临床呼叫求助装置是传送临床信息的重要手段，关系病员安危，传统的有线呼叫系统历来受到各大医院的普遍重视。如果采用无线传输，会节约布线和改造线路的资金，为医院节约成本，并且及时、准确、可靠、简便可行，比目前的同类产品更能受到医院及病人的认可，有更强的竞争力，能大量推广。
在医院的病房里每个床位边都装有一个呼叫按钮，当病人需要帮助时，按下
呼叫按钮，护士办公室里呼叫显示板上相应房间号的指示灯点亮并进行声音提示。
关键字：呼叫系统； AT89C52； 程序软件；
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Abstract
In large organizations, hospitals, hotels, KTV, often need to have an internal contact and call system, so that the passengers (patient) and establish the necessary contact between service personnel, while internal communications systems are small, often using the cheaper call instructions, this call indicator system in the tip at the same time, to be able to use digital pipe display the call number
Patient call this design is based on AT89C52 as the core system, the system of hardware and software structure are described in the corresponding program. No call, the digital tube display time, time can be set by buttons; Have call request, the digital tube display the call number, buzzer ringing, nurses reply buttons, implement hospital medical personnel office calls contact and communication between the patient room, has the characteristics of convenient use, simple operation. Along with the deepening reform of medical system and the rapid development of medical enterprise, more and more people need to be quick and convenient medical service.
The comprehensive level of high and low, so the measure of a hospital is no longer limited to hardware construction, more than services. Clinical call for help device is an important means of transmission of clinical information, patient safety, traditional wired calling system has been paid attention to by the hospitals. If using wireless transmission, can save the wiring and transform circuit, for hospital cost savings, and timely, accurate, reliable, simple and feasible, more than the similar products can be approved by the hospital and the patients, have stronger competitiveness, to a large number of promotion.
Every bed side in the hospital ward is equipped with a call button, when patients need help, press the call button, the nurse call display board in the office room number of the corresponding indicator light and voice prompt.
Key words: calling system; AT89C52; Application software;
河南理工大学毕业设计（论文）说明书
目 录
第一章 绪 论 ................................................. 1 1.1 课题的背景及研究意义 .......................................... 1 1.2 国内外研究现状 ................................................ 2 1.3 研究内容 ...................................................... 3 第二章 系统总体方案设计 ........................................... 4 2.1 设计要求 ...................................................... 4 2.2 系统方案设计 .................................................. 4 第三章 系统设计及实现 ............................................. 7 3.1 系统原理框图及总体设计 ........................................ 7 3.2 单片机软硬件设计 ............................................. 24 第四章 主机系统设计 ............................................. 27 4.1 虚拟仪器 ..................................................... 28 4.2 LABVIEW语言 .................................................. 29 4.3发射数据格式 ................................................. 31 4.4 系统界面 ..................................................... 32 总 结 ........................................................... 34 参考文献 ......................................................... 35 致 谢 ........................................................... 36
I
1 绪 论
1.1 课题的背景及研究意义
随着电子技术的发展，特别是随大规模集成电路产生而出现的微型计算机给人类生活带来了根本性的改变。如果说微型计算机的出现使现代科学研究得到了质的飞跃，那么可以毫不夸张的说，单片机技术的控制系统，数据采集系统，智能化仪器的仪表，办公自动化等在诸多领域得到极为广泛的应用，并已走向家庭，从洗衣机，微波炉到音响，汽车，到处都是可以见到单片机的踪影，因此，单片机技术开发和应用水平已逐步成为一个国家工业发展水平的标志之一。
目前医院里的病房呼叫系统几乎还处于很低的水平，几乎还不能满足智能化的管理要求，这样不仅会带给病人时间上的损失，对于医院也会有经济效益损失，并伴有一定安全隐患。同时采用有线管理，盘绕线路，存在布线复杂、布线费用较高、易出故障、维修不便、明线不雅观等缺陷，这样会造成安全隐患。
鉴于以上弊端，本系统采用无线管理系统，本系统既可以避开技术问题，有效节省材料损耗，并且可以免去很多不安全隐患的存在。更重要的是，病房无线呼叫系统是智能化的一种产品，可以及时准确的找到病人所在位置和哪位病人有需要，及时解决病人的各种问题，它可以有效加强护士与病人之间的联系，提高医疗护理水平。从某种角度上看，这个系统不仅可以显示病床号码，更可以为病人解决其他问题，例如：当病人有身体不适或其他需要时，可以按下从机键，那么主机就可以显示该病床号码，医院护士或医生可以及时找到病人，为其进行治疗。这样一来，省去了很多不必要的麻烦，更节省了很多时间，便于管理。
由此可见，病房无线呼叫系统是一个很有开发前景的硬件设备，可以从很大程度上减少医生的麻烦，节省病人的时间，提高医院的工作效率，自然医院从中得到最大程度上的经济效益。科技水平和医疗水平的进步，医院的服务理念也随之发生了相应的改变，树立了以人为本，全心为患者服务意识。为了方便患者，提高服务质量，医疗呼叫系统已经成为了国内外各类医院中广泛使用的一种电子设备原有的医疗服务体系已不适应现代医疗需求，谋求适合现代医疗需求的客户服务系统，是大多数医疗单位计划做或正在做的工作。如何利用先进的信息技术为医院服务，更大程度的提高医院的服务质量及利润，是医院信息化建设中的一个重要着眼点。
1.2 国内外研究现状
目前使用的医疗呼叫系统一般由设在护士值班室的医疗呼叫系统主机和安装在各病床的呼叫终端组成，主机通过有线或无线的方式与各病房呼叫终端进行通信。系统一般具有声光提示功能，有的系统有通话功能，使医护人员能够了解病人的医护请求。除人性化的辅助功能外，研究重点主要集中在主机与病房呼叫终端之间通信的安全性、可靠性、施工、系统构建、可扩展性等技术问题上进行研究。其通信方式可归纳为：有线通信和无线通信两种方式。
我国的大部分医院在自动化管理上处于较低的水平，通常利用上采用人工呼叫，病人家属需要实时看着病人，一旦有什么需要，跑到护办室叫护士，效率很低，极有可能耽误病情，不能做到智能化的管理模式。有些医院采用病房有线呼叫系统管理，线路盘绕复杂，极易出现故障，且故障不易排除，线路交错也可能引起火灾，存在着很大安全隐患。
无线通信医疗呼叫系统，主机与病房呼叫终端之间采用无线电波或红外光等无线通信手段进行通信，呼叫终端一般采用电池供电。主机与病房呼叫终端之间不需要布线，具有安装施工简单，能满足移动呼叫的需求。因此，国内的病房呼叫系统处于初级落后阶段，病房无线呼叫系统很具有开发潜质，发展前景应该是不言而喻的。国外的病房呼叫系统，无线呼叫系统已经是很普遍的一种解决问题医患之间联系的有效方法。
1.3 研究内容
随着住院病人越来越多，在医院里，为了能及时为患者服务，每张病床的床头都有一个按钮，需要时病人按下床头的按钮，护理站即通过声光报警的方式显示哪一个床位的病人在呼叫，这就是所谓的病房呼叫系统。病房呼叫系统可以用有线连接的方式实现，缺点是布线复杂，维修麻烦。而病房无线呼叫系统则具有安装方便，无需布线等优点，其应用也越来越广。它有以下几个明显的特点：
(1) 应用编译码器专用集成电路及单片机进行控制操作，可以实现多点的无线呼叫。
(2) 呼叫者按动按钮后，系统在显示呼叫者病床号的同时电路发出报警。 (3) 如果有多处呼叫同时进行，先呼叫的信号优先锁存显示，保证系统能够有续的进行。
(4) 无线呼叫系统有效的隔离掉电气干扰，增加系统操作的安全可靠性。 (5) 正常没有呼叫时，显示时间。
本文主要介绍了病房无线呼叫系统的设计过程、原理、程序、实现的功能。当没有呼叫请求的时候，单片机控制数码管显示时间，当病人按下病房无线呼叫按钮时，该信号通过发射模块传递给主机，呼叫号码在数码管上显示出来，同时蜂鸣器鸣响。而且，本系统是一种中小型的应用系统，这套系统不单在医院中使用，也可以在一些高级会所，例如宾馆、KTV中使用，以提高企业形象。这些系统投资少，见效快，受到不少企业的青睐。可以促进企业管理现代化，科学化，也是企夜创造品牌效应的途径。
2 系统总体方案设计
2.1 设计要求
根据上述分析，本系统设计要求包括以下几个方面：
1、以单片机为核心控制器件和发射接收装置，构成硬件系统。 2、制作一个直流电源提供发射部分的电源。
3、利用无线数据收发模块和PT2272芯片实现数据发射接收的传输。 4、利用单片机控制数码管显示时间，并实现时间的设置。
5、当有呼叫时，利用在主机上显示出病床号码，以便于医护人员及时解决病人的一切需要和问题。
6、收到呼叫请求后，按下复位键，主机复位显示时间。
2.2 硬件系统方案
该系统由主机从机两部分构成，主机与从机之间的无线数据传输由发射接收模块完成。从机电源是12V直流电源，利用变压器变压，桥式整流，滤波稳压实现，主机电源由电源线插电脑USB口实现。
2.2.1 从机电源
无线发射部分的电源为12V直流电源，这种小功率稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分组成，如图2.1所示。
变压整流 滤波稳压 直流12V输出
图2.1 直流电源框图
2.2.2 从机部分
从机框图如图2.2所示，本研究设计多路无线病房呼叫器，包括发射机(从机)部分和接收主机部分。病房中每个床位都设置一个不同编号的按钮，该按钮
通过PT2262地址编码，然后经过发射电路进行发射。在发射部分，系统利用拨码开关来控制数据位（二进制）信息的设置，再通过编码电路进行编码和并串转换把数据位信息变换成一串脉冲信号，最后由无线发射电路发射出去。
呼叫按键 PT2262编码 315MHz射频发射 图2.2 从机框图
2.2.1主机部分
如图2.3所示为接收显示主机工作原理框图。从天线中接收到的信号会直接进入解码电路，解码电路会先把接收到信号中的地址位与本地的地址位进行比较，如果地址位比较正确，就会把接收到数据信息传送给由单片机，单片机电路则会根据接收到的数据进行一系列动作：根据接收到数据通过数码管显示相应的床位号。并触发音乐报警电路。如果在地址位的比较中出现误差，解码电路不会送出任何信息，单片机电路也不会有任何响应。
315MHz接收 PT2272 编码 单片机系统 时间、床号报警显示 音乐报警
图2.3 接收显示主机框图
2.3 软件系统方案
本设计接收模块单片机软件主程序流程图如图2.4所示：
图2.4主程序流程图
3 直流电源
3.1 原理框图及设计
从机所用+12V直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四
个部分组成，如图3.1所示。 + 电 源 + 整流 + 滤 波 + 稳 压 + u1 u2 u3 uI U0 _ 变压器 _ 电路 _ 电 路 - 电 路 -
（a）稳压电源的组成框图
u1 u2 u3 uI U0
0 t 0 t 0 t 0 t 0 t
（b）整流与稳压过程
图3.1稳压电源的组成框图及整流与稳压过程
3.1.1 电源变压器
电源变压器的作用是将来自电网的220V交流电压u1变换为整流电路所需要的交流电压u2。电源变压器的效率为：
其中：P2是变压器副边的功率，P1是变压器原边的功率。因此，当算出了副边功率P2后，就可以根据上表算出原边功率P1。
3.1.2 整流和滤波电路
在稳压电源中一般用四个二极管组成桥式整流电路，整流电路的作用是将交流电压u2变换成脉动的直流电压u3。滤波电路一般由电容组成，其作用是把脉动直流电压u3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压UI。UI与交流电压u2的有效值U2的关系为：
UI?(1.1~1.2)U2 在整流电路中，每只二极管所承受的最大反向电压为： URM?流过每只二极管的平均电流为：
2U2
当输入电压处于交流电压正半周时，二极管D3、负载电阻RL、D2构成一个回路，输出电压Vo=Vi-VD1-VD3。输入电压处于交流电压负半周时，二极管D4、负载电阻RL、D1构成一个回路，输出电压Vo=Vi-VD2-VD4。图中滤波电容的工作状态。由上述分析可知，二极管桥式整流电路输出的也是一个方向不变的脉动电压，但脉动频率是半波整流的一倍。 与半波整流输出电压有效值计算相类似，可以得到桥式整流输出电压有效值Vorsm=0.9Ursm。
通过上述分析，可以得到桥式整流电路的基本特点如下：桥式整流输出的是一个直流脉动电压。桥式整流电路的交流利用率为100%。电容输出桥式整流电
路，二极管承担的最大反向电压为2倍的交流峰值电压（电容输出时电压叠加）。桥式整流电路二极管的负载电流仅为半波整流的一半。实际电路中，桥式整流电路中二极管和电容的选择必须满足负载对电流的要求。
ID
3.1.3 滤波电路
路滤波电路由电容、电感等储能元件组成，它的作用是尽可能地将单向脉
动电压中交流成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。交流电经过二极管整流之后，方向单一了，但是大小（电流强度）还是处在不断地变化之中。这种脉动直流一般是不能直接用来给无线电装供电的。要把脉动直流变成波形平滑的直流，还需要再做一番“填平取齐”的工作，这便是滤波。换句话说，滤波的任务，就是把整流器输出电压中的波动成分尽可能地减小，改造成接近恒稳的直流电。
电容滤波电路 电容器是一个储存电能的仓库。在电路中，当有电压加到电容器两端的时候，便对电容器充电，把电能储存在电容器中；当外加电压失去（或降低）之后，电容器将把储存的电能再放出来。充电的时候，电容器两端的电压逐渐升高，直到接近充电电压；放电的时候，电容器两端的电压逐渐降低，直到完全消失。电容器的容量越 大，负载电阻值越大，充电和放电所需要的时间越长。这种电容带两端电压不能突变的特性，正好可以用来承担滤波的任务。本设计采用最简单的电容滤波电路，电容器与负载电阻并联，C1接在整流器后面，z整流电容滤波的工作过程。在二极管导通期间，显然，电容量越大，滤波效果越好，输出波形 越趋于平滑，输出电压也越高。但是，电容量达到一定值以后，再加大电容量对提高滤波效果已无明显作用。通常应根据负载电用和输出电说的大小选择最佳电容量。输入交流电压 （有效值） 负载开路时的 输出电压 带负载时的输出电压每管承受的最大反向电压全波整流桥式整流采用电容滤波的整流电路，输出电压随时出电流变化较大，这对于变化负载来说是很不利的。还有由于接有电容，带负载能力都较差.
3.1.3 稳压电路
由于输入电压u1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压UI会随着变化。因此，为了维持输出电压UI稳定不变，还需加一级稳压电路。稳压电路的作用是当外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能使输出直流电压不受影响，而维持稳定的输出。稳压电路一般采用集成稳压器和一些外围元件所组成。采用集成稳压器设计的稳压电源具有性能稳定、结构简单等优点。
集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。本设计选用的是固定电压输出稳压器常见的有LM7812系列三端固定式正电压输出集成稳压器，引脚1是Input输入端，引脚2是GND接地，引脚3是Output。三端即是指稳压电路只有输入、输出和接地三个接地端子。型号中最后两位数字表示输出电压的稳定值，有5V、6V、9V、15V、18V和24V。稳压器使用时，要求输入电压UI与输出电压Uo的电压差UI - Uo ≥2V。稳压器的静态电流Io = 8mA。当Uo = 5 ~ 18V时，UI的最大值UImax= 35V；当Uo=18 ~ 24V时，UI的最大值UImax = 40V。稳压电源的设计，是根据稳压电源的输出电压Uo、输出电流Io、输出纹波电压ΔUop-p等性能指标要求，正确地确定出变压器、集成稳压器、整流二极管和滤波电路中所用元器件的性能参数，从而合理的选择这些器件。
3.2原理图及实物
电源电路由变压器和整流稳压电路组成。变压器用于将220V交流电压转换为正12V低压交流电压；整流电路用于将低压交流电压整流为脉动电压。该脉动电压与滤波电容相连，形成较平滑的直流电压。将两路直流电压分别送入三端稳压器LM7812的输入端Vin后，后接电容起到滤波的作用，用于滤除导线上的干扰，在输出端形成+12V直流稳压电压，供从机电路使用。
4 无线发射接收模块
病房中每个床位都设置一个不同编号的按钮，该按钮通过PT2262地址编码，然后经过发射电路的DF数据发射模块进行发射。在发射部分，系统利用拨码开关来控制数据位（二进制）信息的设置，再通过编码电路进行编码和并串转换把数据位信息变换成一串脉冲信号，最后由无线发射电路发射出去。从天线中接收到的信号会直接进入解码电路，解码电路会先把接收到信号中的地址位与本地的地址位进行比较，如果地址位比较正确，就会把接收到数据信息传送给由单片机。
4.1 射频发送与接收模块
4.1.1 DF数据发射模块
考虑到射频电路收发的稳定性，本设计使用射频收发模块实现，其中发送模块电路原理如图4.1.1.1所示，模块外型如图4.1.1.2所示。
图4.1.1.1 发送模块电路图 图4.1.1.2 发送模块外形图
DF数据发射模块的工作频率为315M，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高，当环境温度在－25～＋85度之间变化时，频飘仅为3ppm/度。特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。声表谐振器的频率稳定度仅次于晶体，而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。
DF发射模块未设编码集成电路，而增加了一只数据调制三极管Q1,这种结构使得它可以方便地和其它固定编码电路、滚动码电路及单片机接口，而不必考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。比如用PT2262等编码集成电路配接时，直接将它们的数据输出端第17脚接至DF数据模块的输入端即可。
4.1.2 数据接收模块
接收模块使用315MHz超再生式接收模块，其电路原理如图4.1.2.1所示，外型如图4.1.2.2所示。
图4.1.2.1 超再生式接收电路原理图
图4.1.2.2 超再生式接收电路外形图