基于单片机的无线病房呼叫系统设计
基于单片机的无线病房呼叫系统设计[20191215150755]
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机系统；病房无线呼叫；编解码芯片PT2262PT2272；数码显示管；床号
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第一章 引言 1
1.1设计无线病房呼叫系统的意义 1
1.2 无线病房呼叫系统国内外现状以及前景 2
1.3 毕设内容 3
第二章 方案论证 5
2.1 方案一论证 5
2.3 方案二论证 6
2.4 方案最终选定 6
第三章 硬件组成及设计 8
3.1 硬件框图 8
3.2 发送端设计 9
3.2 .1拨码开关介绍 9
3.2.2 PT2262介绍 10
3.2.3 发射模块介绍 12
3.2.4 发射电路 12
3.3 接收端设计 13
3.3.1 接收模块介绍 13
3.3.2 PT2272介绍 14
3.3.3 单片机系统介绍 17
3.3.4 显示、报警和按键电路设计 20
3.3.5 接收电路 22
第四章 软件设计 23
4.1 系统软件环境介绍 23
4.2 主程序流程图及程序 23
4.3 数码管显示和键盘扫描流程图及程序 25
4.4 时钟中断流程图及程序 27
第五章 系统问题与调试 29
5.1 硬件调试 29
5.2 软件调试 31
5.3 软硬件联调 31
5.4 系统调试达到的技术指标 34
总结与展望 35
致 谢 36
参 考 文 献 37
附录A 实物图 38
附录B 主机程序 39
附录C 外文文献 47
第一章 引言
1.1设计无线病房呼叫系统的意义
随着经济社会的高速发展和生活质量的普遍提高，人们对于医院的医疗器械设施建设和医疗服务体系完善的要求也日趋严格。在现实生活中，由于医务站距离病房较远或者病患的呼叫声音较低，使得医务人员未能及时地对病患进行救治。而这样的现象屡见不鲜，因此，造成的医疗事故的发生率也是常年居高不下。由此可见，解决此类问题已经成为医院提高医疗服务水平和服务质量的当务之急。
目前医院使用的病房呼叫系统多为有线呼叫系统。病房呼叫系统是针对此类现象所提出的的较为优化合理的解决方案。传统的病房呼叫系统采用有线传输完成报警和显示。由于有线传输存在隐蔽性差，美观性差，布线繁琐，费用高昂，易出故障，安装维护不便，抗干扰能力弱等缺点，因此，本课题提出以无线方式代替有线方式进行呼叫设置，提高系统的有效性和抗干扰能力。
本课题旨在研究具有可扩展性强并可推广普及的医用无线病房呼叫系统。该系统是目前针对此类现象所提出的的较为优化合理的解决方案，克服了传统病房呼叫系统的弊端，简化系统的工作流程。该系统的批量化生产及投入应用不仅为病患提供了舒适安全有保障的医疗环境，还可以大大降低此类医疗事故的频繁发生，更能推动医疗领域的技术革新和应用创新。
一般的医用无线病房呼叫系统主要由无线信号发射模块，中央处理器，液晶显示模块，语音提示模块及无线信号接收模块组成。
该系统的基本工作原理如下：首先呼叫信号经由无线信号发射模块传输至中央处理器，通过一系列分析处理后，将该告警信号发送至安装在大厅或走廊的液晶显示屏中，并显示发出告警信号的病患信息，包括病房，床号等，同时，还控制相应的语音提示模块发出对饮的语音提示，帮助医务站及时获取告警信息，并提醒医务人员及时对患者的呼叫信息进行处理和快速响应；当然，系统还会针对一些特殊情况设置相应的应急措施，比如，当病患寻呼医务站一定时间但迟迟没有得到回应，则系统将自动呼叫医生或护士，由此，将引入呼叫监督系统，以确保患者能够得到及时的治疗，避免耽误病情恶化的情况发生，也可在一定程度上提高医院的医疗水平和服务水平，具有非常深远的意义，值得推广。
本课题预计实现的无线呼叫系统避开传统有线呼叫系统的弊端，优化设计方案，做到安装便捷，成本低廉，使用简单等要求，在人们日常生活中起到即为重要关键的作用，尤其是健康医疗领域更为突出，促使医疗设施的现代化建设，加快医疗服务体系的升级和更新换代，迎合时代发展的需要。
1.2 无线病房呼叫系统国内外现状以及前景
随着高龄少子化进程的加快及生存环境的加速恶化，人类对健康医疗的关注度大大提高，医疗卫生行业的发展处于快速膨胀的新阶段。医疗保健行业以患者对医疗服务行业的满意程度为重心和出发点，致力于提升病患的身体健康状况，帮助病患摆脱疾病痛苦的折磨，通过不断地优化医疗器械与硬件设施的配备，完善现有的医疗服务管理体系，美化治疗环境等一些列措施，为更多的病患提供优质高效便捷的医疗服务和保健护理，提高患者对医疗服务行业的满意度，满足病患对医疗严苛的要求。
近年来，随着物联网传感技术的发展和成熟使得生物医学传感趋于微型化、信息的分析处理和数据的无线传输得到快速发展，其应用也愈发普遍，应用的领域也不断得以拓宽，特别是在无线医疗呼叫系统方面的研制和开发已经成为当下较为热门的方向。
随着医疗服务水平的不断提高，病房内的无线呼叫系统已经成为不可获取的部分。因此，各国的科研机构以及多家跨国公司竞相开展对无线医疗呼叫系统及其应用的研发，以提高本国的医疗服务质量，为解决民生问题中的医疗保健方面提供了详细明确的方案。比较有代表性的是哈佛大学的CodeBlue系统、法国CRNS研究机构的MARSIAN项目、NASA阿莫斯实验室和斯坦福大学开发的LifeGuard系统、IBM公司的身体区域网（The body electric）、东芝公司的Lifemind系统等。这些系统或者项目能在一定程度上指引医疗服务行业向更加利民、便民和惠民的道路前进。目前，ZigBee技术正在中等距离领域以更加蓬勃的势头发展，因此，将ZigBee技术应用与建立无线个人健康监护局域网应用在医疗监护领域是当前研究人员重点关注的课题。
反观我国的病房呼叫系统的发展现状，呼叫系统的开发和研究显得较为迟缓，特别是无线方面的发展，更为缓慢。大部分的医院仍采用略微低等落后的病房呼叫系统，一般还停留在使用人工呼叫系统的阶段，智能化程度较低。并且，多数的医院还是采用有限管理，线路盘根错节，缠绕杂乱无章，存在潜在的安全隐患，比如，容易因为线路老化等现象引发火灾，给医院造成重大损失。还有一些医院则采用继电器控制的门铃式呼叫系统，但由于其外观粗燥、噪声杂声干扰严重、功能较为单一，故其在现代医疗服务体系中已经不能满足要求和标准。
此外，人工呼叫过程复杂繁琐是当前呼叫系统的另一大弊端，特别是在病患的身体突发不适，或者继续某些特殊帮助时，这种现象尤为明显。此过程中，病患通常需要大声叫喊医生，请求值班医生或护士进行诊断护理，同时需要耐心等待治疗服务，而医务人员需要在得到相应的呼叫后作出紧急应对反应，整个过程，不仅浪费患者的时间，影响到同一病房中的其他患者的休息和疗养，还给医院医生带来麻烦和不变，影响医务人员的工作积极性，降低工作人员服务治疗的热情。正是由于病房呼叫系统的不成熟和不完善，其开发潜质和应用前景不言而喻。
1.3 毕设内容
毕业设计的研究内容主要有以下几个方面：
（1）理论分析和学习相关知识。学习通信系统的基本系统和工作原理，深入了解315MHz射频发送接收的相关原理和经典电路，熟悉相关参数的计算和选择，熟悉编解码的相关内容。
（2）确定无线病房呼叫系统的最优方案。提出两个无线病房呼叫系统的设计方案，进行理论分析和实践调查，从功耗、成本、实现的难易程度、抗干扰能力等方面进行对比论证，最终，确定本课题的最优解决方案。
（3）无线病房呼叫系统的设计与制造。以高效、低耗能、方便、安全为设计理念，以在医院病房中普及使用为设计目的，通过不断的改进和优化，设计并制作无线病房呼叫系统的样机。
最终本系统需要实现以下几方面的功能：整套系统假设共有16间病房，当这些病房中的任意一间病房内按下紧急按键时，将发出请求呼叫，与此同时，医护值班室的语音播报系统发出响应，能进行连续的呼叫，并在人机交互的界面上显示相应的患者信息，包括病房号、床号等内容。然后在医务人员处理完毕后将相关的呼叫记录进行清除，等待下一次的呼叫。而在医护值班室响应呼叫状态的其他时间里，显示界面具备时钟显示的功能，用于当前时钟的显示，如果当前显示的时钟不对，则可以通过“设置”键、“+”键和“—”键来重新设置。
第二章 方案论证
2.1 方案一论证
本设计方案由呼叫器和主机构成，使用射频收发芯片，使系统工作在频段433 MHz附近．系统使用单片机编码和解码，每个呼叫器有一个唯一的识别码，并且识别码可以随时修改．当用户按发射键后，识别码被发射出去，等待接收器的响应，主机接收到服务申请后，根据识别码鉴别出是由哪一台呼叫器发出的申请，并给出声音提示和显示呼叫器的识别号．如果有几个呼叫器在短时间里同时呼叫，主机则按照先后顺序存储起来，再按顺序轮换显示．分机由拨码开关来控制地址位的设置，当扫描到呼叫按钮按下时，其地址被读入单片机，经过处理后再送至发射芯片发射．分机用来进行呼叫，使用单片机完成编码，分机的核心电路即是单片机与射频芯片的连接电路．主机负责接收分机发来的信号，并进行解码、显示和报警．主机上还设有键盘用于翻查、删除记录，所以主机上应接有键盘、显示和报警电路．
分机电路设计
分机是由一个4位的拨码开关、单片机、无线收发芯片及相应外围电路构成．分机使用便携式设计，采用电池供电，在选用元件时除需要考虑到功耗和体积外，还需要考虑芯片工作的最低电压的问题，所以单片机选用89c2051，它在3V的电压下就能稳定工作，而且其具有AT89C51的内核，指令系统也一样，分
机上所需要的I／O接口也很少，因此使用该单片机完全能满足要求．分机号码设定电路的设计分机采用4位拨码开关手动定位来确定分机的地址，若需要将分机移至别的病床，则只需要改变拨盘开关的状态，即可改变分机的号码．
分机nRF401与AT89C2051主连接电路的设计
nRF401有休眠(Standby)、接收(RX)和发射(1x)3种工作状态．由nRF401的引脚功能可知，这3种状态问的切换由PWR—UP、TXEN的状态可以确定．DIN、DOUT是串行通信口，分别与单片机的串行通信口相连．CS脚则选择工作频率．nRF401与单片机的连接电路在分机上有1个信息确认灯，在信息发送成功后确认灯闪亮1s，可以由单片机的I／O口直接点亮．限流电阻选用100Q，工作电流即可以满足要求．
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:单片机系统；病房无线呼叫；编解码芯片PT2262PT2272；数码显示管；床号
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第一章 引言 1
1.1设计无线病房呼叫系统的意义 1
1.2 无线病房呼叫系统国内外现状以及前景 2
1.3 毕设内容 3
第二章 方案论证 5
2.1 方案一论证 5
2.3 方案二论证 6
2.4 方案最终选定 6
第三章 硬件组成及设计 8
3.1 硬件框图 8
3.2 发送端设计 9
3.2 .1拨码开关介绍 9
3.2.2 PT2262介绍 10
3.2.3 发射模块介绍 12
3.2.4 发射电路 12
3.3 接收端设计 13
3.3.1 接收模块介绍 13
3.3.2 PT2272介绍 14
3.3.3 单片机系统介绍 17
3.3.4 显示、报警和按键电路设计 20
3.3.5 接收电路 22
第四章 软件设计 23
4.1 系统软件环境介绍 23
4.2 主程序流程图及程序 23
4.3 数码管显示和键盘扫描流程图及程序 25
4.4 时钟中断流程图及程序 27
第五章 系统问题与调试 29
5.1 硬件调试 29
5.2 软件调试 31
5.3 软硬件联调 31
5.4 系统调试达到的技术指标 34
总结与展望 35
致 谢 36
参 考 文 献 37
附录A 实物图 38
附录B 主机程序 39
附录C 外文文献 47
第一章 引言
1.1设计无线病房呼叫系统的意义
随着经济社会的高速发展和生活质量的普遍提高，人们对于医院的医疗器械设施建设和医疗服务体系完善的要求也日趋严格。在现实生活中，由于医务站距离病房较远或者病患的呼叫声音较低，使得医务人员未能及时地对病患进行救治。而这样的现象屡见不鲜，因此，造成的医疗事故的发生率也是常年居高不下。由此可见，解决此类问题已经成为医院提高医疗服务水平和服务质量的当务之急。
目前医院使用的病房呼叫系统多为有线呼叫系统。病房呼叫系统是针对此类现象所提出的的较为优化合理的解决方案。传统的病房呼叫系统采用有线传输完成报警和显示。由于有线传输存在隐蔽性差，美观性差，布线繁琐，费用高昂，易出故障，安装维护不便，抗干扰能力弱等缺点，因此，本课题提出以无线方式代替有线方式进行呼叫设置，提高系统的有效性和抗干扰能力。
本课题旨在研究具有可扩展性强并可推广普及的医用无线病房呼叫系统。该系统是目前针对此类现象所提出的的较为优化合理的解决方案，克服了传统病房呼叫系统的弊端，简化系统的工作流程。该系统的批量化生产及投入应用不仅为病患提供了舒适安全有保障的医疗环境，还可以大大降低此类医疗事故的频繁发生，更能推动医疗领域的技术革新和应用创新。
一般的医用无线病房呼叫系统主要由无线信号发射模块，中央处理器，液晶显示模块，语音提示模块及无线信号接收模块组成。
该系统的基本工作原理如下：首先呼叫信号经由无线信号发射模块传输至中央处理器，通过一系列分析处理后，将该告警信号发送至安装在大厅或走廊的液晶显示屏中，并显示发出告警信号的病患信息，包括病房，床号等，同时，还控制相应的语音提示模块发出对饮的语音提示，帮助医务站及时获取告警信息，并提醒医务人员及时对患者的呼叫信息进行处理和快速响应；当然，系统还会针对一些特殊情况设置相应的应急措施，比如，当病患寻呼医务站一定时间但迟迟没有得到回应，则系统将自动呼叫医生或护士，由此，将引入呼叫监督系统，以确保患者能够得到及时的治疗，避免耽误病情恶化的情况发生，也可在一定程度上提高医院的医疗水平和服务水平，具有非常深远的意义，值得推广。
本课题预计实现的无线呼叫系统避开传统有线呼叫系统的弊端，优化设计方案，做到安装便捷，成本低廉，使用简单等要求，在人们日常生活中起到即为重要关键的作用，尤其是健康医疗领域更为突出，促使医疗设施的现代化建设，加快医疗服务体系的升级和更新换代，迎合时代发展的需要。
1.2 无线病房呼叫系统国内外现状以及前景
随着高龄少子化进程的加快及生存环境的加速恶化，人类对健康医疗的关注度大大提高，医疗卫生行业的发展处于快速膨胀的新阶段。医疗保健行业以患者对医疗服务行业的满意程度为重心和出发点，致力于提升病患的身体健康状况，帮助病患摆脱疾病痛苦的折磨，通过不断地优化医疗器械与硬件设施的配备，完善现有的医疗服务管理体系，美化治疗环境等一些列措施，为更多的病患提供优质高效便捷的医疗服务和保健护理，提高患者对医疗服务行业的满意度，满足病患对医疗严苛的要求。
近年来，随着物联网传感技术的发展和成熟使得生物医学传感趋于微型化、信息的分析处理和数据的无线传输得到快速发展，其应用也愈发普遍，应用的领域也不断得以拓宽，特别是在无线医疗呼叫系统方面的研制和开发已经成为当下较为热门的方向。
随着医疗服务水平的不断提高，病房内的无线呼叫系统已经成为不可获取的部分。因此，各国的科研机构以及多家跨国公司竞相开展对无线医疗呼叫系统及其应用的研发，以提高本国的医疗服务质量，为解决民生问题中的医疗保健方面提供了详细明确的方案。比较有代表性的是哈佛大学的CodeBlue系统、法国CRNS研究机构的MARSIAN项目、NASA阿莫斯实验室和斯坦福大学开发的LifeGuard系统、IBM公司的身体区域网（The body electric）、东芝公司的Lifemind系统等。这些系统或者项目能在一定程度上指引医疗服务行业向更加利民、便民和惠民的道路前进。目前，ZigBee技术正在中等距离领域以更加蓬勃的势头发展，因此，将ZigBee技术应用与建立无线个人健康监护局域网应用在医疗监护领域是当前研究人员重点关注的课题。
反观我国的病房呼叫系统的发展现状，呼叫系统的开发和研究显得较为迟缓，特别是无线方面的发展，更为缓慢。大部分的医院仍采用略微低等落后的病房呼叫系统，一般还停留在使用人工呼叫系统的阶段，智能化程度较低。并且，多数的医院还是采用有限管理，线路盘根错节，缠绕杂乱无章，存在潜在的安全隐患，比如，容易因为线路老化等现象引发火灾，给医院造成重大损失。还有一些医院则采用继电器控制的门铃式呼叫系统，但由于其外观粗燥、噪声杂声干扰严重、功能较为单一，故其在现代医疗服务体系中已经不能满足要求和标准。
此外，人工呼叫过程复杂繁琐是当前呼叫系统的另一大弊端，特别是在病患的身体突发不适，或者继续某些特殊帮助时，这种现象尤为明显。此过程中，病患通常需要大声叫喊医生，请求值班医生或护士进行诊断护理，同时需要耐心等待治疗服务，而医务人员需要在得到相应的呼叫后作出紧急应对反应，整个过程，不仅浪费患者的时间，影响到同一病房中的其他患者的休息和疗养，还给医院医生带来麻烦和不变，影响医务人员的工作积极性，降低工作人员服务治疗的热情。正是由于病房呼叫系统的不成熟和不完善，其开发潜质和应用前景不言而喻。
1.3 毕设内容
毕业设计的研究内容主要有以下几个方面：
（1）理论分析和学习相关知识。学习通信系统的基本系统和工作原理，深入了解315MHz射频发送接收的相关原理和经典电路，熟悉相关参数的计算和选择，熟悉编解码的相关内容。
（2）确定无线病房呼叫系统的最优方案。提出两个无线病房呼叫系统的设计方案，进行理论分析和实践调查，从功耗、成本、实现的难易程度、抗干扰能力等方面进行对比论证，最终，确定本课题的最优解决方案。
（3）无线病房呼叫系统的设计与制造。以高效、低耗能、方便、安全为设计理念，以在医院病房中普及使用为设计目的，通过不断的改进和优化，设计并制作无线病房呼叫系统的样机。
最终本系统需要实现以下几方面的功能：整套系统假设共有16间病房，当这些病房中的任意一间病房内按下紧急按键时，将发出请求呼叫，与此同时，医护值班室的语音播报系统发出响应，能进行连续的呼叫，并在人机交互的界面上显示相应的患者信息，包括病房号、床号等内容。然后在医务人员处理完毕后将相关的呼叫记录进行清除，等待下一次的呼叫。而在医护值班室响应呼叫状态的其他时间里，显示界面具备时钟显示的功能，用于当前时钟的显示，如果当前显示的时钟不对，则可以通过“设置”键、“+”键和“—”键来重新设置。
第二章 方案论证
2.1 方案一论证
本设计方案由呼叫器和主机构成，使用射频收发芯片，使系统工作在频段433 MHz附近．系统使用单片机编码和解码，每个呼叫器有一个唯一的识别码，并且识别码可以随时修改．当用户按发射键后，识别码被发射出去，等待接收器的响应，主机接收到服务申请后，根据识别码鉴别出是由哪一台呼叫器发出的申请，并给出声音提示和显示呼叫器的识别号．如果有几个呼叫器在短时间里同时呼叫，主机则按照先后顺序存储起来，再按顺序轮换显示．分机由拨码开关来控制地址位的设置，当扫描到呼叫按钮按下时，其地址被读入单片机，经过处理后再送至发射芯片发射．分机用来进行呼叫，使用单片机完成编码，分机的核心电路即是单片机与射频芯片的连接电路．主机负责接收分机发来的信号，并进行解码、显示和报警．主机上还设有键盘用于翻查、删除记录，所以主机上应接有键盘、显示和报警电路．
分机电路设计
分机是由一个4位的拨码开关、单片机、无线收发芯片及相应外围电路构成．分机使用便携式设计，采用电池供电，在选用元件时除需要考虑到功耗和体积外，还需要考虑芯片工作的最低电压的问题，所以单片机选用89c2051，它在3V的电压下就能稳定工作，而且其具有AT89C51的内核，指令系统也一样，分
机上所需要的I／O接口也很少，因此使用该单片机完全能满足要求．分机号码设定电路的设计分机采用4位拨码开关手动定位来确定分机的地址，若需要将分机移至别的病床，则只需要改变拨盘开关的状态，即可改变分机的号码．
分机nRF401与AT89C2051主连接电路的设计
nRF401有休眠(Standby)、接收(RX)和发射(1x)3种工作状态．由nRF401的引脚功能可知，这3种状态问的切换由PWR—UP、TXEN的状态可以确定．DIN、DOUT是串行通信口，分别与单片机的串行通信口相连．CS脚则选择工作频率．nRF401与单片机的连接电路在分机上有1个信息确认灯，在信息发送成功后确认灯闪亮1s，可以由单片机的I／O口直接点亮．限流电阻选用100Q，工作电流即可以满足要求．
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/txgc/2206.html
