智能无线病房呼叫器的设计与制作【字数：8863】
摘 要本课题最终成功设计了一款智能型病房呼叫器系统，对所有的预期功能指标全部进行了实现，这款系统的设计内容包含了硬件系统和软件系统两个方面，病房呼叫器系统的整体框架以STC89C51单片机作为核心部分，并使用了LCD1602显示器、有源蜂鸣器和射频无线通信模块等一些功能模块，通过单片机对这些芯片和传感器的有序控制，能够实现患者无线呼叫护士、病床编号显示、声音提示等功能。由于系统内部采用了大量的低功耗模块，只需要采用+5V直流电压供电即可使其工作，表现出的功耗参数非常可观，另外系统整体的器件成本水平较低，使得这款病房呼叫器系统最终表现出的性价比非常高。本课题最终通过验证环节对这款病房呼叫器系统的工作状态进行了测试，通过多项输入参数的配置，本系统都表现出了预期应得的结果，数据表明该设计成果适合推广，能够有效的降低市面上相关产品的成本。
目录
一、 引言 1
（一） 病房呼叫器的发展背景 1
（二） 病房呼叫器的国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 病房呼叫器的方案设计 3
（二） STC89C51单片机简介 3
（三） NRF24L01无线通信模块简介 4
（四） LCD1602液晶屏简介 4
（五） 有源蜂鸣器简介 5
三、 系统硬件设计 6
（一） 最小系统电路设计 6
（二） 病房的液晶显示电路设计 6
（三） 病房的呼叫声音输出电路设计 7
（四） 呼叫信号的射频无线通信电路设计 7
（五） 病房端的呼叫按键电路设计 9
四、 系统软件设计 10
（一） 病房呼叫器的主程序流程设计 10
（二） 显示屏驱动子程序设计 10
（三） 病房的呼叫声音输出子程序流程设计 12
（四） NRF24L01模块驱动子程序流程设计 12
五、 实物安装与调试 15
总结 18
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21
附录二 PC *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
B图 23
附录三 元件列表 25
附录四 程序 26
引言
病房呼叫器的发展背景
所谓的病房呼叫器系统，在硬件电路设计方面采用的是STC89C51单片机作为核心部分，在其片外结合了LCD1602液晶显示屏、有源蜂鸣器和NRF24L01无线通信模块等功能器件并构建出稳定的驱动电路，通过单片机等微处理器（本系统采用的是STC89C51单片机）的驱动实现这些功能电路的工作，在软件系统方面通过C语言构建程序代码，通过机器语言的转换，实现对微处理器的控制，最终实现对各个功能电路的控制，从而完成对参数的高清晰显示、蜂鸣式报警和无线数据的接收和发送等功能。
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图1 病房呼叫器
本课题将要设计的是一款能够实现对参数的高清晰显示、产生报警和射频无线通信等功能的单片机控制系统，这款系统的实现借助了STC89C51单片机系统开发平台以及C语言程序代码，通过这两者的相互结合，实现了对系统内部各个功能模块的驱动，从而实现高效有序的工作结果，这款病房呼叫器系统的实现是对大学期间所学专业知识的一次综合总结。
病房呼叫器系统的发展背景中总是离不开微型处理器，从最一开始的传统型到当前的智能型病房呼叫器系统，我们总是能够发现微处理器在这种系统中扮演着核心角色，深入研究我们可以看到，微型处理器的性能高低直接决定着病房呼叫器系统整体的性能精度，这主要是因为病房呼叫器系统所有的功能都需要通过微型处理器来进行控制实现，而在控制过程中必然会掺杂着或多或少的数据运算，从最一开始的4位机到现在的64位机，对于数据运算的性能提升可谓是翻天覆地的，因此高性能微型处理器的出现直接带动了病房呼叫器系统的发展。
本课题设计的这款病房呼叫器系统采用的是STC89C51单片机来作为主控，STC89C51单片机是一种具有较高处理速度的微型处理器，在大学期间已经对它进行了非常系统的学习，将其作为本课题的主控器件，能够较为轻松的实现各项功能。
病房呼叫器的国内外发展现状
病房呼叫器系统目前在国内外的发展现状可以通过与这类系统有关的产品来进行反映，目前市面上的病房呼叫器系统相关产品大致可以分为高中档和低档等层次，这种分类方法主要是通过这些产品所能够表现出来的最大性能来进行划分的，由于具备高端性能的病房呼叫器系统产品的内部往往采用了高性能的微处理器和精密芯片来实现，这些芯片目前还只能依靠进口来获得，国内尚且没有掌握核心研发技术，而欧美国家目前不但掌握了与之相关的高性能芯片的研发技术，而且能够独立的通过这些芯片的搭建，配备高效的算法流程实现高端性能的病房呼叫器系统，所以国内的研发团队还有一段很长的路要走。
本文主要研究内容
本文将要研究的是一款能够实现高清晰度液晶显示、蜂鸣式报警和2.4GHz无线通信等功能的病房呼叫器系统，在单片机的片外配置了LCD1602液晶显示电路、蜂鸣器呼叫声音输出电路和NRF24L01射频无线通信电路等功能子电路，下列为本课题将要实现的各项功能指标。
1、能够LCD1602液晶屏实现与STC89C51单片机的快速数据通信，将待显示字符清晰的显示出来，当接收到病房发出的呼叫信号后，液晶屏可以将该病床编号显示出来；
2、能够实现有源蜂鸣器驱动电路，并且通过C语言的配置，实现STC89C51单片机对该电路的控制，当接收到病房呼叫信号后单片机将驱动蜂鸣器产生呼叫声音通知护士；
3、能够通过STC89C51单片机实现对NRF24L01型号的射频无线通信模块的灵活驱动，实现2.4GHz频段射频数据信息的高效收发，通过该机制将病房发出的呼叫信号通过射频无线信号的形式发送到护士房；
方案设计及元器件选择
病房呼叫器的方案设计
本课题将采用下图中的结构框图来对病房呼叫器系统进行模块化设计，在硬件系统和软件系统两个层面上将整个系统划分成了STC89C51单片机最小系统电路、液晶屏显示电路、呼叫声音输出电路和NRF24L01射频无线通信电路等部分，在下文的软硬件设计部分将详细对这些模块的软硬件驱动进行设计，其中STC89C51单片机最小系统的作用是起到整个系统的控制作用，实现对LCD1602液晶屏电路、蜂鸣器呼叫声音输出电路和射频无线通信电路的驱动，
目录
一、 引言 1
（一） 病房呼叫器的发展背景 1
（二） 病房呼叫器的国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案设计及元器件选择 3
（一） 病房呼叫器的方案设计 3
（二） STC89C51单片机简介 3
（三） NRF24L01无线通信模块简介 4
（四） LCD1602液晶屏简介 4
（五） 有源蜂鸣器简介 5
三、 系统硬件设计 6
（一） 最小系统电路设计 6
（二） 病房的液晶显示电路设计 6
（三） 病房的呼叫声音输出电路设计 7
（四） 呼叫信号的射频无线通信电路设计 7
（五） 病房端的呼叫按键电路设计 9
四、 系统软件设计 10
（一） 病房呼叫器的主程序流程设计 10
（二） 显示屏驱动子程序设计 10
（三） 病房的呼叫声音输出子程序流程设计 12
（四） NRF24L01模块驱动子程序流程设计 12
五、 实物安装与调试 15
总结 18
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21
附录二 PC *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
B图 23
附录三 元件列表 25
附录四 程序 26
引言
病房呼叫器的发展背景
所谓的病房呼叫器系统，在硬件电路设计方面采用的是STC89C51单片机作为核心部分，在其片外结合了LCD1602液晶显示屏、有源蜂鸣器和NRF24L01无线通信模块等功能器件并构建出稳定的驱动电路，通过单片机等微处理器（本系统采用的是STC89C51单片机）的驱动实现这些功能电路的工作，在软件系统方面通过C语言构建程序代码，通过机器语言的转换，实现对微处理器的控制，最终实现对各个功能电路的控制，从而完成对参数的高清晰显示、蜂鸣式报警和无线数据的接收和发送等功能。
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图1 病房呼叫器
本课题将要设计的是一款能够实现对参数的高清晰显示、产生报警和射频无线通信等功能的单片机控制系统，这款系统的实现借助了STC89C51单片机系统开发平台以及C语言程序代码，通过这两者的相互结合，实现了对系统内部各个功能模块的驱动，从而实现高效有序的工作结果，这款病房呼叫器系统的实现是对大学期间所学专业知识的一次综合总结。
病房呼叫器系统的发展背景中总是离不开微型处理器，从最一开始的传统型到当前的智能型病房呼叫器系统，我们总是能够发现微处理器在这种系统中扮演着核心角色，深入研究我们可以看到，微型处理器的性能高低直接决定着病房呼叫器系统整体的性能精度，这主要是因为病房呼叫器系统所有的功能都需要通过微型处理器来进行控制实现，而在控制过程中必然会掺杂着或多或少的数据运算，从最一开始的4位机到现在的64位机，对于数据运算的性能提升可谓是翻天覆地的，因此高性能微型处理器的出现直接带动了病房呼叫器系统的发展。
本课题设计的这款病房呼叫器系统采用的是STC89C51单片机来作为主控，STC89C51单片机是一种具有较高处理速度的微型处理器，在大学期间已经对它进行了非常系统的学习，将其作为本课题的主控器件，能够较为轻松的实现各项功能。
病房呼叫器的国内外发展现状
病房呼叫器系统目前在国内外的发展现状可以通过与这类系统有关的产品来进行反映，目前市面上的病房呼叫器系统相关产品大致可以分为高中档和低档等层次，这种分类方法主要是通过这些产品所能够表现出来的最大性能来进行划分的，由于具备高端性能的病房呼叫器系统产品的内部往往采用了高性能的微处理器和精密芯片来实现，这些芯片目前还只能依靠进口来获得，国内尚且没有掌握核心研发技术，而欧美国家目前不但掌握了与之相关的高性能芯片的研发技术，而且能够独立的通过这些芯片的搭建，配备高效的算法流程实现高端性能的病房呼叫器系统，所以国内的研发团队还有一段很长的路要走。
本文主要研究内容
本文将要研究的是一款能够实现高清晰度液晶显示、蜂鸣式报警和2.4GHz无线通信等功能的病房呼叫器系统，在单片机的片外配置了LCD1602液晶显示电路、蜂鸣器呼叫声音输出电路和NRF24L01射频无线通信电路等功能子电路，下列为本课题将要实现的各项功能指标。
1、能够LCD1602液晶屏实现与STC89C51单片机的快速数据通信，将待显示字符清晰的显示出来，当接收到病房发出的呼叫信号后，液晶屏可以将该病床编号显示出来；
2、能够实现有源蜂鸣器驱动电路，并且通过C语言的配置，实现STC89C51单片机对该电路的控制，当接收到病房呼叫信号后单片机将驱动蜂鸣器产生呼叫声音通知护士；
3、能够通过STC89C51单片机实现对NRF24L01型号的射频无线通信模块的灵活驱动，实现2.4GHz频段射频数据信息的高效收发，通过该机制将病房发出的呼叫信号通过射频无线信号的形式发送到护士房；
方案设计及元器件选择
病房呼叫器的方案设计
本课题将采用下图中的结构框图来对病房呼叫器系统进行模块化设计，在硬件系统和软件系统两个层面上将整个系统划分成了STC89C51单片机最小系统电路、液晶屏显示电路、呼叫声音输出电路和NRF24L01射频无线通信电路等部分，在下文的软硬件设计部分将详细对这些模块的软硬件驱动进行设计，其中STC89C51单片机最小系统的作用是起到整个系统的控制作用，实现对LCD1602液晶屏电路、蜂鸣器呼叫声音输出电路和射频无线通信电路的驱动，
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