单片机的医疗护理床用角度检测器设计与实现【字数：9213】
摘 要医疗护理床为瘫痪、行动不便、生活不能自理等病人设计，可提供多种休息姿势。由于制造成本的原因，只有少部分医疗护理床配备了显示床板倾斜角度的功能，大部分医疗护理床只能在使用时凭感觉调整角度。随意调整的角度会严重影响病人休息和恢复，这显然不能满足使用要求。本设计从上述需求出发，设计了一种基于AT89C51单片机的医疗护理床角度检测器。通过SCA60C角度传感器采集角度变化。传感器将检测到的角度信号以电压形式输出给ADC0809，通过A/D转换将接收到的电压信号转换成数字信号送给单片机。单片机将数字信号经过公式计算为角度，通过液晶屏显示当前角度，完成对医疗护理床倾斜角度的采集与显示。本设计还具有报警功能。在单片机编程时，将限制角度输入单片机ROM。检测角度的同时对比实际角度与限制角度，若实际角度超过限制角度则显示相应报警信息，待报警解除后恢复角度显示。本设计检测精度高、响应迅速，各个床板角度均可实时显示。而且本设计为一套独立的系统，即使是普通护理床也可以通过后期升级改造，使其具有倾斜角检测及显示功能。提高了护理床的实用性，降低护理成本。
目 录
1.绪论 1
1.1课题研究的背景和意义 1
1.2课题研究的现状 1
1.3课题的主要研究内容 1
2．医疗护理床角度检测器功能要求与系统设计方案 3
2.1系统设计功能要求 3
2.1.1背部床板抬起功能 3
2.1.2腿部床板抬起功能 3
2.1.3背腿联动功能 4
2.1.4整床倾斜功能 4
2.2系统的设计方案与思路 5
2.2.1系统的设计方案 5
2.2.2系统的设计思路 5
3．系统的硬件设计 6
3.1系统总体硬件设计 6
3.2单片机主芯片 7
3.3 ADC0809模数转换芯片 7
3.3.1 ADC0809简介 7
3.3.2 A/D转换过程 8
3.4 倾斜角传感器 9
3.5 1602液晶显示屏 10
4．系统程序设计 12
4.1系统程序总体设计 12
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
4.2 A/D转换程序设计 13
4.3液晶显示程序设计 15
4.4报警程序设计 17
5.系统软件仿真与硬件调试 18
5.1 Proteus软件仿真调试 18
5.2硬件调试 18
5.3问题与解决 20
6.总结与展望 21
6.1总结 21
6.2展望 21
参考文献 22
致谢 23
附录 24
1.绪论
1.1课题研究的背景和意义
21世纪以来，伴随着中国经济稳步增涨，人们的生活质量也得到极大的改善，平均寿命快速上涨。根据国家人口普查数据显示，60岁以上的老人约占我国总人口的13%，大约为1.36亿人。且仍有持续上涨的趋势。中国社会已经步入人口老龄化阶段。其中瘫痪、生活不能自理的老人不在少数。如何安全便捷的护理瘫痪老人，成为国家面临的严峻问题。为此，国家加强了对医疗护理床研发的扶持力度。但目前我国大多数医院使用的病床依旧为普通病床，很少配备显示背板倾斜角度的功能。只能在使用时凭感觉调整角度，这显然不能满足病人的康复和休息要求[1]。
设计一个可以实时显示护理床倾斜角度的检测系统成为解决问题的关键性要素。通过实时角度检测，即使是那些患者家属也可以按医生说明调节到最适合患者休息的角度，以提高患者休息的舒适度。解决病人的身体和生理需求（抬头、抬腿、坐起等），从而获得最佳的放松效果。减少患者治疗痛苦的同时也减少了护理人员的劳动强度。
1.2课题研究的现状
我国护理床角度测量器的设计和研究尚处于发展阶段，功能和结构已有雏形。但设计复杂，安装繁琐，成本太高，只有少部分价格昂贵的高端护理床才会不惜成本配备角度测量器[2]。
近年来，随着我国护理床制造业的迅速发展，护理床制造成本小幅下降，拥有不同结构和功能的护理床层出不穷。护理床的功能正在逐步完善，但在角度检测方面仍存在不足[3]。
1.3课题的主要研究内容
从实际出发设计一套经济实用的角度检测系统，本设计以护理床的倾斜角度为研究对象，主要通过角度传感器采集床体的倾斜角度，单片机进行数据处理并通过液晶屏实时显示输出，进而实现对医疗护理床的实时角度采集。本设计主要研究内容如下：
1、角度采集
手动控制护理床完成平躺、抬头、抬腿、坐起等基本动作，将护理床调整到最合适病人的角度并记录。随后在编程时输入单片机ROM，通过预存角度与检测到的实际角度进行比较的方式实现角度控制[4]。
2、角度信号处理
通过SCA60C角度传感器阵列采集病床倾斜角度的变换，传感器将检测到的倾斜角度以0.5~4.5V电压形式输出给ADC0809转换芯片，通过A/D转换将接受到的电压信号转换成0~255的数字信号送给单片机。
3、系统设计
秉承着优化设计方案、节约设计成本的原则。本设计将基于51单片机对相应硬件电路、软件程序进行设计，通过角度传感器检测，单片机分析，液晶屏显示的方法，实现护理床角度的实时检测与显示。
2．医疗护理床角度检测器功能要求与系统设计方案
2.1系统设计功能要求
本设计主要用于医疗护理床的角度检测，实现对医疗护理床的各个动作进行实时监控、报警等功能。系统各个功能如下：（为了便于描述与区分现将床板编号为：A、B、C、D如图21所示：）
/
图21 床板编号示意图
2.1.1背部床板抬起功能
按下模式选择按键，选择为模式1，为背板抬起功能。进入该模式后首先检测其余三块床板BCD的角度情况，只有在BCD均在5°~+5°内才能使用该功能，这时背板抬起，角度可在0~+80°内随意停留，一旦低于0°或者大于80°，显示屏将会显示相应的错误报警信息，大于80°时背板不可再抬起，只可下降，低于80°时系统自动解除错误报警。动作示意图如图22所示。
/
图22 背板抬起功能示意图
2.1.2腿部床板抬起功能
按下模式选择按键，选择为模式2，为腿板抬起功能。由于这个功能需要两块床板CD联合动作，所以进入该模式后首先检测其余两块床板AB的角度情况，只有在AB床板均在5°~+5°内才能使用该功能，这时床板C板抬起，角度可在0~+60°内随意停留，一旦低于0°或者大于60°，显示屏将会显示相应的错误报警信息，高于60°时背板不可再抬起，只可下降，低于60°时系统自动解除错误报警。床板C抬起的同时床板D也可同时动作，活动范围在60°~+60°以内，但床板D的抬起角度不可高于床板C。动作示意图如图23所示。
目 录
1.绪论 1
1.1课题研究的背景和意义 1
1.2课题研究的现状 1
1.3课题的主要研究内容 1
2．医疗护理床角度检测器功能要求与系统设计方案 3
2.1系统设计功能要求 3
2.1.1背部床板抬起功能 3
2.1.2腿部床板抬起功能 3
2.1.3背腿联动功能 4
2.1.4整床倾斜功能 4
2.2系统的设计方案与思路 5
2.2.1系统的设计方案 5
2.2.2系统的设计思路 5
3．系统的硬件设计 6
3.1系统总体硬件设计 6
3.2单片机主芯片 7
3.3 ADC0809模数转换芯片 7
3.3.1 ADC0809简介 7
3.3.2 A/D转换过程 8
3.4 倾斜角传感器 9
3.5 1602液晶显示屏 10
4．系统程序设计 12
4.1系统程序总体设计 12
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
4.2 A/D转换程序设计 13
4.3液晶显示程序设计 15
4.4报警程序设计 17
5.系统软件仿真与硬件调试 18
5.1 Proteus软件仿真调试 18
5.2硬件调试 18
5.3问题与解决 20
6.总结与展望 21
6.1总结 21
6.2展望 21
参考文献 22
致谢 23
附录 24
1.绪论
1.1课题研究的背景和意义
21世纪以来，伴随着中国经济稳步增涨，人们的生活质量也得到极大的改善，平均寿命快速上涨。根据国家人口普查数据显示，60岁以上的老人约占我国总人口的13%，大约为1.36亿人。且仍有持续上涨的趋势。中国社会已经步入人口老龄化阶段。其中瘫痪、生活不能自理的老人不在少数。如何安全便捷的护理瘫痪老人，成为国家面临的严峻问题。为此，国家加强了对医疗护理床研发的扶持力度。但目前我国大多数医院使用的病床依旧为普通病床，很少配备显示背板倾斜角度的功能。只能在使用时凭感觉调整角度，这显然不能满足病人的康复和休息要求[1]。
设计一个可以实时显示护理床倾斜角度的检测系统成为解决问题的关键性要素。通过实时角度检测，即使是那些患者家属也可以按医生说明调节到最适合患者休息的角度，以提高患者休息的舒适度。解决病人的身体和生理需求（抬头、抬腿、坐起等），从而获得最佳的放松效果。减少患者治疗痛苦的同时也减少了护理人员的劳动强度。
1.2课题研究的现状
我国护理床角度测量器的设计和研究尚处于发展阶段，功能和结构已有雏形。但设计复杂，安装繁琐，成本太高，只有少部分价格昂贵的高端护理床才会不惜成本配备角度测量器[2]。
近年来，随着我国护理床制造业的迅速发展，护理床制造成本小幅下降，拥有不同结构和功能的护理床层出不穷。护理床的功能正在逐步完善，但在角度检测方面仍存在不足[3]。
1.3课题的主要研究内容
从实际出发设计一套经济实用的角度检测系统，本设计以护理床的倾斜角度为研究对象，主要通过角度传感器采集床体的倾斜角度，单片机进行数据处理并通过液晶屏实时显示输出，进而实现对医疗护理床的实时角度采集。本设计主要研究内容如下：
1、角度采集
手动控制护理床完成平躺、抬头、抬腿、坐起等基本动作，将护理床调整到最合适病人的角度并记录。随后在编程时输入单片机ROM，通过预存角度与检测到的实际角度进行比较的方式实现角度控制[4]。
2、角度信号处理
通过SCA60C角度传感器阵列采集病床倾斜角度的变换，传感器将检测到的倾斜角度以0.5~4.5V电压形式输出给ADC0809转换芯片，通过A/D转换将接受到的电压信号转换成0~255的数字信号送给单片机。
3、系统设计
秉承着优化设计方案、节约设计成本的原则。本设计将基于51单片机对相应硬件电路、软件程序进行设计，通过角度传感器检测，单片机分析，液晶屏显示的方法，实现护理床角度的实时检测与显示。
2．医疗护理床角度检测器功能要求与系统设计方案
2.1系统设计功能要求
本设计主要用于医疗护理床的角度检测，实现对医疗护理床的各个动作进行实时监控、报警等功能。系统各个功能如下：（为了便于描述与区分现将床板编号为：A、B、C、D如图21所示：）
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图21 床板编号示意图
2.1.1背部床板抬起功能
按下模式选择按键，选择为模式1，为背板抬起功能。进入该模式后首先检测其余三块床板BCD的角度情况，只有在BCD均在5°~+5°内才能使用该功能，这时背板抬起，角度可在0~+80°内随意停留，一旦低于0°或者大于80°，显示屏将会显示相应的错误报警信息，大于80°时背板不可再抬起，只可下降，低于80°时系统自动解除错误报警。动作示意图如图22所示。
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图22 背板抬起功能示意图
2.1.2腿部床板抬起功能
按下模式选择按键，选择为模式2，为腿板抬起功能。由于这个功能需要两块床板CD联合动作，所以进入该模式后首先检测其余两块床板AB的角度情况，只有在AB床板均在5°~+5°内才能使用该功能，这时床板C板抬起，角度可在0~+60°内随意停留，一旦低于0°或者大于60°，显示屏将会显示相应的错误报警信息，高于60°时背板不可再抬起，只可下降，低于60°时系统自动解除错误报警。床板C抬起的同时床板D也可同时动作，活动范围在60°~+60°以内，但床板D的抬起角度不可高于床板C。动作示意图如图23所示。
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