大学毕业论文-—医院呼叫系统设计.doc

摘要 为提高医院的工作效率，保证病人及时得到医护人员的救助，设计了一种新型的医院智能呼叫系统。该系统以AT89C51单片机为控制核心、采用RS485总线进行通讯，实现病房与护理人员间的快速、准确地呼叫及响应功能。系统由护理主机、呼叫分机、RS485总线通讯声光报警及LED显示等组成。采用了主从分布式多机通讯，能同时监控多个病房的呼叫并进行分级处理，通过采用RS485总线通讯系统实现远距离、多对一的呼叫。【关键词智能呼叫；RS485；总线；主机；从机。AbstractIn order to improve the work efficiency of hospitals and make patients get effective help in time,a new type of intelligence calling system is introduced in this artical.This system takes the AT89C51 single chip computer as control core and the RS485 as communication，and can realize the fast and accurate communication between the ward and the nurseIt is composed of nursing master computer，follow computer，RS485,the acousto-optic warning,LED and so onIt adopts primary secondary distributive multi-computer communication ,can simultaneously monitor and stage wisely treat multiple wardscall.By the use of RS485,the system can communiate remotely and realize the calling function of manytoone.【Key Words】intellligence;callling system；RS485 bus；master computer；slave computer.目 录1、绪论11.1本课题的研究目的和意义11.2本课题国内外研究现状22、单片机病床呼叫器控制系统总体的方案设计22.1设计任务22.2设计原理42.3系统功能概述43、病床呼叫器的电路结构及其工作原理53.1控制系统总体电路及地址分配53.2控制系统硬件设计63.3系统的详细介绍73.3.1五秒呼叫模块73.3.2呼叫显示模块103.4 主机部分组成143.5 从机部分组成153.6 通信系统RS485总线163.6.1 RS485收发器163.6.2 单片机与MAX485接口电路174、病床呼叫器的系统软件组成185、结论216、结束语22要参考文献23谢 辞24III医院呼叫系统设计1、绪论1.1本课题的研究目的和意义 着科学技术的日新月异和生活水平的迅速提高，人们对于身体健康保障的要求越来越高。当病人的疾病突然发作时，病人的生命安危将在很大程度上决定于病人能否在最短时间内得到最有效的救助。但是在国内，整个急救体系还处于起步阶段，存在的很多隐患可能在病人突发症病后影响急救效率。病患大声呼叫护理员，是一种最直接的寻求救助的体现。但有时，护理对象因疾病或体力不足等原因，未必能发出响亮的呼叫，即使可以发出响亮的喊声，护理员因不在附近，也未必能够听得到，因此，靠直接喊话达到救助目的，并不是一个理想的途径。而病床呼叫器的作用就是在没有医护人员在身边的时候能通过它呼叫，通知相关人员快速作出反应，尽快的解决病人的突发状况，从而有效地降低了病人的风险，而且它使用方便，简单、易于操作且节约时间。这使病人在急救最关键的一个环节上得到了最大的保障，很大程度上降低了突发性疾病的危险性。1.2本课题国内外研究现状门口报警红灯等多功能的呼叫器，飞速的发展使病床呼叫系统从早期单纯的呼喊功能发展为现如今的快速反映、快速服务，更加人性化的智能控制系统。但是随着社会的不断发展，人们对呼叫系统的期望远不止这些，不仅要求呼叫系统具有一般的呼叫功能，还希望具有一定的辅助管理功能。因此，一些稍好的呼叫系统，开始在功能细化上下功夫，如呼叫清零键设置在呼叫按钮上，这样可逼迫护理员到病床前清零，以消除呼叫报警，从而保证护理员无法偷懒。当医生或护理人员不在值班室，可能在某个病房内处理具体事务，而此时发生呼叫，为此呼叫系统增设了走廊吊屏及门口警示红灯，当呼叫发生时，警示音一响，护理人员可以到走廊里远距离看一下吊屏内容，或看一下哪个房间门口的报警红灯闪烁，就知道哪个房间有呼叫发生了，如果医护人员不在同一楼层时还可以通过无线寻呼技术，将呼叫信号送到一个护理员的寻呼机上，这样就还可以达到节约人力成本的目的。随着科技的不断进步，人们开始寻求更为便捷的实现方式来达到呼叫的目的，因此出现了一些应用单片机技术实现呼叫的仪器和设备，以其特有的优越性得到了人们的信赖。2、单片机病床呼叫器控制系统总体的方案设计2.1设计任务 1)当某个病床发出求助信号（按下呼叫按钮）后，护士站的蜂鸣器发出短促音，与呼叫信号对应的指示灯闪烁（闪烁频率自定）。 2)当医护人员听到呼叫后，按呼叫响应停止按钮，蜂鸣器停止工作，呼叫指示灯在20S后停止显示。 3)如果同时或者在一段时间内有多个呼叫信号，护士站的蜂鸣器仍发出短促音，与这些呼叫信号对应的那些指示灯均闪烁，医护人员按呼叫响应停止按钮，蜂鸣器停止工作，呼叫指示灯在20S后停止显示。 4)其他功能运行流程病房 病人按下呼叫器病房 呼叫器灯熄灭护士站 对应病房灯熄灭护士站 按下处理按钮护士站 液晶显示病房号床号护士站 呼叫指示灯闪烁优先选择最先按下的床位图2-1 病床呼叫器原理框图 如图1所示，系统运行后，当病房的病人发生了突发性事件，病人或其他人按下了紧急呼叫按钮，所在病房门口的指示灯开始闪烁，与此同时，在另一边的护士站的显示屏上，相对应的病床紧急呼叫指示灯开始闪烁，且蜂鸣器发出鸣叫，通知相关人员立即作出反应，医护人员收到信号后，按下处理按钮，蜂鸣器停止鸣叫，护士站指示灯由闪烁变为直亮，20S后对应病床紧急呼叫指示灯自动熄灭。为了给信息以回应，在医护人员按下处理按钮的同时，在病房内，对应病床的床头灯开始闪烁，表明已受到信息，当医护人员处理完事故，按下床头呼叫按钮，床头灯停止闪烁，一次的救助完成。2.2设计原理 设计本课题时可以有两套方案选择： 方案一：采用两块AT89C51单片机作为主机和从机，RS485总线为通讯系统，设计了一种新型分布式医院智能呼叫系统，能够实现病房与护理人员间的快速、准确地呼叫及响应功能。51系列单片机有较强的开关量逻辑记忆、判断、数据运算、处理能力，并具有体积小、功能多样化、可靠性高、价格低等特点； 方案二：用S7-200系列的CPU226CN（AC/DC/继电器）PLC实现该控制系统，PLC是综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展起来的一种新型的工业控制装置。PLC控制系统可靠性高，且内部程序编制灵活，功能多样，不但提高了生产效率，而且方便控制人员的管理。 目前，医院里的智能呼叫系统按布线方式可以分成多种，市面上比较多的是三种。 第一种：星形结构布线这种产品的优点是系统稳定但缺点是布线比较麻烦； 第二种：采用总线制，这种呼叫产品的优点是布线简单，施工容易，但缺点是故障率高，一旦某一节点出现故障，则整个呼叫系统将陷入瘫痪； 第三种：采用无线技术，这种呼叫系统的优点是安装容易，改变位置方便，但缺点是信号受外界影响比较严重，比如气候不好时，信号传递就会出现差错，而且分机与主机的直线距离不能太远，否则信号传递中出错较多。 病床呼叫器作为一个独立的控制设备，因其特殊性要求其设备结构必须可靠、稳定和执行效率高。比较而言，本设计选用了方案一及总线制及新型分布式医院智能呼叫系统，能够实现病房与护理人员间的快速、准确地呼叫及响应功能。该系统指令丰富，功能强大，可靠性高，适应性好，结构紧凑，便于扩展且性价比高。2.3系统功能概述该系统以两块AT89C51单片机为主机和从机，主机在护理室，分机在病房。每个病房的不同床位都装有一个呼叫按钮，当病人需要帮助时，按下呼叫按钮，主机上就有数码显示(第1位显示响应优先级，第2位显示房间号，第3位和第4位显示床号)，同时进行声光报警，值班医生就可以根据显示对呼叫的病人进行分级处理。为了缩短信号传输距离，采用主从式多机通讯系统，并且为了提高信号传输时的抗共模干扰能力，采用了RS485总线标准。系统可实现多点远距离呼叫，互不干扰，并且扩展方便；若同时有多处呼叫，能够根据级别做到优先处理重症病人。3、病床呼叫器的电路结构及其工作原理3.1控制系统总体电路及地址分配表3-1 控制系统的I/O点及地址分配名称地址编号输入1病房1号病床按键I0.01病房2号病床按键I0.11病房3号病床按键I0.22病房1号病床按键I0.42病房2号病床按键I0.52病房3号病床按键I0.6护士站处理按钮I1.0输出1病房1号病床指示灯Q0.01病房2号病床指示灯Q0.11病房3号病床指示灯Q0.21病房门口指示灯Q0.32病房1号病床指示灯Q0.42病房2号病床指示灯Q0.52病房3号病床指示灯Q0.62病房门口指示灯Q0.7蜂鸣器Q1.01病房1号病床床头灯Q1.11病房2号病床床头灯Q1.21病房3号病床床头灯Q1.32病房1号病床床头灯Q1.52病房2号病床床头灯Q1.62病房3号病床床头灯Q1.73.2控制系统硬件设计该系统由护理主机，呼叫分机和RS485总线组成，其中主机上有数码显示、声光报警和输入键盘，从机上设置了输入键盘和指示灯。结构如图1所示。该系统采用模块化设计思想，主从式结构。系统工作时，AT89C51主机向从机发送控制命令和数据并接收从机传送过来的数据，而且按每位病人的情况事先将其响应级别存入主机，应答时医生首先响应最高级别的呼叫，依次类推。AT89C2051从机上设置了呼叫按钮和指示灯。各从机与主机之间采用RS485总线标准进行通讯。当有病人按下呼叫按钮时，主机有声光报警和数码显示(显示最高优先级、病房号和床号)，同时从机上的指示灯点亮。若医生对该呼叫作出应答，主机清除相应呼叫信息，同时从机指示灯熄灭，否则从机上的指示灯一直点亮，主机上一直有声光报警和数码显示。声光报警数码显示键盘主机AT89S52RS485总线及驱动RS485总线及驱动RS485总线及驱动键盘从机指示灯键盘从机指示灯 图3-1 病床呼叫器总体电路连线图3.3系统的详细介绍3.3.1 五秒呼叫模块利用555集成时基电路组成脉冲启动型单稳态电路，产生定长时间的震荡信号驱动蜂鸣器呼叫。配以相应参数的阻容器件，可将震荡时间准确的控制在要求的5秒钟。电路原理图如下：图3-2 5秒呼叫电路原理此电路由模拟开关、4输入或非门集成芯片4002、由555构成的单稳态触发器和蜂鸣器组成。模拟开关初始状态为全低电平。将模拟开关的所有输入端经与非门后接入555的触发输入2端。再由555的输出端3接蜂鸣器。当无病房呼叫时，模拟开关全为低电平输入给逻辑门，之后输入555的2端口时依旧是高电平。由于由555构成的单稳态触发器是低电平触发， 且无触发时输出低电平。所以此时蜂鸣器无声音。只要有病房呼叫时，555的2端将接入低电平，触发器被触发，进入暂稳态状态中。其输出端3输出5秒的高电平，则蜂鸣器呼叫5秒钟。呼叫时间5秒即为单稳态的暂态时间。由555构成的单稳态的暂态（即输出高电平时间）公式算得。Th=RCLn3 =4541031010-61.1=5 s这里取470k的标准电阻。蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。我们本次设计就是用这种设备来模拟，它的外形常见的又以下几种，一般呈圆柱状，下面两针长短不同，长的就为正极，短为负极，我们只要在正负极加上正向电压其便可以发出声响。图3-3 常见蜂鸣器555定时器电路的内部结构如下图所示，其有两个比较器 C1和 C2，且它们各有一个输入端连接到三个电阻R组成的分压器上，比较器的输出接到RS触发器上。此外还有输出级和放电管，输出级的驱动电流可达200mA。图3-4 555定时器由其内部结构我们可以得到它的功能表如下所示：表3-2 555定时器功能表 输入输出RcV11V12VoTD状态0低导通12Vcc/3Vcc/3低导通1Vcc/3不变不变12Vcc/32Vcc/3Vcc/3高截止对于555定时器，我们在数电中已经学到，它在数字电子电路的应用常见的又一下几种应用：1.555定时器接成施密特触发器，2.用555定时器接成单稳态触发器，3用555定时器接成多谐振荡器本次设计中我们就用到了其中两种，即单稳态触发器和多谐振荡器，其中单稳态触发器结构和其个点信号波形如下所示： 图3-5 图3-6可见其主要作用是输入一个短暂的低电平信号而输出一个一定时间长度的高电平信号。3.3.2呼叫显示模块因为病房中的呼叫开关14都是可自动弹起的按扭开关，其提供信号不稳定不确定，所以设计中只能利用呼叫时的一个脉冲信号，才能保证呼叫的及时、准确。利用晶闸管的开关特性，使晶闸管与信号灯串联在电源上，使用呼叫信号控制相应的信号灯串联晶闸管，当有病房呼叫信号来时，晶闸管导通使对应的小灯点亮报警，直到人为复位清零。其电路原理图，如下：图3-7 信号灯显示电路原理当无呼叫时，呼叫开关都处在低电平，尽管晶闸管的两端加上了足够的正向电压，但由于G端无触发信号而不能导通，小灯不亮。当有呼叫时，相应的模拟开关会接通高电平，这时晶闸管两端有足够的正向压降且有足够的触发电压，满足导通的条件，管子导通，小灯发光，报警。实验中将12v直流电源与复位开关、报警灯以及晶闸管正向连接，利用模拟开关控制晶闸管的打开，用复位开关控制晶闸管的断开，以达到利用呼叫的不稳定信号，触发出稳定的报警输出，直到人为处理。2.3优先显示模块方法一：利用可编程逻辑控制电路，编制程序对各个输入进行优先级设置，用软方法实现。方法二：各个呼叫信号通过D锁存器进行锁存再送入优先编码器进行采集输入信号并编码。第二个方法电原理简单实用，易于实现。用可编程逻辑控制电路，这种方法在应用中能非常方便有效的控制，而且对于以后附加功能的实现、电路功能的扩展很方便，只是需要掌握一定的编码优先位及相应电路的应用，在熟悉可编程控制电路的应用的情况下也是可行的，而且对于实用来说更有意义。但考虑到作者对编程控制的应用能力有限，以及实际应用的成本和控制部件的利用率等问题，本设计选用方法二。具体电路图如下：图3-8 优先显示电路此电路由模拟开关、优先编码器4532，D锁存器7475、译码器4511、数码管等组成。模拟开关初始状态为全高电平。将模拟开关的所有输入端接D锁存器后，D锁存器输出分别4532的D0,D1,D2,D3。其他D接入端都接地，EI接高电平Vcc.4532的输出Q0,Q1,Q2分别接入译码器4511的A,B,C；D接地。译码器4511的输出A-G对应接数码管的a-g。表3-3 优先编码器4532功能表输入 输出EII7I6I5I4I3I2I1I0Y2Y1Y0GSEOLXXXXXXXXLLLLLHLLLLLLLLLLLLHHHXXXXXXXHHHHLHLHXXXXXXHHLHLHLLHXXXXXHLHHLHLLLHXXXXHLLHLHLLLLHXXXLHHHLHLLLLLHXXLHLHLHLLLLLLHXLLHHLHLLLLLLLHLLLHL在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观地显示出来，一方面供人们直接读取测量和运算的结果；另一方 面用于监视数字系统的工作情况。因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。数码显示器是用来显示数字、文字或符号的器件，现在已有多种不同类型的产品，广泛应用于各种数字设备中，目前数码显示器件正朝着小型、低功耗、平面化方向发展。 数码的显示方式一般有三种：第一种是字形重叠式，它是将不同字符的电极重叠起来，要显示某字符，只须使相应的电极发 亮即可，如辉光放电管、边光显示管等。第二种是分段式，数码是由分布在同一平面上若干段发光的笔划组成，如荧光数码管等。第三种是点阵式，它由一些按一定规律排列的可发光的点阵所组成，利用光点的不同组合便可显示不同的数码。数字显示方式目前以分段式应用最普遍，图5.3.6表示七段式数字显示器利用不同发光段组合方式，显示015等阿拉伯数字。在实际应用中，1015并不采用，而是用2位数字显示器进行显示。其七段数字显示器发光组合图如下所示，它是通过CD4511对其A.B.C.D.E.F.G段二极管的明暗进行控制，最后使得其显示出一定的数字模式，如图2.8所示：图3-9七段数字显示器显示数字在本设计中我们用的是CD4511来对数码管进行控制。下面来看一下4511的功能引脚图3.9和4511的功能表2. 3。 图3-10 4511引脚图表3-4 4511的功能表 输 入 输 出LEBILTDCBAabcdefg显示字形XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隐01100001111110001100010110000101100101101101 201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隐01110110000000消隐01111000000000消隐01111010000000消隐01111100000000消隐01111110000000消隐111XXXX 锁 存锁存3.4 主机部分组成 主机部分以AT89C51作为控制核心，采用LED静态数码显示，共阳极连接。键盘部分采用独立式按键设计。主机部分设有4种按键：响应键、设置键、确认键和数字键。响应键功用：医生收到呼叫信息后，按下该键，第一响应级别的病人对应的指示灯熄灭，通知病人已经得到响应；设置键功用：对新来的病人根据病情进行响应的优先级设置；确认键功用：对设置完的信息进行确认；数字键功用：实现数字输入的功能。图3-2 主机的显示及按键连接3.5 从机部分组成为了优化硬件结构，减小系统体积，从机部分以AT89C51为核心，采用发光二极管作为指示灯。每个从机控制一个病房，每个病房里放置四张病床，所以要连接4个按键。从机部分工作原理如下：当病人按下呼叫按钮后，从机上对应的指示灯点亮，若值班室医生收到呼叫信号，按下响应键，对应指示灯熄灭，否则指示灯一直保持亮的状态。接口电路如图3所示。图3-3 从机的显示及按键连接3.6 通信系统RS485总线系统选用多点总线结构的RS485通信方式，即在主从机的通信电路中采用 RS485收发器，组成RS485通信网。主机与从机间通过总线进行串行通信，其电路简单，成本低，且由于采用差动传输方式，抗干扰能力强，可靠性高，可以有较高的数据传输速率和较远的传输距离。3.6.1 RS485收发器主从式控制系统的RS485半双工网络如图4所示。从机的个数最大为32个。RtBADEDIRERO图3-4 MAX485典型工作电路3.6.2 单片机与MAX485接口电路AT89C51单片机与MAX485接口电路如图5所示，RO和D1分别接AT89C51内部串行口的数据接收端RXD(P3O)和数据发送端TXD(P31)，能端和DE分别占用两根IO口线，若不用关机模式，可将它们连起来，用一根口线控制即可。为了进一步增强抗干扰性能，提高通信的可靠性，利用高速光电耦合器加以隔离。常态时，从机处于发送状态，主机处于接收状态。一旦有呼叫信号，从机发送主机接收；主机收到后，主机发送响应信号，对应从机接收。ATS89C52 P3.0 RXD P1.0 P1.1 P3.1TXD MAX485RO RE ADE BDI差分输入输出图3-5 MAX485与单片机接口电路4、病床呼叫器的系统软件组成软件部分采用模块化设计。主要由主机主程序、主机通讯子程序、从机主程序、从机中断服务子程序等组成。主机主程序用于定时器Tl初始化、串行121初始化和传递主机通讯子程序所需人口参数，主机通讯子程序用于主机和从机间数据块的传送。从机主程序用于定时器T1初始化、串行口初始化和中断初始化，从机中断服务子程序用于对主机的通讯。主机C语言单片机程序:#include #include sbit P10=P10;sbit P11=P11;sbit P12=P12;sbit P13=P13;sbit P00=P00;sbit P01=P01;sbit P02=P02;sbit P03=P03;void delay();void lighton();bit L0=0,L1=0,L2=0,L3=0;void main() P1=0xff; while (1) if (!P00) L0=1; if (!P01) L1=1;if (!P02) L2=1;if (!P03) L3=1;lighton();delay(); void delay() unsigned char i,j; for (i=0;i255;i+) for (j=0;j255;j+) _nop_();void lighton() if (L0) P10=!P10; if (L1) P11=!P11; if (L2) P12=!P12; if (L3) P13=!P13; 从机C语言单片机程序:#include #include sbit P14=P14;sbit P15=P15;sbit P16=P16;sbit P17=P17;sbit P10=P10;sbit P11=P11;sbit P12=P12;sbit P13=P13;void delay();void lighton();bit L0=0,L1=0,L2=0,L3=0;void main() P1=0xff; while (1) if (!P14) L0=1; if (!P15) L1=1;if (!P16) L2=1;if (!P17) L3=1;lighton();delay(); void delay() unsigned char i,j; for (i=0;i255;i+) for (j=0;j255;j+) _nop_();void lighton() if (L0) P10=!P10; if (L1) P11=!P11; if (L2) P12=!P12; if (L3) P13=!P13; 5、结论经过大量事实论证,我们可以得出以下结论：系统以AT89C51单片机为控制核心、采用RS485总线进行通讯，能够实现病房与护理人员间的快速、准确地呼叫及响应功能，实现远距离、多对一的呼叫功能。此系统结构简单、性能可靠，是医院实现提高工作效率和改善服务质量的有效途径之一。6、 结束语至此，基于RS485总线的医院呼叫系统设计最终得以完成，本文所设计的控制电路，主要有以下电路构成，闪烁电路、报警电路和断电延时电路。它能实现一个或多个患者同时发出呼叫信号的控制要求。同时为了使呼叫更加快捷和准确，还增设了病床的床头灯、病房门口的指示灯的功能和优先抢答的功能。由于知识和技术上的局限和欠缺，所以，在设计该控制系统时，对它的某些功能未能加以更加详细深入的研究，如：通过PLC实现语音呼叫对讲系统、减少输入/输出口的点数设置、如何更好的实现远距离通信减少压降等等。但无论怎样，本文的设计能够达到论文所要求的各项技术指标，实现了要求的各项功能。7要参考文献参考文献1曹君君，于淑英，刘玉春重视危机管理减少医疗纠纷J管理杂志，2002，2(3)：1-412卢仲毅，唐时奎实施医患沟通制改善医患关系J中华医院管理杂志，2002，18(12)：7-213杨雷，李红旗，郏东耀，等单片机在医院监护系统中的应用J上海：电子技术，2001(4)：41-424尹丽丽，徐昌华，吴跃东基于单片机控制的智能医护仪的设计与实现口电子工程师，2005(1)；13-145傅征，任连仲医院信息系统建设与应用M北京：人民军医出版社，20026李宝连，王剑钢基于RS485接口的医院输液监控系统J山西电子技术，2064(5)：13-147何立民MC-51系列单片机应用系统设计M北京：航空航天大学出版社，19958胡汉才单片机原理及其接口技术M北京：清华大学出版社，2002谢 辞 在论文立题方案的选取和整个撰写过老师给了我悉心的指导和帮助，并对论文的设计提出了很多宝贵的意见和建议。在论文准备阶段又给我提供了许多相关的书籍和资料，完成论文的过程中，我也曾遇到很多的难题，但是在老师的指导和帮助下都一一得到了解决，在此我向王老师表示忠心的感谢和深深的敬意！ 四年的大学生活即将结束，非常感谢一直以来老师和同学给我的关心和帮助，在此，向培养了我四年的三亚学院，向各位领导和老师们表示由衷的感谢！通过这次论文的设计，让我在巩固专业知识的同时也拓宽了视野，让我了解到了书本以外的许多知识，最后，再一次感谢所有给予我关心和帮助的老师和同学们！24