课设病床呼叫系统.doc

电气控制技术课程设计说明书

病床呼叫系统

院 、 部： 电气与信息工程学院
学生姓名：
指导教师： 职称 高级讲师
专 业： 电气工程及其自动化
班 级： 1502班
学 号：
完成时间： 2018年6月2日

2015届课程设计（论文）课题任务书
学院：电气与信息工程学院 专业：电气工程及其自动化
指导教师

学生姓名

课题名称
病床呼叫系统

内容及任务

学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行病床呼叫系统运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：
1．根据控制要求设计程序及必要的硬件系统。
2．选择及及其它元器件分配。
3．选择电器元件，编制元件目录表。
4．绘制梯形图。
5. 进行系统调试，实现病床呼叫系统的控制要求。
6．编写设计说明书及设计小结。
7．用计算机绘制主电路图、控制电路图、电器元件布置图。

拟达到的要求或技术指标

1．共有3个病房，每间病房4个床位。每一病床床头均有紧急呼叫按钮及重置按钮，以利病人不适时紧急呼叫。
2．设每一层楼有一护士站，每一护士站均有该层楼病人紧急呼叫与处理完毕的重置按钮。
3．每一病床床头均有一紧急指示灯，一旦病人按下紧急呼叫按钮且未在5s内按下重置按钮时，该病床床头紧急指示灯动作且病房门口紧急指示灯闪烁，同时同楼层的护士站显示病房紧急呼叫并闪烁指示灯。
4．在护士站的病房紧急呼叫中心，每一病房都有编号，用指示灯显示哪一病房先按下病人紧急呼叫按钮，并要具有优先级判别的能力。
5．一旦护士看见护士站紧急呼叫闪烁灯后，须先按下护士处理按钮以取消闪烁情况，再依病房紧急呼叫顺序处理病房紧急事故，若事故处理妥当后，病房紧急闪烁指示灯和病床上的紧急指示灯方可被重置。

进度安排
起止日期
工作内容
备注
2018.5.8~2018.5.9

2018.5.10~2018.5.22

2018.5.23~2018.6.1

2018.6.2

2018.6.5

查找并准备资料

确定设计方案及程序设计

绘制接线图等相关图纸及程序测试及调试

完成设计报告

整理设计报告及资料

主要参考资料
[1]齐占庆等．电气控制技术[M]．机械工业出版社，2002．
[2]余雷声等．电气控制与应用[M]．机械工业出版社，2001．
[3]李伟．现代电气控制及应用技术[M]．北京航空航天大学出版社，2005．
[4]石玉洁．应用开发技术与工程实践[D]．人民邮电出版社，2003．
[5]高钟毓．机电控制工程[M].清华大学出版社，2002．

教研室
意见

年 月 日

摘 要

信息化时代的发展，智能化的医院建设的将目前国内外先进的计算机技术、通信技术、网络技术、信息技术、自动化控制技术、办公自动化技术等运用在医院中。而目前国内外的呼叫器系统都选用无线网络，受到地域的限制和环境的限制。信号接收不是很好，这样有可能病人会呼叫不到医生，造成病人病情的恶化。无线网络当然也有它的好处，呼叫方便，在一定的地域内可以随时呼叫医生，以便医生及时到达病人身边进行护理治疗。
为丰富病床呼叫系统的控制方式，在满足病房与护士站实时通信时，能够方便地了解各病房的情况，实现医院对全院的病房科学化管理。采用可编程控制器替代单片机作为核心控制件，设计实现新型病床呼叫系统。
（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它是采用软件编制程序来实现控制要求的。编程时要使用到各种编程元件，它们可提供无数个动合和动断触点。编程元件是指输入寄存器、输出寄存器、位存储器、定时器、计数器、通用寄存器、数据寄存器及特殊功能存储器等。它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可靠性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。它应用大规模集成电路，微型技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大要型等各种规格的系列产品，应用于继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。
本文采用的可编程控制器构成的病床呼叫系统结构更简单，更易于管理，可编程控制器病床呼叫系统可以及时，准确的实现病房呼叫管理，具有良好的应用前景。

关键词：病床呼叫系统； ；病房管理

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目 录

1 绪论 1
1.1 课题的背景及意义 1
1.2 课程设计的目的 1
1.3 课程设计内容 2
2 系统总体方案设计 3
2.1 简介及工作原理 3
2.2 设计方案说明 4
2.3 病床呼叫系统的组成及工作方式 4
2.4 分配表 5
2.5 系统接线图设计 6
3 控制系统的设计 7
3.1 控制程序流程图设计 7
3.2 病床呼叫系统时序图 8
3.3 程序设计（如图） 9
3.4 总体控制程序 10
3.5 创新设计内容 12
4 程序调试与仿真 13
4.1 调试 13
4.2 仿真 13
5 结束语 16
参考文献 17
致 谢 18
附 录 一 19
附 录 二 20

1 绪论

1.1 课题的背景及意义
信息化时代的发展，智能化的医院建设的将目前国内外先进的计算机技术、通信技术、网络技术、信息技术、自动化控制技术、办公自动化技术等运用在医院中。而目前国内外的呼叫器系统都选用无线网络，受到地域的限制和环境的限制。信号接收不是很好，这样有可能病人会呼叫不到医生，造成病人病情的恶化。无线网络当然也有它的好处，呼叫方便，在一定的地域内可以随时呼叫医生，以便医生及时到达病人身边进行护理治疗。
为丰富病床呼叫系统的控制方式，在满足病房与护士站实时通信时，能够方便地了解各病房的情况，实现医院对全院的病房科学化管理。采用可编程控制器替代单片机作为核心控制件，设计实现新型病床呼叫系统。
（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它是采用软件编制程序来实现控制要求的。编程时要使用到各种编程元件，它们可提供无数个动合和动断触点。编程元件是指输入寄存器、输出寄存器、位存储器、定时器、计数器、通用寄存器、数据寄存器及特殊功能存储器等。它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可靠性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。它应用大规模集成电路，微型技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大要型等各种规格的系列产品，应用于继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。

1.2 课程设计的目的
本课程设计主要用于医院病务区的病人有紧急或自己不方便的事件时呼叫护士站寻求帮助，护士根据站内指示灯获取求助信息的来源，并能及时的给其提供帮助。护士在站内发现信号时及时将站内灯复位，在处理完后再在病床前的开关将病床及病房的灯复位。

1.3 课程设计内容
1)共有3个病房，每间病房4个床位。每一病床床头均有紧急呼叫按钮及重置按钮，以利病人不适时紧急呼叫；
2)设每一层楼有一护士站，每一护士站均有该层楼病人紧急呼叫与处理完毕的重置按钮；
3)每一病床床头均有一紧急指示灯，一旦病人按下紧急呼叫按钮且未在5s内按下重置按钮时，该病床床头紧急指示灯动作且病房门口紧急指示灯闪烁，同时同楼层的护士站显示病房紧急呼叫并闪烁指示灯；
4)在护士站的病房紧急呼叫中心，每一病房都有编号，用指示灯显示哪一病房先按下病人紧急呼叫按钮，并要具有优先级判别的能力；
5)一旦护士看见护士站紧急呼叫闪烁灯后，须先按下护士处理按钮以取消闪烁情况，再依病房紧急呼叫顺序处理病房紧急事故，若事故处理妥当后，病房紧急闪烁指示灯和病床上的紧急指示灯方可被重置。
1.4 设计任务
学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行病床呼叫系统运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：
（1） 设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等；
（2）运用功能指令进行控制程序设计；
（3）程序结构与控制功能自行创新设计；
（4）进行系统调试，实现病床呼叫系统的控制要求。

2 系统总体方案设计

2.1 简介及工作原理

通信
接口

系统程序
用户程序
存储器
用户数据

微处理器
电源部件

输出
单元

输入
单元

扩展
接口
编程
网络333络络
编程

扩展
单元
驱动
被控
对象
设备
信号

网络

图1 结构框图

是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制题简形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。

2.2 设计方案说明
（1）设计原则
① 最大限度的满足机械电气设备或生产过程的控制要求；
② 在满足控制要求的情况下，力求使控制系统简单、经济；
③ 保证控制系统的安全可靠；
④ 考虑到实际情况和工艺的改进，在选择容量时，应当留有余地。
（2）设计内容
① 拟定控制系统设计的技术要求；
② 选择电气传动形式等执行元件；
③ 选定型号；
④ 编制的输入/输出端子接线图；
⑤ 根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后在用相应的编程语言进行程序设计。
（3）设计步骤
① 深入了解和分析被控制对象的工艺条件及控制要求；
② 选择适合的的类型；
③ 分配点；
④ 设计控制系统梯形图；
⑤ 输入并调试程序。

2.3 病床呼叫系统的组成及工作方式
共有3个病房，每间病房4个床位。每一病床床头均有紧急呼叫按钮及重置按钮，以利病人不适时紧急呼叫。设每一层楼有一护士站，每一护士站均有该层楼病人紧急呼叫与处理完毕的重置按钮。每一病床床头均有一紧急指示灯，一旦病人按下紧急呼叫按钮且未在5s内按下重置按钮时，该病床床头紧急指示灯动作且病房门口紧急指示灯闪烁，同时同楼层的护士站显示病房紧急呼叫并闪烁指示灯。在护士站的病房紧急呼叫中心，每一病房都有编号，用指示灯显示哪一病房先按下病人紧急呼叫按钮，并要具有优先级判别的能力。一旦护士看见护士站紧急呼叫闪烁灯后，须先按下护士处理按钮以取消闪烁情况，再依病房紧急呼叫顺序处理病房紧急事故，若事故处理妥当后，病房紧急闪烁指示灯和病床上的紧急指示灯被重置。出现相应的声、光报警指示，以便提示医护人员尽快赶到现场。

2.4 分配表

表1 输入端分配表

名 称 输入变量 对应输入
1房1-4床紧急按钮 K03 X00000003
2房1-4床紧急按钮 K47 X00040007
3房1-4床紧急按钮 K811 X00100013
1房1-4床重置按钮 K1215 X00140017
2房1-4床重置按钮 K1619 X00200023
3房1-4床重置按钮 K2023 X00240027
护士站1房1-4床取消紧急呼叫及闪灯按钮 K24 X0030
护士站2房1-4床取消紧急呼叫及闪灯按钮 K25 X0031
护士站3房1-4床取消紧急呼叫及闪灯按钮 K26 X0032

表2 输出端分配表

名 称 输入变量 对应输出
护士站显示1房闪灯 0 Y0001
护士站显示2房闪灯 1 Y0002
护士站显示3房闪灯 2 Y0003
护士站显示1房响铃 P1 Y0004
护士站显示2房响铃 P2 Y0005
护士站显示3房响铃 P3 Y0006
1房1-4床灯亮 36 Y00100013
2房1-4床灯亮 710 Y00140017
3房1-4床灯亮 114 Y00200023
1房灯闪 15 Y0024
2房灯闪 16 Y0025
3房灯闪 17 Y0026

2.5 系统接线图设计

图2 电器接线图
3 控制系统的设计

3.1 控制程序流程图设计

图3 控制程序流程图
3.2 病床呼叫系统时序图
以1床病人为例：
病人5秒中未按下重置按钮：

图4 病人5秒中未按下重置按钮时病床呼叫系统时序图

病人5秒钟内按下重置按钮

图5 病人5秒钟内按下重置按钮时病床呼叫系统时序图
3.3 程序设计
以病房为例：当1~4号床按下呼叫按钮时，护士房中的一号房指示灯亮起，相应的计时器（T03）记时，计时5秒内按下相应重启按钮（X1417）计时停止，计时5秒相应床位灯与病房门口指示灯亮起。护士按下重启按钮，护士房指示灯熄灭同时计时器T30计时开始，计时20秒后断开床位与病房门口的指示灯，系统恢复原始状态。

3.4 总体控制程序

3.5 创新设计内容
本设计加入了以下两项创新内容：
（1）此设计中在护士房中加入了三个电铃，在病人按下紧急呼叫按钮时，护士房中的对应三个病房的相应电铃会响起，提示值班护士有人按下紧急呼叫按钮，从而防止值班护士未注意亮灯情况而引发的意外事故。
（2）此设计中还加入了延时熄灭病房门口的指示灯的延时设计，当病人按下紧急呼叫按钮后，5秒内没按下重置按钮时，该病房门口的指示灯亮起，护士房中的护士按下该病房的重置按钮后，该病房门口的指示灯不会立即熄灭，它会延时20秒后再熄灭，在此期间该指示灯可以为到来的护士及医生指示按下紧急呼叫按钮的病人所在的病房。

4 程序调试与仿真

4.1 调试
先将程序输入试验机，再用模拟信号调试，调试成功后再投入使用，再模拟调试时，我们最常用的是输入短接法调试。
用输入短接法调试程序
用一根导线将电”+”和输入端的端短接；另用一根导线的一端接电源“-”,另一端做活动端。
将一根活动端与00000短接，观察到所对应的灯亮，然后将活动端与00001接通。

4.2 仿真
程序测试是检验所设计的程序是否达到了设计的要求。
测试结果：以1号病房1号床为例说明
1. 当1号床病人按下呼叫按键5S内没有按下1号房1号床的复位按键时，按下呼叫按键时，护士站中的1号病房所对应的灯亮起同时所对应的电铃响起，提示护士病人呼叫，5S后1号病房1号床的床头灯亮起，同时1号病房房门灯亮起，提示护士与医生呼叫病人所在的位置。当护士在护士站按下相应的复位按钮时，护士站亮起的灯与响起的铃声关闭，同时1号病房1号床的床头灯熄灭，提示病人护士已接收到呼叫，此时1号病房房门灯继续亮20S，以便为护士与医生指明呼叫病房，20S后此灯自动熄灭，程序结束。
2. 当1号床病人按下呼叫按键5S内按下1号房1号床的复位按键时，按下呼叫按键时，护士站中的1号病房所对应的灯亮起同时所对应的电铃响起，提示护士病人呼叫，在5S内病人按下复位按键时，护士站亮起的灯与响起的铃声关闭，提示护士此次呼叫属于误按。在这种情况下，1号病房1号床的床头灯与1号病房房门灯均都不亮，程序结束。
3. 其他病床与其他病房的病床同1号病房1号床情况相同。仿真图如下：

当1号病房1号床呼叫时程序响应如图所示：

当1号病房1号床病人呼叫完后，护士按下复位按键时程序响应如图所示：

5 结束语

通过本次医院病床系统的毕业设计，我熟悉了的基本编程方法，对的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，提高了我的理论知识，工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。通过在网上查找资料以及到图书馆学习，也使我更好的理解和认识了关于设计原理和实际中的应用过程。
在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。
从动手调试的过程中，增加了我们对这项技术的了解，使我们体会到了只有好好学习，才能解决问题，才能让我们更能站在工作岗位上。作为学生面对的无非是同学、老师、家长，而工作后就要面对更为复杂的关系。无论是和领导、同事还是客户接触，都要做到妥善处理，要多沟通，并要设身处地从对方角度换位思考，而不是只是考虑自己的事。同时我也懂得了理论和实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正的学到知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在本次毕业设计中，培养了我们实际动手能力和解决问题的能力，这使我们更深层次的接触到了我们以后的工作方向，而且这次实习更接近于我们以后的工作内容，所以这些都为我们以后的学习和工作打下了坚实的基础。

参考文献

[1] 齐占庆等．电气控制技术[M]．机械工业出版社，2002．
[2] 余雷声等．电气控制与应用[M]．机械工业出版社，2001．
[3] 李伟．现代电气控制及应用技术[M]．北京航空航天大学出版社，2005．
[4] 石玉洁．应用开发技术与工程实践[D]．人民邮电出版社，2003．
[5] 高钟毓．机电控制工程[M].清华大学出版社，2002．

致 谢

经过一个多月的努力，本次设计已将近尾声。
在此首先要感谢老师的细心指导。老师平日里工作繁多，但在我做课程设计的每个阶段，都给予了我悉心的指导。除了敬佩老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。 此外，还要感谢大学三年来所有的老师，同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了他们的支持和鼓励，此次毕业设计才会得以顺利完成
附 录A 病床呼叫系统病房平面示意图

附 录B程序指令表