电子信科学与技术专业 毕业设计论文Word下载.docx
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电力载波；
编码；
数据通信
Wardscallingsystembasedonthepowerlinecarriertechnology
Abstract
Withthedevelopmentofthepowerlinecarriertechnology,wealsocanapplythelow-voltagepowerlineasatransmissionmedium,usingthespreadspectrum,digitalencoding.thecontroltechnologyofsingle-chip,wecanachieveCallWardaspossible.Inordertoovercomethewirelesscallsystemthatelectomagneticvunlnerableinterference,whlieiteasyforeffectingsomespecialequipmentandspecialpatient,Sointhispaper,thedesignusethepowerlinecarriertechnologytoachievewardscallingsystem.
TheauthordesignstheencodingofdatawiththeAT89C52MCUintendedforsentthroughthepowerlinecarrier,foritsbaseweproducttheWardscallingsystembasedonthepowerlinecarriertechnology.Whenaroomdiseaseappears,sendpre-configuredlocaladdresscode,andmodulationbythemodulationcircuit,itsendsoutthroughthepowerline;
thenthroughthedecodingcircuitreceivingmodem,recoverthesignalanddecodingaddressatthesametimewhliesendsoundandlightwarning.Thehospitalscanallowtorespondtothepatient'
scallaccurateandtimely.
Itisnoneedforspecialwiringarrangementforthedatatransmission，soitwassuitablefortheoldwardreformation，andofsomefeasibilityandsomeapplicationvalue.
KeyWords:
MCU;
powerlinecarrier;
coding;
datacommunications
中文摘要Ⅰ
英文摘要Ⅱ
主要符号表Ⅲ
主要符号表
R——电阻
C——电容
μ——电容容量
Ω——兆欧
pF——皮法
kΩ——千欧
kHz——千赫
MHz——兆赫
——模拟电路基本符号
1绪论
1.1前言
信息时代的医院管理已经从传统的人管理模式。
向智能化、电子化、信息化、网络化的高科技管理模式的方向迅猛发展。
病房呼叫系统可实现对医院病房的智能化管理。
可实现对讲、呼叫、监听、广播、群呼、响铃、求救报警、信息贮存、优先权设定、显示排队等功能。
为医院和患者都带来方便。
基于电力载波技术的二线制数据、语音智能综合呼叫系统，是根据医院系统化整体护理的要求设计开发的。
1.2课题研究背景与意义
近年来，随着通信技术的发展，人们在电力线载波通信方面作了大量的研究工作。
电力供电网络四通八达，低压电力线连接千家万户，构成最普及的网络，利用它进行数据通信，传递各种信息，不占用无线频道资源，亦无需铺设专用通讯线路，省工、省钱、维护简单、有着广阔的应用前景。
传统的病房呼叫系统普遍采用有线式，不仅布线安装繁琐、维护不便、利用率低，而且实时性差。
虽然无线式呼叫系统没有布线问题，但它的可靠性差，而且无线电波会干扰其它医疗仪器设备，目前大多数医院不采用无线呼叫系统。
随着电力载波技术的发展，应用低压电力线作为传输媒质，采用扩频、数字编码、单片机控制等技术实现病房呼叫已成为可能。
1.3病房呼叫系统的研究现状
在早期，医院的呼叫系统是采用数字电路设计而成，具有电路复杂、布线麻烦、以及呼叫信息不准确等缺点，因此现在已经逐渐淘汰。
现在市场上的病房呼叫系统普遍采用的是单片机控制和PLC控制，这2种控制方法相比之下，具有布线简单、容易实现,呼叫及时、显示清楚等优点。
本设计就具体利用单片机实现病房呼叫系统。
在当今社会电力系统遍及各个地区，利用电力来传输信息，是一个很可取的方法，尤其是很多发达国家电力载波的应用相当广泛。
电力载波利用市电线路直接传输信息，无需新增设备的布线，只要有电力线即可。
本系统利用医院病房现有的电力布线，通过制定适合单片机的电力载波编码方案，将电力载波技术应用
于医院病房呼叫系统。
1.4本文主要研究内容
1.4.1本设计的主要内容
使用电力线载波，可以减少为数据传输专门布线，同时也适用于旧病房改造，具有很高的可行性和应用价值。
本设计造价低使用方便。
本方案采用AT89C52单片机进行编译码，利用中周TTF-2-2来构成载波发送与接收部分，系统的本振信号是由NE555芯片产生，整个系统通过MAX232串口与计算机连接进行数据的管理。
本设计主要部分：
（1）利用NE555定时器产生的本振信号电路。
（2）利用普通收音机中周TTF-2-2本振调谐回路工作在336kHz的电力载波编码方案。
（3）由AT89C52构成的编译码电路。
（4）检波与整形放大电路的设计。
1.4.2设计的功能和特点
（1）利用市电线路直接传输信息，通信可能满足一般数据传输要求。
（2）无需考虑房屋修建或装修时考虑设备的布线，只要有电力线即可正常工作。
同时由于本品采用了约为336kHz的中频通过电力线传输从而避免了电磁辐射对一些医疗仪器及一些特殊病人的干扰。
由于没有采用无线电使得信号传输稳定可靠，本设计适用于大、小型医院。
必要时可以增加串口与PC机通信，实现电脑病房管理。
（3）采用LED显示每个病房的呼叫，高亮度，高清晰，能让就诊人员及时找到相应的病房进行治疗，主机在接收到申请的同时能够通过扬声器进行报警。
2病房呼叫系统的设计
2.1设计方案的确定
病房呼叫系统是病人请求值班医生或护士进行诊断或护理的紧急呼叫工具，可将病人的请求快速传送给值班医生或护士，并在值班室的监控中心电脑上留下准确完整的记录。
利用电力线载波通信技术、单片机多机通信和计算机监控管理技术设计的具有呼叫、振铃、显示排队、优先权设定、存储记录等功能的病床呼叫系统。
满足了医院的病房管理和护理要求。
病房呼叫系统由若干个呼叫源（一般每张病床为一个）、调制解调载波模块、编码译码系统组成。
当呼叫源有呼叫信号时，在监控系统上有相应的声、光呼叫信号指示，并能显示出呼叫编号。
若采用并行总线扩展方式，上百个呼叫源与主机之间的布线太复杂。
故本系统利用单片机的串行通讯功能。
使得主机到各个从机之间的信号通过电力线载波调制解调模块,经过～220V民用电力线传输。
实现主机和从机之间的双向数据传送。
当病床有呼叫请求时进行声光报警，并在显示器上显示病床的位置。
呼叫源（从机）放在病房内，病人有呼叫请求时，按下请求按钮，向值班室呼叫，并点亮呼叫指示灯。
主机和从机之间通过电力线连接在一起。
主机和从机通讯时，主机依次向各从机发送地址信息，各从机接收主机发来的地址信息，如果和自己的地址相同，则向主机发送自己的报警信息。
硬件框图：
如图2.1所示
图2.1硬件框图
2.2设计方案的比较
现在医院里大多采用两种病房呼叫系统：
一种是无线的病房呼叫系统；
另外一种是有线式的病房呼叫系统。
而传统的病房呼叫系统普遍采用有线式，不仅布线安装繁琐、维护不便、利用率低、而且实时性差。
医院的病房是不宜安装无线系统的，原因有二：
一是无线系统易受外界的电磁干扰，发生误传导，多数情况是接收机接收到临近频率的信号而发出呼叫信息。
二是由于医院电器医疗设备较多，也容易和被呼叫系统发生电磁波干扰，发生医疗事故。
随着电力载波技术的发展，应用低压电力线作为传输媒质，采用扩频、数字编码、单片机控制等技术实现病房呼叫已成为可能。
故本设计采用电力载波技术来实现整个系统，利用市电线路直接传输信息，通信可能满足一般数据传输要求，无需考虑房屋修建或装修时考虑设备的布线。
只要有电力线即可正常工作。
2.3电路设计
当某病房出现情况需要护士或医生治疗时，由病人按动按钮读出呼叫病房和床位，这时驱动蜂鸣器报警同时在LED上显示的病房的请求，同时按下主机上的已响应解除报警，而且主机还能够通过RS232接口将数据传入PC机串口，方便计算机程序对病人数据建立数据库进行管理。
本系统应用单片机对发送信号进行编码，通过发送电路将其发送到电力线上，再通过与之相对的接收译码电路取得发送的数据，通过译码实现病房呼叫。
系统电路图见附录Ⅰ
2.4主要芯片功能介绍
本系统用到的主要芯片有AT89C52、NE555、78系列的三端稳压器、MAX232串口、收音机中周TTF-2-2、七段LED显示器。
2.4.1AT89C52简介
AT89C52是51系列单片机的一个型号，它是ATMEL公司生产的。
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机存取数据存储器
（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。
AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。
其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
主要功能特性：
·
兼容MCS51指令系统——8k可反复擦写（>
1000次）FlashROM
·
32个双向I/O口——256x8bit内部RAM
3个16位可编程定时/计数器中断——时钟频率0-24MHz
2个串行中断——可编程UART串行通道
2个外部中断源——共6个中断源
2个读写中断口线——3级加密位
低功耗空闲和掉电模式——软件设置睡眠和唤醒功能
2.4.2NE555简介
NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；
而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉冲信号。
b.NE555引脚位功能配置说明下：
NE555管脚图如图2.2所示：
图2.2NE555管脚图
Pin1（接地）—地线（或共同接地），通常被连接到电路的共同接地端。
Pin2（触发点）—这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。
触发信号上缘电压须大于2/3VCC，下缘须低于1/3VCC。
Pin3（输出）—当时间周期开始555的输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。
周期的结束输出回到O伏左右的低电位。
于高电位时的最大输出电流大约200mA。
Pin4（重置）—一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器会使输出回到一个低电位。
它通常被接到正电源或忽略不用。
Pin5（控制）—这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。
当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。
Pin6（重置锁定）—Pin6重置锁定并使输出呈低态。
当这个接脚的电压从1/3VCC电压以下移至2/3VCC以上时启动这个动作。
Pin7（放电）—这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。
Pin8（V+）—这是555计时器IC的正电源电压端。
供应电压的范围是+4.5伏特（最小值）至+16伏特（最大值）。
参数功能特性：
①供应电压4.5-16V
②供应电流3-6mA
③输出电流225mA（max）
④上升/下降时间100ns
2.4.3收音机中周简介
被称之为中频变压器（俗称中周），是超外差式晶体管收音机中特有的一种具有固定谐振回路的变压器，但谐振回路可在一定范围内微调，以使接入电路后能达到稳定的谐振频率（465kHz）。
微调借助于磁心的相对位置的变化来完成。
收音机中的中频变压器大多是单调谐式，结构较简单，占用空间较小。
由于晶体管的输入、输出阻抗低，为了使中频变压器能与晶体管的输入、输出阻抗匹配，初级有抽头，且具有圈数很少的次级耦合线圈。
双调谐式的优点是选择性较好且通频带较宽，多用在高性能收音机中。
晶体管收音机中通常采用两级中频放大器，所以需用三只中周进行前后级信号的耦合与传送。
实际电路中的中周常用BZ1、BZ2、BZ3等符号表示。
在使用中不能随意调换它们在电路中的位置。
2.4.4MAX232简介
MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路,使用+5v单电源供电。
该器件包含2个驱动器、2个接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。
该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-VTTL/CMOS电平。
每一个发送器将TTL/CMOS电平转换TIA/EIA-232-F电平。
MAX232管脚图如图2.3所示：
内部结构基本可分三个部分：
第一部分是电荷泵电路。
由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。
功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。
第二部分是数据转换通道。
由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。
其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。
8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。
TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；
DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。
第三部分是供电。
15脚GND、16脚VCC（+5v）。
图2.3MAX232管脚图
2.4.5三端稳压器
三端稳压器，主要有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压是可调的，称为可调输出三端稳太器，其基本原理相同，均采用串联型稳压电路。
在线性集成稳压器中，由于三端稳压器只有三个引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能稳定，价格低廉等优点，因而得到广泛应用。
三端稳压器的通用产品有78系列（下电源）和79系列（负电源），输出电压由具体型号中的后面两个数字代表，有5V，6V，8V，9V，12V，15V，18V，24V等档次。
输出电流以78（或79）后面加字母来区分L表示0.1；
AM表示0.5A，无字母表示1.5A，如78L05表求5V0.1A。
使用注意事项
在使用时必须注意：
（VI）和（Vo）之间的关系，以7805为例，该三端稳压器的固定输出电压是5V，而输入电压至少大于7V，这样输入/输出之间有2－3V及以上的压差。
使调整管保证工作在放大区。
但压差取得大时，又会增加集成块的功耗，所以，两者应兼顾，即既保证在最大负载电流时调整管不进入饱和，又不致于功耗偏大。
7805和7809系列为3端正稳压电路,TO-220封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。
内含过流、过热和过载保护电路。
带散热片时，输出电流可达1A。
虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。
7805主要特点：
①输出电流可达1A
②输出电压有：
5V
③过热保护
④短路保护
⑤输出晶体管SOA保护
7809主要特点：
①输出电流可达1A
9V
③过热保护
④短路保护
⑤输出晶体管SOA保护
2.4.6七段LED显示器
通过发光二极管芯片的适当连接构成8字形，在使用时使某些笔段上发光二极管发光即可显示0～9数字。
LED七段码显示器，又称LED数码管，它有共阴和共阳两种连接方式如图2.4所示：
共阴：
以阴极为公共极，接低电平，当阳极笔上加上高电平时该笔段发光；
共阳：
以阳极为公共极，接高电平，当阴极笔上加上底电平时该笔段发光；
共阴LED数码管的驱动电路应是高电平输出，共阳LED数码管的驱动电路应
是低电平输出。
数码管使用共阳连接，要显示的位送入高电平，其要求显示的段为低电平，即可实现。
数码管的显示方式
数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。
①动态显示驱动：
数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"
a,b,c,d,e,f,g,dp"
的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。
通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。
在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。
②静态显示驱动：
静态驱动也称直流驱动。
静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。
静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×
8＝40根I/O端口来驱动，一个89C51单片机可用的I/O端口只有32个，实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。
图2.4共阴和共阳两种连接方式
2.5单元电路设计
2.5.1电源电路设计
在电子电路及设备中，一般都需要稳定的直流电源供电。
一般用的直流电源为单向小功率电源，它将频率为50Hz、有效值为220V的单向交流电压转换成幅值稳定的、输出电流为几十安以下的直流电压。
单向交流电经过电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压。
如图2.5所示：
图2.5直流稳压电源方框图
直流电源的输入为220V的电网电压（即市电），一般情况下，所需的直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因而需要通过电源变压器降压后，再对交流电压进行处理。
变压器的副边电压有效值决定于后面电路的需要。
目前，也有部分电路不用变压器，利用其他方法升压或降压。
变压器副边电压通过整流电路从交流电压转换成直流电压，即将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压，半波整流电路和全波整流电路的输出波形如图2.5所画的。
可以看出，它们均含有较大的交流分量，会影响负载电路的正常工作；
为了减少电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。
理想情况下，应将交流分量全部滤掉，使滤波电路的输出电压仅为直流电压。
然而，由于滤波电路为无源电路，所以接入负载后势必影响其滤波效果。
对于稳定性要求不高的电子电路，整流、滤波后的直流电压可以作为供电电源。
整流电路输出的电压虽然是单一方向，但是含有较大的交流分量，不能适应于大多数电子电路及设备的需要。
因此，一般在整流后，还要需要利用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。
交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量很小的直流电压，但是当电网电压波动或者负载变化时。
其平均值也将随之变化。
稳压电路的作用就是使输出的直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高的稳定性。
本电路通过变压器降压后获得12V/50Hz直流电压，再经过滤波电路进行全
波整流，电容C10起到滤波的作用，因为滤波电容容量较大，因而一般均采用电解电容，电容滤波电路利用电容的充放电的作用，使输出的电压趋于平滑。
最后再经过有三端稳压器7805构成的稳压电路，最后输出9V和5V的直流电压。
发送部分电源电路如图2.6所示：
图2.6电源电路
接收部分电源电路如图2.7所示：
图2.7电源电路
2.5.2电力载波编码方案
由于本系统的载波发送采用中周TTF-2-2，并且高频本振回路工作在336KHZ下，所以制定编码
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