无线病房呼叫器灯显指示设计报告.docx
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无线病房呼叫器灯显指示设计报告
无线病房呼叫器设计报告
一、研究背景
随着住院病人越来越多，在医院里，为了能及时为患者服务，每病床的床头都有一个按钮，需要时病人按下床头的按钮，护理站即通过声光报警的方式显示哪一个床位的病人在呼叫，这就是所谓的病房呼叫系统。
病房呼叫系统可以用有线连接的方式实现，缺点是布线复杂，维修麻烦。
而病房无线呼叫系统则具有安装方便，无需布线等优点，其应用也越来越广。
它有以下几个明显的特点：
（1）应用编译码器专用集成电路及单片机进行控制操作，可以实现多点的无线呼叫。
（2）呼叫者按动按钮后，系统在显示呼叫者病床号的同时电路发出报警。
（3）如果有多处呼叫同时进行，先呼叫的信号优先锁存显示，保证系统能够有续的进行。
（4）无线呼叫系统有效的隔离掉电气干扰，增加系统操作的安全可靠性。
二、硬件设计
1、设计框图
本研究设计多路无线病房呼叫器，包括发射机（从机）部分和接收主机部分。
从机框图如图1所示。
图1从机框图
病房中每个床位都设置一个不同编号的按钮，该按钮通过PT2262地址编码，然后经过发射电路进行发射。
在发射部分，系统利用拨码开关或跳线来控制地址位和数据位（二进制）信息的设置，再通过编码电路进行编码和并串转换把地址位和数据位信息变换成一串脉冲信号，最后由无线发射电路发射出去。
如图2所示为接收显示主机工作原理框图。
从天线中接收到的信号会直接进入解码电路，解码电路会先把接收到信号中的地址位与本地的地址位进行比较，如果地址位比较正确，就会把接收到数据信息传送给由单片机，单片机电路则会根据接收到的数据进行一系列动作：
根据接收地址点亮相应报警灯并触发音乐报警电路。
如果在地址位的比较中出现误差，解码电路不会送出任何信息，单片机电路也不会有任何响应。
图2接收显示主机框图
2、315MHz射频发送与接收模块
考虑到射频电路收发的稳定性，本设计使用射频收发模块实现，其中发送模块电路原理如图3所示，模块外型如图4所示。
图3发送模块电路图图4发送模块外形图
DF数据发射模块的工作频率为315M，采用声表谐振器SAW稳频，频率稳定度极高，当环境温度在－25～＋85度之间变化时，频飘仅为3ppm/度。
特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统。
声表谐振器的频率稳定度仅次于晶体，而一般的LC振荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，温差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。
DF发射模块未设编码集成电路，而增加了一只数据调制三极管Q1,这种结构使得它可以方便地和其它固定编码电路、滚动码电路及单片机接口，而不必考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值的大小。
比如用PT2262等编码集成电路配接时，直接将它们的数据输出端第17脚接至DF数据模块的输入端即可。
接收模块使用315MHz超再生式接收模块，其电路原理如图5所示，外型如图6所示。
图5超再生式接收电路原理图
图6超再生式接收电路外形图
DF接收模块的工作电压为5伏，静态电流4毫安，它为超再生接收电路，接收灵敏度为－105dbm，接收天线最好为25～30厘米的导线，最好能竖立起来。
接收模块本身不带解码集成电路，因此接收电路仅是一种组件，只有应用在具体电路中进行二次开发才能发挥应有的作用，这种设计有很多优点，它可以和各种解码电路或者单片机配合，设计电路灵活方便。
其优点在于：
（1）天线输入端有选频电路，而不依赖1/4波长天线的选频作用，控制距离较近时可以剪短甚至去掉外接天线。
（2）输出端的波形相对比较干净，干扰信号为短暂的针状脉冲，所以抗干扰能力较强。
（3）DF模块自身辐射极小，加上电路模块背面网状接地铜箔的屏蔽作用，可以减少自身振荡的泄漏和外界干扰信号的侵入。
（4）采用带骨架的铜芯电感将频率调整到315M后封固，这与采用可调电容调整接收频率的电路相比，温度、湿度稳定性及抗机械振动性能都有极大改善。
可调电容调整精度较低，只有3/4圈的调整围，而可调电感可以做到多圈调整。
可调电容调整完毕后无法封固，因为无论导体还是绝缘体，各种介质的靠近或侵入都会使电容的容量发生变化，进而影响接收频率。
另外未经封固的可调电容在受到振动时定片和动片之间发生位移；温度变化时热胀冷缩会使定片和动片间距离改变；湿度变化因介质变化改变容量；长期工作在潮湿环境中还会因定片和动片的氧化改变容量，这些都会严重影响接收频率的稳定性，而采用可调电感就可解决这些问题，因为电感可以在调整完毕后进行封固，绝缘体封固剂不会使电感量发生变化。
3、PT2262\2272编解码电路
数据编码采用编码芯片PT2262实现，解码采用PT2272芯片。
PT2262是普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位的通用编解码电路，芯片部带有振荡器、系统部包含载波振荡、定时器、地址解码器、编码脉冲发生器和控制逻辑电路,外围电路简单,使用方便，其管脚如图7所示，部逻辑如图8所示。
图7PT2262芯片引脚图8PT2262部逻辑
PT2272解码器是对应的8位解码接收器，管脚排列如图9所示。
当PT2262发出的编码与PT2272预置的编码相同时，它的17脚就会输出高电平。
第14脚为输入端，第15脚、第16脚是振荡器，外接电阻值为几百千欧即可。
图9PT2272芯片引脚
4、电路原理图
（1）发射电路
图10发射电路图
发射电路由2粒3V纽扣电池供电。
只有当发射按键K1按下时系统才会接通电源，因此功耗极低。
发射机地址A0—A7预置为全0，而数据线D0—D3通过跳线设定。
不同的数据D0—D3对应不同的发射机编号。
（2）接收电路
接收电路如图11所示。
通过超再生式接收模块接收的信号送入PT2272解码电路。
当PT2272的地址引脚A0—A7和信号中的地址相同时，VT端输出高电平，同时接收信号中的数据被送入数据引脚D0—D3上。
图11接收电路图
（3）单片机电路
本设计选用宏晶公司高性能单片机STC89C52，该芯片为52核8位单片机，兼容Intel等52核单片机，支持ISP下载，适用于常用检测控制电路。
由STC89C52组成的单片机系统原理图如图12所示。
图中P1.0—P1.3得到接收电路的数据D0—D3信号，P1.6接VT信号。
当VT有效，即有呼叫时，单片机从P1.0—P1.3引脚读出发射子机编号，再触发报警和显示电路。
K3键为取消键，当呼叫已经被处理，取消键按下则熄灭相应的报警灯。
图12单片机电路图
（4）显示电路
显示部分采用16只LED报警灯，显示16路不同的呼叫号。
显示灯与单片机接口电路如图13所示。
当接收到某路呼叫信号时，单片机控制相应管脚输出低电平，则点亮相应的报警灯。
图13灯显与单片机接口电路
（4）音乐报警电路
音乐报警电路采用16首曲目的门铃芯片TQ33A，该芯片置音频驱动电路，可以直接连接扬声器播放音乐。
图14音乐报警电路
（5）供电及程序下载电路
本设计采用USB接口供电，电源电压5V。
同时，USB接口通过含PL2303芯片的转换电路对单片机进行程序编写。
其电路原理如图15所示。
图15供电及程序下载电路
三、软件编程
1、软件流程图
本设计接收模块单片机软件主程序流程图如图16所示。
图16单片机主程序流程图
2、主程序
下面介绍main.c主程序编写，其他程序略。
（1）头文件和一些宏定义
#include
typedefunsignedcharU8;/*无符号8位整型变量*/
typedefsignedcharS8;/*有符号8位整型变量*/
typedefunsignedintU16;/*无符号16位整型变量*/
typedefsignedintS16;/*有符号16位整型变量*/
typedefunsignedlongU32;/*无符号32位整型变量*/
typedefsignedlongS32;/*有符号32位整型变量*/
typedeffloatF32;/*单精度浮点数（32位长度）*/
typedefdoubleF64;/*双精度浮点数（64位长度）*/
（2）管脚、常量、变量定义和函数声明
//定义16个LED灯
sbitLed0=P0^0;//
sbitLed1=P0^1;//
sbitLed2=P0^2;//
sbitLed3=P0^3;//
sbitLed4=P0^4;//
sbitLed5=P0^5;//
sbitLed6=P0^6;//
sbitLed7=P0^7;//
sbitLed8=P2^7;//
sbitLed9=P2^6;//
sbitLed10=P2^5;//
sbitLed11=P2^4;//
sbitLed12=P2^3;//
sbitLed13=P2^2;//
sbitLed14=P2^1;//
sbitLed15=P2^0;//
//定义无线接收信号
sbitFlagIn=P1^6;
sbitBell=P3^6;
//定义标识
volatilebitFlagCall=0;//有呼叫信号
volatilebitFlagKeyPress=0;//有键按下
//------------------定义变量--------------------//
U16temp;
U16Counter;
U8din;
//------------------函数声明--------------------//
voidData_Init（）;
voidTimer0_Init（）;
voidINT0_Init（void）;
voidTimer0_ISR（void）;
voidmain（）;
（3）各子程序
//数据初始化
voidData_Init（）
{
P1=0xff;
Counter=0;
din=0;
FlagIn=1;
Bell=0;
}
//定时器0初始化
voidTimer0_Init（）
{
ET0=1;//允许定时器0中断
TMOD=1;//定时器工作方式选择
TL0=0x06;
TH0=0xf8;//定时器赋予初值
TR0=1;//启动定时器
}
//定时器0中断
voidTimer0_ISR（void）interrupt1using0
{
TL0=0x06;
TH0=0xf8;//定时器赋予初值
Counter++;
/*
if（Counter>=200）
{
}
*/
}
//外部中断初始化函数
voidINT0_Init（void）
{
IT0=1;//负边沿触发中断
EX0=1;//允许外部中断0
}
//按键中断处理
voidINT0_ISR（void）interrupt0
{
//取消键按下，所有指示灯熄灭
Led0=1;
Led1=1;
Led2=1;
Led3=1;
Led4=1;
Led5=1;
Led6=1;
Led7=1;
Led8=1;
Led9=1;
Led10=1;
Led11=1;
Led12=1;
Led13=1;
Led14=1;
Led15=1;
}
/********************************************************************
*名称:
Main（）
*功能:
主函数
***********************************************************************/
voidmain（）
{
EA=0;
Timer0_Init（）;//定时器0初始化
INT0_Init（）;//外部中断初始化
Data_Init（）;
EA=1;
while
（1）
{
//检测是否有无线接收信号
if（FlagIn==1）
{
Bell=1;//播放音乐
din=P1&0x0f;
//定义区分发射机的16种发射数据码所点亮的灯，可以根据自己需要定义。
switch（din）
{
case15:
//1111
Led15=0;
break;
case14:
//1110
Led14=0;
break;
case13:
//1101
Led13=0;
break;
case12:
//1100
Led12=0;
break;
case11:
//1011
Led11=0;
break;
case10:
//1010
Led10=0;
break;
case9:
//1001
Led9=0;
break;
case8:
//1000
Led8=0;
break;
case7:
Led7=0;
break;
case6:
Led6=0;
break;
case5:
Led5=0;
break;
case4:
Led4=0;
break;
case3:
Led3=0;
break;
case2:
Led2=0;
break;
case1:
Led1=0;
break;
case0:
Led0=0;
break;
}
}
else
{
Bell=0;//音乐播放信号归0
}
}
}
四、下载与调试
当程序在uVision环境下编写完成，并编译生成.hex文件后，就可以下载并进行调试了。
1、USB转串口驱动安装
打开USB驱动文件夹下的PL2303_Prolific_DriverInstaller_v130.exe安装文件，按提示安装USB转串口驱动程序。
安装完成后，插入USB下载线后，在[开始]-[控制面板]-[打印机和其他硬件]-[设备管理器]，在“端口”分支下有（ProlificUSB-to-SerialCommPort（COMX）。
X表示串口号，如果没有说明USB转串口驱动没有安装，须重新安装。
记住括号里的COM口号。
图17成功安装USB转串口驱动示意图
2、下载程序
打开STC单片机下载软件文件夹，点击运行STC_ISP_V481.exe程序，出现如下界面。
图18下载软件
正确选择MCU类型，COM口（与刚才安装的COM号一致），最高波特率和最低波特率都选2400bps或者1200bps（下载线PL2303芯片所限，没办法！
），并打开正确的.hex数据文件。
点击“Download/下载”按纽，窗口出现提示：
Chinese:
正在尝试与MCU/单片机握手连接...
Connectionisfailure.Youcantry:
1.GiveyourMCUPowerOnReset.
2.Stopoperation,thenre-selectCOMPort.
3.BecausePLCC-DIP/PQFP-DIPSockettracetoolong.
4.UpdatetheSTCISP.exeversion.
5.Ifstillerror,yourMCUFirmwareiserror
ornull.
Chinese:
连接失败，请尝试以下操作：
1.在单片机停电状态下，点下载按钮，再给单片机上电
2.停止下载，重新选择RS-232串口,接好电缆
3.可能需要先将P1.0/P1.1短接到地
4.可能外部时钟未接
5.因PLCC、PQFP转换座引线过长而引起时钟不振荡，请
调整参数
6.可能要升级电脑端的STCISP.exe软件
7.若仍然不成功，可能MCU/单片机无ISP系统引导码，
或需退回升级，或MCU已损坏
8.若使用USB转RS-232串口线下载，可能会遇到不兼容
的问题，可以让我们帮助购买兼容的USB转RS-232
串口线
仍在连接中,请给MCU上电...
按下电路板上的电源按纽，保证其有个失电至上电的过程，则窗口显示开始烧录芯片。
芯片烧录成功后，程序开始运行，无线病房呼叫器仪正常工作。
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