医院病房病人呼叫与体温实时预警系统设计.docx
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医院病房病人呼叫与体温实时预警系统设计
毕业论文（设计）
论文题目：
医院病房病人呼叫与体温实时预警系统设计
学生姓名：
赵俊磊
学号：
1008060333
所在院系：
电气信息工程学院
专业名称：
电气工程及其自动化
届次：
2014届
指导教师：
苗磊
医院病房病人呼叫与体温实时预警系统设计
学生：
赵俊磊（指导老师：
苗磊）
（淮南师范学院电气信息工程学院）
摘要：
医院病房病人的体温变化对病人病情的变化有很大影响。
当今，我国大多数医院依靠常规的人工测量来完成，不仅耗时低效，而且不能实时监测病人体温。
当病人体温状况时，也不能及时应对。
因此，我们需要一套对病房病人体温进行实时监护的系统，我的设计是运用单片机来控制温度采集、液晶显示以及报警等模块，来构成智能化系统。
系统实现对病人体温实时监控，同时能够外部设定危险值，能够自动分析所测温度，并判断是否是正常值。
关键词：
单片机；液晶显示屏；报警
TheHospitalWardPatientsCallAndTemperatureReal-timeWarningSystemDesign
Student:
ZhaoJunlei（GuideTeacher:
MiaoLei）
（ColegeofElectricalandInformationEngineering,HuainanNormalUniversity）
Abstract:
Thehospitalwardofthepatient'stemperaturehasagreatinfluenceonthepatient'sconditionchanges.Today,ourcountrymosthospitalsrelyonconventionalartificialmeasurementtocomplete,notonlywasteful,butcan'treal-timemonitorthepatient'stemperature.Whentheconditionofthepatient'stemperature,alsocan'tdealwithinatimelymanner.Therefore,weneedatemperaturereal-timemonitoringsystemforwardpatients,mydesignisusingsinglechipmicrocomputertocontrolthetemperatureacquisition,liquidcrystaldisplayandalarmmodule,toformintelligentsystems.Systemrealizethereal-timemonitoringofthepatient'stemperature,atthesametimetosettheexternalriskvalue,canautomaticallyanalyzethemeasuredtemperature,andjudgewhetheritisnormal.
Keywords:
singlechipmicrocomputer;Liquidcrystaldisplay;Callthepolice
前言
我们知道医院病人病情变化很复杂，有些病人病情变化也不容易从外表发现。
大多数病人病情的变化都伴随着体温的变化。
因此，测量病人体温，对病人体温进行观察，就能掌握病人病情的变化。
我们知道目前大多数医院都是对重症病人采用人工看护，定时测量体温的方法，来对病人病情进行了解。
有时病人较多时，可能会对病人病情有所疏忽，出现对病人体温漏测、晚测等情况导致病人病情恶化。
有时也会出现病人病情突然变化，而医护人员没有及时发现导致病人病情恶化。
这都是很危险的，很可能一点变化都使病人面临生命危险。
因此，掌握了病人体温，就能掌握大多数病人病情的变化，就能及时对病人病情进行及时加以控制，也能为医生制定更好的医疗方案提供参考。
我们传统的人工测温方法，存在着很大的缺陷，已经不能满足现在的医疗水平。
人工测温不仅耗费大量的人力，耗费大量的时间，而且测温准确度因人而异，还会因为人的疏忽，出现大的医疗事故。
他也不能实时的监护病人体温，不能应对突发状况。
所以，需要一套病房病人体温实时监护系统，来应对现代化的医疗状况。
本课题主要的任务是设计一个医院病房病人呼叫与体温实时预警系统方案，实现对病人体温实时监护。
能够对病人体温进行预警，当病人体温过高时，系统能够判断出来，并发出报警。
同时，也能应对病人发出的紧急呼救信息，并给出相应的报警，提醒医护人员迅速给出医疗帮助，避免不必要的医疗事故发生。
我设计的医院病房病人呼叫与体温实时预警系统主要八个部分组成：
液晶屏显示模块、485总线模块、供电模块、温度采集模块、报警模块、LED数码管显示模块、UART0串口接口模块、NUC140最小系统等组成。
主要实现对病人体温智能监控的功能。
1病房病人监护系统的简介
1.1病房病人监护系统现状
目前有些医院还在用传统的水银体温计进行人工测量病人体温，一般测量的部位为口温、腋温和肛温，从体温计接触病人身体，到测出病人体温，需花费5分钟左右。
而且读取体温时，要仔细辨认体温计上的刻度，还要定期的进行浸泡风干消毒，来防止感染。
这种测量方法很费力，还要花费很多的时间，也会给病人带来很多不便。
而且消毒工序比较繁琐，也还存在交叉感染的风险。
并且水银体温计很容易摔破，一旦摔破就报废了。
还要特别的去处理，不然水银体温计内的水银会挥发到空气中，水银属于重金属，不仅影响人体健康还会带来严重的环境污染。
还有些医院使用红外线体温计，一般测量额温、耳温，仅仅需要1秒钟，还能在屏幕上直接显示温度读数，不与病人接触，不需要消毒，使用寿命长，环境污染小，比起传统水银体温计有了很大的进步。
以上的体温检测方法都需要人工进行操作，费时费力，不能实时显示病人体温，体温变化到危险值不能及时报警，而且给有传染病的病人测温时有可能传染给医护人员，因此我们需要研究一套能实时检测病人体温并报警的系统。
现在，随着高速发展的电子技术，电子产品也变得越来越普遍，使用领域也变得越来越广。
这就对电子产品性能和功能的要求也越来越高。
在这样的大环境下，电子技术也有了质的飞跃，电子产品功能和性能以及精度也日益完善。
同样，单片机的应用范围也越来越广，也给人们的生活带来了质的变化。
单片机把中央处理器、定时器/计数器、存储器、中断部件等单元模块，集成在了一个芯片上。
并且，它在性能性能上变的更加很可靠。
它的体积也变的更加小，价格也更加便宜了。
所以单片机在智能控制系统中得到广泛的应用。
因此，利用单片机对体温的检测、分析、报警进行控制是一个很好的选择。
我们利用红外线测温不需要直接接触且速度快的特点，测量范围广，而采用红外传感器对体温进行实时测量，并且与单片机相结合，利用单片机的智能控制，对病人体温进行实时的观察和监护，能达到很好的效果。
1.2病房病人监护系统的研究目的
我们需要这套系统能在病人病房显示病人当时的体温，能够从外部设定危险值，能够自动分析所测温度，并判断是否是正常值。
当所测的温度超过所设定的危险值时，能够发出报警，并通知监控室，显示病人所在病房。
还有当病人需要医护人员时，可按按钮呼叫医护人员。
病人病房的设备和监控室之间用无线接收器进行接收和传输，减少连接线路的复杂性。
这套系统主要减少医护人员的劳动强度，提高提高测量效率，增大病房病人监护质量。
这就是我所研究的课题。
2医院病房病人呼叫与体温实时预警系统整体设计方案
2.1医院病房病人呼叫与体温实时预警系统的设计方案
方案一：
我知道温度采集仪器有接触式和非接触式之分，在这个方案里，我们可以使用接触式的热敏电阻之类的仪器来进行采集体温。
它的原理是在一定温度范围内，当温度发生变化时，热敏电阻的阻值也会发生变化，且比较敏感。
当温度发生细微变化时，热敏电阻的阻值就会发生变化，我们主要是利用它的这一特性。
并且它们的结构比较简单，测量的精确度很高，比较可靠。
我们首先通过热敏电阻测温仪器与病人接触，当病人体温变化时，热敏电阻测温仪器阻值发生变化，相对应的电压电流发生变化。
我们采集那些随被测温度变化的电压或电流，然后进行A/D模数转换，将模拟信号变换成数字信号，在传给单片机。
接着单片机对数据方面进行处理，最后我们利用数码管将检测处理后的温数值显示出来。
并同时将被测的温湿度数值与设定的温湿度数值进行比较，若是不在此设定的范围内，就利用蜂鸣器报警。
如果在设定范围内，不报警。
当病人需要医护人员时，按下蜂鸣器的紧急开关按钮，进行报警，通知医护人员。
由于功能模块简单，我们此处的单片机可以选择AT89C51，这样比较熟悉。
下图1为设计方案图。
图1为方案一设计方案图
方案二：
我们可以采用非接触式的红外温度采集系统，来对病人体温进行采集。
它是通过热辐射原理，来对温度进行测量。
它不需要与病人进行接触，测量范围广，反应快。
红外温度采集系统采集的病人体温，上传到主单片机病房控制系统。
主病房单片机对采集的温度进行分析、处理，然后在液晶屏上显示所采集的病人体温，同时主单片机对温度进行判断。
如果没有达到事先设定危险值，报警系统不触发，不报警，继续重复采集体温。
如果达到了事先设定的危险值，主病房单片机通过485总线，将报警信号传给从单片机监控室控制系统，报警系统触发，发出报警，通知医护人员，并联动设定的LED灯亮，以便判断病人病房号，便于医护人员救治。
当病人需要医护人员时，可点击液晶屏上的紧急呼叫按钮，报警系统同样触发，发出报警，通知医护人员。
此处单片机，我们用NUC140单片机。
由于单片机NUC140引脚更多，功能更加强大，能满足设计要求。
非接触式的红外温度采集系统，我们选用TN9进行体温采集。
下图2为该系统设计方案图。
图2为方案二设计方案图
比较以上两种方案，很容易看出：
方案一，热敏电阻测温时需要与病人接触，并且热敏电阻必须与病人进行充分的热交金刚，来达到热平衡。
这需要一定的时间，会出现测温延迟现象。
而且，也不方便。
方案二，用非接触式红外测温系统对体温进行采集，不需要和病人接触，很方便。
非接触式的红外温度采集系统可以进行大面积的体温测温，也可以是测量病人某一点的体温。
并且非接触式的红外温度采集系统具有温度分辨率很高，反应速率很快，不存在测温延迟现象，也不会干扰被测温场，使用的寿命很长、操作也很方便等优点。
另外NUC140VE3CN引脚比AT89C51的多，功能比AT89C51的强大。
并且液晶屏比数码管显示的内容更加丰富，功耗更加小，体积也更加小。
rs232通信是点对点的通信，而rs485总线是1对多点的通信。
rs485总线比rs232通信传递距离远，使用范围更广。
且方案二智能化较高，操作较少，便于减轻医护人员的劳动量。
因此，我们采用第二种方案。
2.2医院病房病人呼叫与体温实时预警系统的主机控制模块
2.2.1单片机NUC140VE3CN功能介绍
NUC140VE3CN基本功能描述如下：
NUC140VE3CN是32位可配置多级流水线的RISC处理器。
NUC140VE3CN最高运行50Hz，有一个24位系统定时器。
它支持低功耗睡眠模式，有嵌套向量中断控制器，可用于控制32个中断源。
其中，每个中断源可设置4个优先级。
包含单周期32位硬件乘法器，并且支持串行线调试（SWD），还带2个观察点，4个断电。
有支持512字节单页擦除的Flash存储器和支持PDMA模式的SRAM存储器，还有复位功能。
可以执行Thumb指令，并且还与Cortex-M系列兼容。
还支持Thread和Handler模式。
NUC140VE3CN单片机在电子行业中有着广阔的前景。
所以在在本次的设计中我选择NUC140VE3CN来完成课题。
下图3为单片机NUC140VE3CN的引脚图。
（NUC140VE3CN芯片本系统主从板都有）
图3单片机NUC140VE3CN的管脚图
由上图3可以看出NUC140VE3CN有80个引脚，有很多多功能端口，能够满足很多种设计需要。
2.2.2体温采集系统TN9
TN9温度采集系统是通过测量热辐射体，在两个或两个以上的光谱辐射亮度之比，来测量温度。
大家都知道，在自然界中，一切温度高于绝对零度的物体，都在不断的向外辐射能量。
物体向外辐射能量的大小，及其按波长的分布与它的表面温度，有着十分密切的联系。
物体的温度越高，所发出的红外辐射能力越强。
黑体的光谱辐射出射度由普朗克公式确定，即：
（公式1）
下图4是黑体在不同温度下的光谱辐射度图。
图4不同温度下的黑体光谱辐射度
TN9红外测温模块，使用了SPI接口和外部的CPU进行通信。
在进行测量时，能同时测量环境温度和目标温度的功能。
它的精度可以达到0.6度，它的最大测量距离为
30米。
它的测温反应时间很快，仅为1秒。
TN9红外测温模块测量范围很大，应用领域很广，一般在-33~220℃都能使用。
下图5和图6为TN9红外测温模块的接线图和实物图。
图5TN9红外测温模块的接线图
图6TN9红外测温模块的实物图
2.2.3液晶显示模块
液晶显示模块依靠它的体积比较小，显示内容比较丰富，功率比较低，接口电路比较简单等优点，得到了广泛的应用。
我们利用液晶模块简单、方便的操作指令，可以实现人机交互图形界面。
本设计使用的是IPHONE液晶屏，它是2.4寸320*240,262色，并且带有触摸屏功能，有40脚插针。
下图7和图8为液晶显示模块的接线图和实物图。
图7为液晶显示模块的接线图
图8为液晶显示模块的实物图
2.3医院病房病人呼叫与体温实时预警系统的从机控制模块
2.3.1供电模块
电源供电模块是本设计的供电部分，有开关器件，可以自行通断电。
本次设计是采用NUC140VE3CN为核心控制器件，为了让该系统正常工作，就必须对电源的稳定性有很高的要求。
如果供电电压低于正常电压时，就不能安全稳点的正常工作。
本设计的电源供电模块是由插头、开关、稳压芯片（LM1086）、二极管组成。
他为本系统提供3.3V的稳定电压。
LM1086-3.3芯片是一种线性稳压器集成电路，它的输出电压是3.3V。
在其内部所有的电路的输入到输出的都是1V的电压差值的情况下，他才能正常工作。
此系统是由供电开关控制系统安全供电，稳压器件将高电压转变为所需3.3V低电压，经LM1086-3.3S，DC-CD数模转换传输电压。
下图9是电源供电模块的原理图，从图中我们可以看出，他有三部分电路组成。
下图10是电源供电模块的实物图。
图9为电源供电模块的原理图
图10电源模块的实物图
2.3.2LED显示模块
LED显示模块是本设计的一个显示系统，当报警系统触发时，它会联动相应灯亮，可供医护人员判断需要帮助的病人，所在的房间。
下图11和图12为LED显示模块的原理图和实物图。
图11为LED显示模块的原理图
图12为LED显示模块的实物图
2.3.3UART0串口接口
UART0串口接口是NUC140单片机与外部进行交流的通道，下图13和图14为UART0串口接口的接线图和实物图。
（UART0串口接口主从板单片机都有）
图13为UART0串口接口的接线图
图14为UART0串口接口的实物图
2.3.4报警模块
报警系统由蜂鸣器和相关电器元件组成，在本系统中，当接受到危险信号时发出声音进行警报；当病人体温没有达到设定的危险值时，并且病人不按紧急呼叫按钮，报警模块接收不到危险信号，不报警。
当病人体温高于设定的危险值时，即使不按紧急呼叫按钮，警模块能接收到危险信号，发出报警。
当病人体温正常时，如果病人需要医护人员，那可以按下紧急呼叫按钮，报警模块可以接受到危险信号，发出报警。
下图15和图16为报警模块的原理图和实物图。
图15报警模块的原理图
图16报警模块的实物图
2.4传输模块485总线
RS485总线是一种常见的串行总线标准，采用平衡发送与差分接收的方式。
因此，具有减弱共模干扰的能力。
RS-485接口标准的最大传输距离为4000英尺，实际应用中传输更远。
RS485它的传输速率很快，最高传输速率为10Mbps。
RS-485接口在总线上可以连接多达128个收发器，用户能够用单一的RS-485接口轻松的建立起设备网络。
当RS-485接口用于多点互连时，可以省去很多的信号线。
也使线路变简单了很多，用起来非常方便。
RS-485接口采用了平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰性很好。
485总线是一种应用最为广泛的总线。
特别是在要求通信的距离特别远，在几十米到上千米时，大多采用RS-485串行总线标准。
由于它的很高的传输性能，应用距离远，很受使用者喜欢。
在本系统设计中，它起到了主从板进行信息传递的桥梁作用，是主从板功能实现联动的关键模块。
下图17和图18为485总线的原理图和实物图。
图17485总线的原理图
图18485总线的实物图
2.5NUC140VE3CN单片机最小系统
本系统用的NUC140嵌入式单片机，其核心控制部件是单片机NUC140VE3CN最小系统。
图19为NUC140VE3CN最小系统的原理图。
图19最小系统原理图
3硬件电路设计
3.1AltiumDesignerWinter09介绍
AltiumDesignerWinter09是一款功能很强大的电子设计软件，它是Altium有限公司所开发的一款软件。
它的主要用处，是辅助计算机设计电路板。
它有原理图的绘制功能，能够检测原理图是否正确。
还能根据原理图导出封装，进而进行PCB设计。
在制作PCB的过程中，它还支持手动布线和自动布线功能，能够根据不同的情况供使用者方便的选择。
它还包含了所有电子产品进行一体化开发所必需的技术和功能。
它还集成了现代设计数据管理的功能，能满足当今及以后开发需求的需要。
它还有三维视图功能，能让使用者更好的去观察所设计的产品。
它的板级设计功能能，够完全定义设计中的物理元素，并且能够实现设计中的物理元素。
它有强大的规则驱动设计，并且有版图和编辑环境功能，能够在直观高效的环境中，去完全控制设计中的各个方面。
它还提供了强大的库资源，无论你所设计的板有多大，都可以满足您控制部件的使用的需求。
AltiumDesignerWinter09它还是设计和制造间的桥梁，它能生成和验证所有制造数据。
它的三维PCB可视化系统的速度比以往提高了7倍之多，二维制图速度是以往软件的3倍。
它优化了三维PCB图形引擎，极大的提高软件的性能。
3.2系统总流程图
系统的总流程图如下图20所示，当接通电源，TN9红外温度采集系统来采取病人体温，传到主机NUC140VE3CN单片机病房控制系统，温度在液晶屏上显示，主机对温度进行判断，若没有达到危险值，继续采集。
若达到危险值，通过485总线传给从机，报警，通知医护人员，并联动设定的LED灯亮，判断病房号，便于医护人员救治。
当病人需要医护人员时，可点击液晶屏上的紧急呼叫按钮，发出报警，通知医护人员。
表1为系统方案模块功能一览表。
图21为总流程图的分解子图。
表1系统方案模块功能一览表
图20系统总流程图
图21系统总流程图分解子图
3.3硬件系统电路原理图设计
利用AltiumDesignerWinter09制作《病房病人呼叫与体温实时监控系统设计》原理图。
首先我们要打开AltiumDesignerWinter09，它打开的方式有很多种。
如果电脑桌面有快捷键，我们可以从桌面双击快捷键直接打开AltiumDesignerWinter09。
也可以在“开始”程序、“所有程序”中找到AltiumDesignerWinter09，打开AltiumDesignerWinter09。
然后在“文件”—“新建”—“工程”—“PCB工程”，创建PCB工程文件，保存在指定位置。
同样点击“新建”—“原理图”，创建原理图文件，保存。
再执行“新建”—“PCB”,创建PCB文件，保存。
我们可以根据元器件的名称在数据库中，添加我们需要的元器件。
当元器件添加完成后，我们可以将元器件导入原理图编辑窗口，开始画原理图。
画好的原理图要及时保存，关闭软件时也要确认保存，以免误操作，导致文件丢失。
下图22和图23为画好的医院病房病人呼叫与体温实时预警系统设计图纸主机部分和从机部分。
图22医院病房病人呼叫与体温实时预警系统设计图纸主机部分
图23医院病房病人呼叫与体温实时预警系统设计图纸从机部分
3.4硬件系统电路PCB板设计
当我们把原理图画好过后点击“工程”—“显示差异”把原理图导入PCB中，布局，布线，附铜，生成PCB板。
下图24和图25是医院病房病人呼叫与体温实时预警系统设计图纸主机和从机部分部分PCB板。
图24医院病房病人呼叫与体温实时预警系统设计图纸的主机部分PCB板
图25医院病房病人呼叫与体温实时预警系统设计图纸的从机部分PCB板
4.系统软件设计
4.1KeiluVision4介绍
KeiluVision4是2011年3月ARM公司发布的，是ARM公司运用RealViewMDK开发工具集成的最新版本。
它把编译器、调试工具实现与ARM器件，进行了最完美匹配。
它的目的是最大限度的提高开发人员的生产力，实现更快，更有效的程序开发。
它在我们国也有销售，他们同时也提供技术支持。
我们国内目前有三家ARM代理商。
4.2程序仿真图
下图为仿真图，我们依张三（化名）的病例为例，当病人体温正常时，图中我可以看出，液晶屏上所显示的是在当前时间，病人体温正常数值，同时蜂鸣器不报警，发光二极管则不发光，即病人体温处于正常范围。
当张三的体温高于37.2℃时，即使不按紧急呼叫按钮，报警系统一样会触发，蜂鸣器报警，发光二极管发光，锁定张三所在病房号，提醒医护人员张三需要医护人员帮助。
当病人体温处于正常温度时，即低于37.2℃时，如果张三感觉不适，需要医护人员的帮助，那他可以按下紧急呼叫按钮，此时发现报警系统触发了，蜂鸣器报警，发光二极管发光，锁定张三所在病房号，提醒医护人员张三需要医护人员帮助。
下图26和图27为张三病例仿真记录图。
图26张三病例仿真记录图
图27张三病例仿真记录图
4.3实物仿真图
当主机上的测温模块监测到温度超过预定值时，从机的蜂鸣器会立刻报警。
下图28为监测到温度超过预定值时的实物报警记录图。
图28超过正常温度操作演示图
当病人体温正常时，按下主机上显示系统的紧急呼叫按钮，从机的蜂鸣器也会立刻报。
下图29为紧急呼叫按钮演示图。
图29紧急呼叫操作演示图
总结
本次设计简单介绍了医院病房病人呼叫与体温实时预警系统，通过仿真实现了对病房病人体温的实时监控，并且在病人体温达到危险值时能够自动发出报警，实现预警功能。
在病人需要帮助时，也可以按下紧急呼叫按钮，发出报警通知医护人员。
从而对病人体温实现智能监控。
在原理图的绘制和仿真中，我学习了proteus,了解了proteus功能的强大，尤其是仿真功能。
在画图过程中，刚开始对proteus不是很了解，画图出现了一些麻烦，我通过相关书籍、网上查询和请教老师，问题得到了解决。
我也对元器件有了一定的了解，又学会了一个画图软件。
我在绘图之前也有很多问题要解决，如元器件的选择、各个模块和主程序的编程。
本次设计，从到资料的查找，以及对方案的设计思考，都是我认真完成的。
还有每
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