杭州电子科技大学校赛c题报告.docx
《杭州电子科技大学校赛c题报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《杭州电子科技大学校赛c题报告.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
杭州电子科技大学校赛c题报告
附件：
第一页
设计报告编号：
2017年校第十七届大学生电子设计竞赛设计报告
所在学院
信息工程学院
队号
6
题目
1医院病床呼叫系统
题号
C
参赛学生姓名
班级
学号
专业
1
2
3
第二页
设计报告编号：
第三页
报告正文
C题医院病床呼叫系统
设计报告
一、摘要
病房呼叫系统是传送临床信息的重要手段,可将病人的请求快速传送给值班医生或护士,它主要用于协助医院病员在病床上方便地呼叫医务人员，是提高医院和病室护理水平的必备设备之一。
让患者需要服务时，只要按一下随身携带的呼叫器，信息立马就能传至护工处避免没有看护人在时病人急需服务却无法通知医生的情况它要求及时、准确、可靠、简便可行。
本设计的呼叫系统由按键检测，数据传输和处理，信息显示及反馈三部分组成，另外增加了部分语音提示和双机通讯的额外功能。
由STM32单片机作为主要控制器，利用OLED显示器作为显示部分，使用按键模拟医院病房与病床位数。
病人按下按键时，单片机立即获取病人求助信息，同时采集此时的时间并一起显示在液晶显示器上，当护士看到显示器上病人的信息，并按下清零键后，OLED显示器恢复到初始状态。
本系统对键盘的检测采用中断的方式，能够提高系统的立即性和高效性。
当同时有数个病床呼叫时，本系统还可以循环呼叫记录显示。
关键词：
病房呼叫、单片机、通讯、液晶显示
二、设计要求
设计并制作一个采用总线构架的医院住院部的病床呼叫系统，主机与病床终端间的距离不小于10米，系统由设在护士站的主机和安装在病床头的呼叫终端组成，床位数按不低于100考虑，实际要求制作1个主机和两个呼叫终端。
主机能显示最先接收到的呼叫病床号，并发出声、光提示，以表明是否处理呼叫。
终端在呼叫（按下按钮）且该呼叫被主机接收时能发出声、光提示。
主机能手动清除当前显示的病床号并接收显示新的呼叫号。
主机与各呼叫终端之间用双芯线传输，并按总线方式联结。
3、方案论证
根据题目要求，我们考虑的多种总线通讯方式。
1、IIC总线通讯
IIC即Inter-IntegratedCircuit（集成电路总线），这种总线类型是由飞利浦半导体公司在八十年代初设计出来的一种简单、双向、二线制、同步串行总线，主要是用来连接整体电路（ICS），IIC是一种多向控制总线，也就是说多个芯片可以连接到同一总线结构下，同时每个芯片都可以作为实时数据传输的控制源。
这种方式简化了信号传输总线接口。
I2C串行总线一般有两根信号线，一根是双向的数据线SDA，另一根是时钟线SCL。
所有接到I2C总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA上，各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上。
考虑到IIC通讯需要两块最小系统板的共地，如果没有共地，难以达到相同电平通讯的需求。
所以该通讯没有被该设计采用。
2、1-wire总线通讯
1-wire采用单条信号线，既可以传输时钟又可以传输数据，而且数据传输是双向的，因而这种总线有线路简单，硬件开销少，成本低廉，便于总线扩展和维护等优点，单总线适用于单主机系统，能控制一个或多个从机设备。
考虑到该通讯可以使用一条总线，另一条采用共地方式通讯，硬件成本低便于维护的特点，该方案被我们最终采用。
（时序图及通讯之后会进行分析）
3、485总线通讯
rs-485采用半双工工作方式，支持多点数据通信。
rs-485总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构。
即采用一条总线将各个节点串接起来，不支持环形或星型网络。
rs-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。
加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mv的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。
有些rs-485收发器修改输入阻抗以便允许将多达8倍以上的节点数连接到相同总线。
rs-485最常见的应用是在工业环境下可编程逻辑控制器内部之间的通信。
在485芯片的通信中，尤其要注意对485控制端DE的软件编程。
为了可靠工作，在485总线状态切换时需要做适当延时，再进行数据收发。
具体的做法是在数据发送状态下， 先将控制端置“1”，延时1ms左右的时间，在发送有效的数据，一包数据发送结束后再延时1ms后，将控制端置“0”，这样处理会使总线在状态切换时，有一个稳定的工作过程。
但这样会造成发送语音速率变慢，在双机通话时会造成一定的影响，无法产生清晰的语音通讯。
所以该通讯没有该设计被采用。
4、SPI总线通讯
SPI是串行外设接口的缩写。
是Motorola公司推出的一种同步串行接口技术，是一种高速的，全双工，同步的通信总线。
支持全双工通信通信简单数据传输速率快，具有高速、同步、全双工、非差分、总线式的特点。
SPI通讯需要的总线较多，先入无法利用两根总线进行相应的通讯，所以该通讯没有该设计被采用。
四、设计思路
根据设计要求，该病床呼叫系统利用stm32单片机作为核心，利用最小系统板内置的独立按键模拟呼叫按钮，每一个键对应着不同的床位。
在没有病人呼叫时，单片机循环等待按键按下，当病人按下床头对应的按键，产生中断信号进行双机通讯，同时产生声光提示。
单片机收到中断信号后调用中断服务程序识别出呼叫病床的床位号码，将呼叫记录通过OLED显示出来，护士通过读取屏幕上提示的呼叫信息即可快速的、正确的查出病人的床位，并做相应的准备以及时处理，处理完成后，按下清除按钮，即可清除本次呼叫记录，等待下次呼叫。
其总体结构图如下：
5、通讯协议
为了提高总线传输速率，我们采用了在原来1-wire总线通讯协议上更改了协议，创建了一个独立的时序进行该协议的通讯，具体协议时序图如下：
原时序一条信号，最多需要二十多毫秒，新时序中，我们大幅度减少了原先协议的时间，一条新时序的时间大致为1ms不到，一定程度上能符合语音传输的条件。
子机发出请求时，以原时序发送，当主机应答后，运行进行语音量传输时，采用新时序高速传输。
通讯协议的位数由原来的8位通讯转为STM32ADC模块输出的12位数字量输出。
6、各单元模块设计
1.语音前级放大模块
该模块采用了两个NE5532运放搭成的信号放大电路，通过运放将咪头采集的信号放大到合适大小，前级加入了较大的信号输入电阻，在后级放大电路中将输出电阻尽量减小，以确保单片机可以收到合适的电平进行adc数模转换。
下面是NE5532模块的部分原理图：
2.输出功率放大模块
该模块以LM386为中心建立的功率放大模块，基于LM386的特性，在1脚和8脚之间加上10uf左右的电容可以使LM386输出的功率增加，通过改变RP的阻值可以调节功放输出的大小。
下面是LM386模块的部分原理图：
3.语音提示模块
该模块使用了IBS1820芯片，ISD1820是一款录放音芯片，ISD1820芯片的基本结构与ISD1110、ISD1420完全相同，它采用CMOS技术，声音采样频率可通过外接振荡电阻来调节，从3.7k到8kHz对应不同的录音时间和频带宽度。
该设计中采用了4.7k与0.1uf的震荡调节，下面是部分IBS1820模块原理图：
七、系统调试
经多次调试，本设计性能良好，操作方便，能稳定运行，在触发按键后，主机能显示最先接收到的呼叫病床号，并发出声、光提示，以表明是否处理呼叫。
在终端呼叫（按下按钮）且该呼叫被主机接收时能发出声、光提示。
主机能手动清除当前显示的病床号并接收显示新的呼叫号。
下面是简略的主机程序流程图：
本设计虽然设计了语音通讯部分，但在语音通讯上由于总线缺陷，使输出语音信号难以辨认，失真度较高，效果较差，差强人意。
在基础上符合本次设计要求，并进行创新，以语音播报代替，使设计更加人性化。
该设计性能稳定可靠，价格低廉，使用方便，实用性能较高，具有一定的应用价值和广阔的市场前景。
附录：
1、主机程序（主函数）
intmain（void）
{
u8rev_data=0;
u16rev_data2=0;
charstr[15];
GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd（RCC_APB2Periph_GPIOA|RCC_APB2Periph_GPIOD,ENABLE）;//使能PB,PE端口时钟
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_8;//LED0-->PB.5端口配置
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;//IO口速度为50MHz
GPIO_Init（GPIOA,&GPIO_InitStructure）;//根据设定参数初始化GPIOB.5
GPIO_SetBits（GPIOA,GPIO_Pin_8）;//
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_2;//LED1-->PE.5端口配置,推挽输出
GPIO_Init（GPIOD,&GPIO_InitStructure）;//推挽输出，IO口速度为50MHz
GPIO_SetBits（GPIOD,GPIO_Pin_2）;//
LED_Init（）;
NVIC_PriorityGroupConfig（NVIC_PriorityGroup_4）;//设置中断优先级分组为组2：
2位抢占优先级，2位响应优先级
bedinit（）;
EXTIX_Init（）;//按键
DelayInit（）;
Remote_Init（）;//A线
VOICE_Init（）;//B线
Adc_Init（）;
Dac1_Init（）;
OLED_Init（）;//初始化OLED
OLED_Clear（）;
show_menu（）;
bed_show（）;
while
（1）
{
if（bednum）
{
light2=0;
}
else
{
light2=1;
}
rev_data=Remote_Scan（）;
if（rev_data!
=0）
{
if（bednum>0）
{
if（rev_data!
=bed[bednum-1]）
{
bed_add（rev_data）;
}
}
else
{
bed_add（rev_data）;
bed_show（）;
light0=1;
DelayMs（100）;
light0=0;
}
while（Remote_Scan（））;
if（Remote_Scan（）==0）
{
Aline_send_mode（）;
send_message（bed[bednum-1],0x88）;
Aline_rev_mode（）;
}
}
}
}
}
升级会员 