基于电源调制技术的数据语言综合智能呼叫系统.docx

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基于电源调制技术的数据语言综合智能呼叫系统

目录

摘要III

ABSTRACTIV

1前言-1-

1.1智能呼叫系统研究意义-1-

1.2医用呼叫系统的国内外研究现状-1-

1.3智能呼叫系统概述-2-

2系统设计应用工具介绍-4-

2.1Protel99SE-4-

2.1.1概述-4-

2.1.2操作环境-4-

2.1.3电路设计-5-

2.1.3.1电路原理图的设计-6-

2.1.3.2电路原理图的网络表文件生成-8-

2.1.3.3印制电路板（PCB）图的设计-8-

2.2KeilC51应用软件介绍-9-

2.2.1KeilC51开发系统概述-9-

2.2.2KeilC51-9-

3系统总体设计-12-

3.1系统方案-12-

3.1.1二线制技术-13-

3.1.2电力载波技术-13-

3.2系统功能分析-14-

4系统的硬件设计-16-

4.1系统功能的实现-16-

4.1.1主机部分-16-

4.1.2分机部分-17-

4.1.3模拟板部分-17-

4.1.4挂机部分-18-

4.2主机控制板的硬件电路设计-20-

4.2.1系统使用核心芯片介绍-22-

4.2.1.1CPU模块-22-

4.2.1.2语音芯片YX24170-28-

4.2.1.3双音多频（DTMF）解码器CM8870-29-

4.2.1.4DS1302实时时钟芯片-30-

4.2.2主机板功能模块电路分析-34-

4.2.2.1.CPU模块电路-34-

4.2.2.2语音模块电路-36-

4.2.2.3DTMF接收器模块电路-38-

4.2.2.4BC7280/81芯片控制电路-39-

4.2.2.5主机键盘控制电路-41-

4.2.2.6电源电路-42-

5系统软件设计与调试-43-

5.1整体软件设计描述-43-

5.2部分软件分析-44-

6系统总体调试-49-

6.1系统模拟图-49-

6.2系统各部分简介-49-

6.3总体使用流程-50-

7结束语-52-

谢辞-53-

参考文献-54-

附录-56-

摘要

信息时代的医院管理已经从传统的人管模式向智能化、电子化、信息化、网络化的高科技管理模式的方向迅猛发展。

“医疗呼叫系统”可实现对医院病房的智能化管理，可实现呼叫、监听、广播、求救报警、信息贮存、显示等功能，为医院和患者都带来方便。

基于二线制的数据、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，由传统病房呼叫对讲系统、与医院信息管理系统相联的整体护理软件及电话通信系统组成，是医院系统化整体护理的理想设备。

本系统是基于二线制的数据、语音智能综合呼叫系统，即通过调制将数据、语音共同加载在两条电源线上，设备的供电完全从这两条电源线上取出，仅以一对普通的双绞线实现多达近百点的电源、数据、语音对话的同步传输功能，经济、便捷地实现了数据传输、语音呼叫等工作，大大节约呼救和操作时间，并且具有结构简单，节约和降低成本，工作方式灵活可靠等特点。

总之，该呼叫系统是在传统的病房呼叫对讲系统基础上发展起来的新一代科技产品，功能更强大，性能更优越，较之现有的其它呼叫系统和传统的四线制具有安装方便、简单、实用等特点，适合各级各类医院使用。

尤其对已建成且需增设呼叫系统的医院来说，应用二线制的电力线的智能呼叫系统应是首选。

关键词：

电源调制；调制解调；二线制；单片机

AnIntelligentCallingSystemBasedonPowerLineCarrierTechnology——TheDesignofHostControlBoardHardware

ABSTRACT

Thehospitalmanagementofinformationagehasalreadybeguntochangfromthetraditionalmodeofpersonstowardthedirectionoftheintelligence,electronical,information,network,andithasbeendevelopedrapidly."Themedicaltreatmentcallingsystem"cancarryouthospitalintelligencemanagementandthefunctionofcalling,wiretaping,broadcast,alarm,theinformationstore,displayetc.Allofthesebringconveniencetothepatients.Theintelligentcallingsystembasedonpowerlinecarriertechnologyisdesignedbasedonrequestofwholemanagementsystem,itisconstitutedbytraditionalwalkie-talkiesystemandhospitalinformationmanagingsystem,soitisanidealequipmentsofhospitalsystematic.

Thissystemistheintelligentcallingsystembasedonpowerlinecarriertechnology,itaddsthedataandvoicetogetherontwolinesthroughmodulation.thepowerofthecomponentsisretrievedfromthetowlines.Thissystemonlyusetwolinestorealizethefunctionofpowerthathave100dots,data,voicecommunication.Itconversatelyrealizethefunctionofdeliveringdata,voicecallingetc.iteconomizethetimeofcallingandoperation,andthestructureofthissystemisbrief,economyandlowcost,itsworkingwayisvividandcredibility.Generally,thiscallingsystemisanewgenerationscienceandtechnologyproductingbasedontraditionalsickroomwalkie-talkiesystem,hastheconvenient,simpleandpracticalcharacteristics.comparewithtraditionalpowerlinecarriertechnology.itissuitabletoeverykindofhospitals.Particularly,thehospitalwhichhasalreadybuiltupandneedstoincreasetoestablishtonewcallingsystem.Theintelligentcallingsystembasedonpowerlinecarriertechnologyisthebestchoose.

KeyWords：

powermodulation；modulationanddemoduliton；powerline；microcontroller[1,2]

1前言

1.1智能呼叫系统研究意义

随着科技水平和医疗水平的进步，信息化时代的飞速发展，医院的服务理念也随之发生了相应的改变，树立了以人为本，全心为患者服务的意识。

为了方便患者，提高服务质量，医用呼叫系统已经成为了国内外各类医院中广泛使用的一种电子设备。

医用呼叫系统发展到现在，已经不再是简单的医生与患者之间沟通的工具，在实际应用当中既要兼顾到医院的整体设计，又要具有良好的实用性、装饰性。

该呼叫系统已经成为医院不可缺少的监护设备，是各医院现代化的标志，它对于病人和医疗人员之间的信息沟通起到了至关重要的作用，能够有效地保证病人及时得到医护人员的看护和医治。

它能从根本上解决传统医生与患者之间所存在的一些服务纠纷等问题，可以美化医院的工作环境，避免无谓的争执。

既可以帮助病人快速的呼叫医护人员，也可减轻医护人员巡视病房的辛劳，减轻医护人员值班的心理压力，在无呼叫时放心的做好其他医护工作，专心的处理各个病房的问题，从而提高了医护效率。

因此，医用呼叫系统具有广泛的社会意义与重大的实用价值[3]。

1.2医用呼叫系统的国内外研究现状

目前，国外的医用呼叫系统已经相当普及，而且渐渐成为一个巨大的产业。

一项经济调查报告表明：

全球智能呼叫系统服务市场总产值将在未来五年时间里增长一倍以上。

更为重要的是，智能呼叫系统在国外已经成为实实在在的一个产业，不仅有智能呼叫系统的各种硬件设备提供商、软件开发商、系统集成商，还有众多的外包服务商、信息咨询服务商、专门的智能呼叫系统管理培训学院、大量的呼叫系统展会和数不清的呼叫系统杂志、网站等，从而使呼叫系统形成了一个庞大的、在整个社会服务体系中占有相当大比例的产业。

从智能呼叫系统在国外市场经济中的发展状况可以看出，智能呼叫系统在国外已经为人所熟知，并且无处不在，与人们的生活息息相关。

在中国，随着市场经济体制的逐步健全和WTO的加入，近几年来智能呼叫系统产业逐步发展起来。

智能呼叫系统的应用在中国也越来越广泛了。

但是，总体来说，我国智能呼叫系统的技术发展相对于世界发达国家还是有很大差距的，尤其是在电力线载波通信技术方面。

电力线载波通信是利用输电线路作为信号的传输媒介，人们利用电力线可以传输电话、电报、远动、数据和远方保护信号等。

但是电力线载波通信具有两个最基本的技术问题：

一是噪音干扰强；二是信号在电力线上传输过程中会有衰减。

在基于电力载波技术的智能呼叫系统中首先要解决的噪音干扰问题。

由于电力线载波通信具有许多优点，现在国际上许多学者、团体、公司都投入到这个领域，推动电力线载波通信技术的发展。

我国目前也在大力发展电力线载波通信技术。

目前，中国市场上采用二线制传输的产品并不是很多而且也不是很完善，所以本次毕业设计的作品具有广阔的市场前景，拥有良好的发展空间[4]。

1.3智能呼叫系统概述

本次设计的系统是构建的是一个基于电源调制技术的数据、语言综合智能呼叫系统，使用电力载波技术实现呼叫信息、通信音频在电源线上的传输。

本次设计的智能呼叫系统把传统的四线制改进成二线制，即通过调制将数据、语音共同加载在两条电源线上，设备的供电完全从两条电源线上取得，仅以一对普通的双绞线实现多达近百点的电源、数据、语音对话的同步传输功能。

基于二线制的数据、语音智能综合呼叫系统采用二芯线布线，即所有的呼叫分机均通过两芯线无极性连接起来，布线非常简单方便,具有对讲、呼叫、广播、群呼、响铃、显示排队、优先级设定、存储记录等多种功能，非常适合医院使用。

本次设计实现的智能呼叫系统由若干个呼叫源（一般每张病床为一个）、模拟控制模块、电力载波电路和监护系统组成。

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模拟控制模块，经过24V直流电源线传输（主机与分机连接的电源线为13V），实现主机和分机之间的双向数据传送。

系统采用主从结构，监控系统（主机）放在医生值班室内（可以通过接口电路与计算机相联，构成监护中心），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（分机）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。

主机和分机之间通过二线制电力线连接在一起。

本次毕业设计的作品是在传统的病房呼叫对讲系统的基础上发展起来的新一代科技产品，增加了设置护理级别的功能，可以设置重症病房、普通病房、特殊病房等。

此系统还有一个强大的定位功能，即只要病人呼救，医生那里就会显示是几楼几床呼叫，并且走廊显示屏会同步显示，使医生能更快的确定病人的位置。

此外，“二次呼叫”以及“语音提示”也是该系统的两个显著的特点。

总体来说，本次设计的智能呼叫系统功能更强大，性能更优越。

更重要的是，利用二线制设计的系统不仅可以很好的进行数据传输，及传递各种信息、语音等信号，而且不占用太多空间资源，亦无需铺设专用通讯线路，省工、省钱、维护简单，可以在医院等地方大量安装使用和普及[5]。

2系统设计应用工具介绍

在本次智能呼叫系统的硬件软件设计中，为了保证了系统设计的精确度，同时也能节省部分工作量，我们大量使用了辅助设计工具。

主要的辅助设计工具包括：

1．Protel99SE电路辅助设计工具，用于系统电路原理图设计；

2．KeilC51基于51系列兼容单片机的C语言软件开发系统，用于系统中的51系列单片机编程以实现其功能。

2.1Protel99SE

2.1.1概述

Protel99SE是Protel公司开发的功能强大的电路辅助设计工具，开创了桌面EDA的新纪元，在EDA（计算机辅助设计）行业应用广泛。

Protel99SE在电路原理图绘制、PCB板布局布线等方面功能更加完备，而且它为用户提供了功能强大、使用方便的电路仿真器，可以对当前所画的电路原理图进行即时仿真，因此在系统电路的整个设计周期中都可以对其进行仿真，查看和分析其性能指标，以便及时发现设计中存在的问题并加以改正，从而更好地完成系统电路设计。

Protel99SE提供了高级数/模元器件混合仿真功能，可精确地仿真由各种元器件构成的系统电路。

进行电路仿真时，用户无需编写电路网表文件，系统可根据所画电路自动生成网表并进行仿真。

与一般电路仿真软件相比，Protel99SE的使用更加灵活方便。

总结Protel99SE的特点是：

（1）设计分析工具功能强大；

（2）设计软件中包含信号源种类丰富；

（3）充分的仿真模型库可实现多种仿真需求；

（4）操作界面十分友好。

2.1.2操作环境

其用户界面如图2.1所示：

图2.1Protel99SE用户界面

2.1.3电路设计

要把我们的电路设计最终变为可用于生产的电路板设计文件，大致可分为三大步：

（1）电路原理图设计；

（2）根据电路原理图生成网络表并仿真；

（3）设计印刷电路板（PCB）图。

2.1.3.1电路原理图的设计

电路原理图设计的流程图，如图2.2所示：

图2.2电路原理图设计流程

电路原理图设计的基本步骤是：

（1）运行Protel99SE，进入数据库管理环境，操作至如图2.3所示界面。

（2）选择快捷菜单中的SchematicDocument图标并点击“OK”，即进入界面。

（3）双击数据库文件夹中的“Sheet1.Sch”文件即可进入电路原理图编辑窗口（在进入编辑窗口前，可先对该文件重命名。

选中文件“Sheet1.Sch”后，用鼠标左键再单击其文件名，该文件的名称栏即变为可编辑状态，我们可以为文件重命名）。

（4）单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“DocumentOptions”命令，出现SheetOptions对话框，点击StandardStyles下拉表，即可选择图纸大小。

设置好合适的图纸大小后就可以进行电路原理图的编辑操作了。

（5）在设计管理器BrowseSch中的Libraries窗口，点击“Add/Remove”指令框，可以挂接或卸载元器件库。

（“MiscellanousDevices.lib”元器件库是一个通用型的元器件库，许多常用元器件都可在这个库中找到。

）挂接上元器件库（如“MiscellanousDevices.lib”元器件库），选中它后即在Libraries窗口下的Filter窗口中出现该库中的所有元器件名称。

选中需要的元器件，在Libraries窗口的空白显示区会显示该元器件的外形以便确认是否选择正确。

然后点击“Place”指令框，将鼠标移入右面的空白图纸区，在合适位置单击鼠标左键，即可将元件放置在图纸上。

（6）在点击“Place”指令框后，放置元件前，可根据需要对元件的方向作变换，按空格键可逆时针旋转元件，每次90°，按“X”键可使元件左右对调，按“Y”键可使元件上下对调。

设置好方向，还可对元件参数进行修改。

同样在点击“Place”指令框后，放置元件前，点击“Tab”键即可打开元件属性对话框Part，在此对话框中可更改元件属性。

对话框“Attributes”选项卡中的内容较为常用，它包括以下内容：

①LibRef　在元件库中定义的元件名称，不会显示在绘图页中；

②Footprint　封装形式。

应输入该元件在PCB库里的名称；

③Designator　流水序号；

④PartType　显示在绘图页中的元件名称，默认值与LibRef选项中的名称一致；

⑤SheetPath　成为绘图页元件时，定义下层绘图页的路径；

⑥Part　定义子元件序号；

⑦Selection　切换选取状态；

⑧HiddenPins　是否显示元件的隐藏引脚；

⑨HiddenFields　是否显示“PartFields1-8”、“PartFields9-16”选项卡中的元件数据栏；

⑩FieldName　是否显示元件数据栏名称。

（7）在Libraries窗口下的Filter窗口中，还有一个“Edit”指令框，其功能是在元件库编辑中对元器件进行定义。

在Filter窗口选中一个元器件后，点击“Edit”指令框，进入元件库编辑窗口。

在此环境下，可对元器件的基本参数进行修改，如管脚名称的更改，管脚编号的设定等（当管脚信号是反向输入时，需标出其反向标志。

在弹出菜单的Name栏里输入管脚名称时，在每一个字母后加一个“\”即可）。

编辑完元器件信息后，再点击该界面中的设计管理器BrowseSch的Mask窗口的“Place”指令框，即转入原理图编辑环境，可将已编辑好的元器件放置在电路原理图中。

（8）将所有元器件合理放置在图纸上后，利用“WiringTools”工具栏里的“接地”和“电源”按钮为电路配置接地和电源。

同样的，在“WiringTools”工具栏里选择合适的导线类型，将各元器件用导线连接起来。

再利用“网络标号”等工具按钮最后对电路原理图进行设计后，该电路原理图的设计工作就完成了。

在原理图设计中有许多技巧，例如用鼠标左键点住已放置好的元器件可进行拖拽，使元器件的位置更加合理；用鼠标左键双击元器件，则弹出该元器件的属性对话框，我们即可更改该元器件设定错误的参数。

在设计电路原理图时，应用快捷键有利于工作的快速完

成。

如“PageUp”键的作用是以鼠标为中心放大，而“PageOn”键的作用是以鼠标为中心缩小；“Home”键的作用是将鼠标所指的位置居中；“End”键的作用是刷新（重画）；又如Alt＋Backspace键是撤消操作；Alt＋E然后按E再按A是取消全部选择；Alt＋E再按L是删除被选中元件。

另外按住“Tab”键不放，再按菜单键的首个字母，即可快速打开该菜单，等等。

熟练使用这些快捷键，可大大加快绘图速度。

2.1.3.2电路原理图的网络表文件生成

每个电路就是一个网络，由节点、元件和连接线组成。

因此可以用网络表的形式表达所绘制的电路原理图。

而电路原理图的网络表正是电路板自动布线的灵魂，也是原理图设计软件Schematic与印刷电路设计软件PCB之间的接口。

在经过电气规则检查，改正所有错误并再次检查无错误后，网络表可直接从电路原理图转化得来。

其生成步骤如下：

在编辑电路原理图环境下，执行菜单命令Design/CreateNetlist…即出现“NetlistCreation”对话框。

在此对话框中有若干选项需进行设置。

（1）将OutputFormat栏设置成Protel格式；

（2）若生成单张原理图，不需更改NetIdentifierScope栏的内容；

（3）因为是产生当前正在编辑的电路的网络表，所以将SheetstoNetlist选项设置为ActiveSheet。

设置完成后，点击“OK”按钮，几秒钟后，在设计管理器中自动生成一个以.NET为扩展名的文件。

此文件即为当前设计电路的网络表。

打开该文件，如图2.11所示：

2.1.3.3印制电路板（PCB）图的设计

在完成电路原理图的设计并对其生成正确的网络表后，就可以进行印制电路板的设计了。

印制电路板的设计主要依靠印制电路板PCB模块。

该模块的主要特点是：

（1）32位的EDA设计系统，支持多层印制板的设计；

（2）丰富而又灵活的编辑功能可支持自动布线和手动布线；

（3）强大的设计自动化功能，具有超强的自动布局能力，在编辑时系统可自动指出违反设计规则的错误，实现PCB板面的优化设计；

（4）在线式库编辑及完善的库管理；

（5）完备的输出系统。

点击PCBDocument确定后，就建立了一个印制电路板图的设计文件，初始名称为“PCB1.PCB”。

双击“PCB1.PCB”（可更改名称，方式与电路原理图设计时，更改电路原理图名称相同）即打开印制电路板图设计环境。

这时，执行菜单命令Design中的“LoadNets…”命令，在弹出的对话框中选择需要的以.NET为后缀名的已经生成的电路原理图网络表，点击“OK”后，系统会对网络表中的元器件进行当确认无误后，点击对话框的“Execute”指令框，则系统自动生成该电路原理图的PCB图[6,7,8,9]。

2.2KeilC51应用软件介绍

2.2.1KeilC51开发系统概述

KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。

采用C语言进行软件开发，原因是C语言与汇编语言相比，在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，且易学易用。

KeilC51软件提供了丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，并且采用全Windows界面，使其用户界面非常友好。

另外KeilC51生成的目标代码效率非常高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。

在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。

2.2.2KeilC51

uVision3是KeilC51的集成开发环境，通常称做KeilC51的调试器。

它具有对C51代码进行编辑、编译，与库以及其他目标程序进行连接，以及调试、仿真，最后生成HEX文件的功能。

熟练掌握uVision3的操作并充分利用它强大的功能，将为单片机的软件开发提供强大助力。

uVision3的操作步骤如下：

（1）打开uVi