毕业论文基于PLC控制的病床呼叫系统设计.docx
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毕业论文基于PLC控制的病床呼叫系统设计
基于PLC控制的病床呼叫系统设计
摘要
本课题运用PLC对病床紧急呼叫系统进行改造，通过PLC可以省去烦琐的配线，使整个程序更为简单。
随着控制系统的复杂性与微电脑的发展，我们普遍使用可编程控制器PLC来控制一些较为复杂的线路，这样既可以减少配线而且可靠性高，使用维修方便。
病床紧急呼叫系统通过PLC的改造为医院和病人之间架起一座桥梁，使病人觉得医院更方便更人性化，也使得医生对病人的治疗更及时有效。
关键字:
PLC数码管七段码译码指令区间复位指令
致谢21
参考文献22
第一章绪论
病床呼叫系统的应用在实际生活中运用较为广泛，在医院尤为重要。
在医院病房中如果病人有什么不适或其他需要帮忙的地方就需要叫护士或医生，这时就可以按医院的病床紧急呼叫系统的按钮，医生或护士看到其值班室的灯亮，再通过数码管显示的病床号就可以快速地去病人的病房进行处理，提高了效率。
这个系统大大方便了病人，也为医院为病人治疗缩短了不必要的时间。
病床呼叫系统通过PLC的改造为医院和病人之间架起一座桥梁，使病人觉得医院更方便更人性化，也使得医生对病人的治疗更及时有效。
这次课题虽然只是简单的呼叫系统，可是我能感觉到呼叫系统的应用在实际生活中变得至关重要，也是个值得研究的课题。
病床呼叫系统在实际生活中的应用
在工作实践中，对呼叫系统的功能作了更进一步的挖掘，以满足不同层次客户的实际需要。
比如，有些单位推出多种具有不同功能的产品，供用户选择，有的只具有呼叫功能，有的具有呼叫和对讲功能，有的具有呼叫、对讲、LED、插卡槽等多种组合功能。
不同功能的产品价位上也有比较大的差别，用户可根据自己的实际情况选用不同的产品。
在产品设计上，制造商站在使用者的角度思考产品功能，如设计了一个带声光显示、可拉可按、并且安装方便的呼叫按钮，主要是考虑到有些重症病人或体衰老人，按或拉了呼叫按钮后，都希望护理人员尽快到达，但如何知道呼叫信号已经传送出去了呢？
在呼叫按钮上加载了5V的电压，当呼叫信号接通时，呼叫床位提示灯亮，使用者一看心里就放心了，知道信号已经送了出去。
之所以在这个呼叫按钮上设计了光电信号，也是考虑到夜间护理对象使用时，呼叫按钮能够发光，使那些病人看到光亮心里就放心许多。
在实际工作中还经常遇到这样的情况，即护理对象呼叫后，护理站的护理员需要尽快赶到现场，如果事情不大，护理员就可以自己解决掉，但如果出现危急情况，需要马上通知医生到达现场，这时该如何做到呢？
时下大部分医院都是采取“直接找人”的方法，即护士自己或通知其它护士尽快寻找医生，如果是一个护士值班，发生紧急情况时，就出现了难题，即假如护士自己跑去找医生，可能病人因得不到紧急监护而发生危险，不去找医生，自己又无法实现紧急救治，往往延误抢救时机。
考虑到这种情况，我们在呼叫系统内增加了更加细化的功能，即操作面板上有“叫医生”按钮，当护士感觉到有必要叫医生时，只要到门口的操作面板上按一下“叫医生”按键，此时，呼叫医生的程序启动，系统会立即在医生值班室的监视器上发出呼叫，或通过无线寻呼机通知医生，这样确保护士不去直接找人的情况下医生就可自己识别呼叫源，从而快速到位。
同样，如果找行政人员，也是只要在操作面板上按一下“叫行政”按键，则行政人员办公室的监视器及寻呼机就会收到呼叫信号。
“叫医生”、“叫行政”等功能就是这套呼叫系统的“分级呼叫”的基本思想。
目前，呼叫系统以布线方式，可以分成多种，目前市面上比较多的是三种，一种是星形结构布线，这种产品的优点是系统稳定，一个呼叫按钮出现故障，不会影响到其它呼叫按钮的工作，但缺点是布线比较麻烦。
另一种是采用总线制，这种呼叫产品的优点是布线简单，施工容易，但缺点是故障率高，一旦某一节点出现故障，则整个呼叫系统将陷入瘫痪。
第三种是采用无线技术，这种呼叫系统的优点是安装容易，改变位置方便，但缺点是信号受外界影响比较严重，比如气候不好时，信号传递就会出现差错，而且分机与主机的直线距离不能太远，否则信号传递中出错较多。
还有一种无线呼叫，就是户外移动呼叫，当老人在户外活动时，如果感觉身体不适，就按一下随身携带的无线按钮，则信号传递出去，监护中心可以收到这个信号，然后解码定位，从而实现呼叫目的。
这种呼叫系统成本比较高，并且比较适合空旷场合，而且呼叫器需要经常充电，不太方便。
我们经常还听说有一种社区呼叫系统，即在现有的电话线路上安装一个盒子，当有需要时，按一下按键，信号就通过电话传递出去，很快就有人员上门提供服务。
其实这种呼叫系统适用于社区，其基本原理是利用现有的电话交换技术，当按下呼叫按钮时，系统会自动启动一个拨号动作，拨某一个固定的号码，而该号码就是服务中心的号码，服务中心可以通过解码识别出呼叫源的具体位置，从而实现呼叫目的。
第二章病床呼叫系统的整体结构
本次设计的系统的整体结构由plc部分、护士站显示部分、用户按钮部分三部分组成。
1、按钮部分采集信号，当病人按下按钮时，将信号传送到plc部分。
2、PLC部分的作用是接受用户部分的信息，经过处理后再反馈给显示部分。
3、显示部分接收到信息后两个数码管相应的输出序号，以便护士了解确认。
整体框架图如图2-1所示。
第三章FX系列PLC简介
3.1.1PLC的定义
可编程序控制器（ProgrammableController）原本应简称PC，为了与个人计算机专称PC相区别，所以可编程序控制器简称定为PLC（ProgrammableLogicController），但并非说PLC只能控制逻辑信号。
PLC是专门针对工业环境应用设计的，自带直观、简单并易于掌握编程语言环境的工业现场控制装置。
传统继电器控制盘的配线复杂又不灵活，随着控制系统的复杂性与微电脑的发展，传统继电器控制配电盘已不符合时代的需求，取而代之的为工业界普通使用的可编程逻辑控制器以下简称可编程控制器（PLCProgrammableLogicController）。
PLC是一种数字电子设备，用内存来存储程序指令，以执行逻辑、顺序、计时、技术及算数运算等机械控制的功能。
3.1.2PLC主要的特点
1、高可靠性
（1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。
（2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10~20ms.
（3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。
（4）采用性能优良的开关电源。
（5）对采用的器件进行严格的筛选。
（6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。
（7）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。
3.1.3PLC的功能
1、逻辑控制 2、定时控制 3、计数控制 4、步进（顺序）控制 5、PID控制 6、数据控制：
PLC具有数据处理能力。
7、通信和联网 8、其它：
PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：
定位控制模块，CRT模块。
3.1.4PLC的基本组成
PLC基本组成包括中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出接口（缩写为I/O，包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等）、外部设备编程器及电源模块组成，见图1。
PLC内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系统。
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PLC的基本组成
3.1.5PLC的选型
因每种品牌配置不一样，所以它的选型方式也有所差异，下面着重介绍大家常用的大众品牌三菱plc的选型方法，大家可以做一个参考来选择使用三菱PLC。
（一）分析被控对象并提出控制要求
详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，了解被控对象机、电、液之间的配合，提出被控对象对三菱PLC控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。
（二）如何确定三菱PLC的输入/输出设备
根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：
按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：
接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与三菱PLC有关的输入/输出设备，以确定PLC的I/O点数。
（三）如何选择三菱PLC
三菱PLC选择包括对三菱PLC的机型、容量、I/O模块、电源等的选择，详见本章第二节。
（四）三菱plc分配I/O点并设计三菱PLC外围硬件线路
因本课题需要使用24个点输出，所以选用三菱fx2n-48mr比较安全实惠。
3.2数码管介绍
数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。
（实物参照图片4-1）
4.2.1数码管的分类
数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。
共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM）的数码管。
共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。
当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。
。
共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（COM）的数码管。
共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。
当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。
4.2.2 数码管的驱动方式
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，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：
），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。
②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,h"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。
4.2.3数码管应用
数码管是一类显示屏通过对其不同的管脚输入相对的电流会使其发亮从而显示出数字
可以显示时间日期温度等索用可以用数字代替的参数
由于它的价格便宜使用简单在电器特别是家电领域应用极为广泛空调热水器冰箱等等
绝大多数热水器用的都是数码管其他家电也用液晶屏与荧光屏
4.2.4数码管的检测
找公共共阴和公共共阳首先，我们找个电源（3到5伏）和1个1K（几百的也欧的也行）的电阻， VCC串接个电阻后和GND接在任意2个脚上，组合有很多，但总有一个LED会发光的找到一个就够了，，然后用GND不动，VCC（串电阻）逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就是共阴的了。
相反用VCC不动，GND逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就是共阳的。
也可以直接用数字万用表，红表笔是电源的正极，黑表笔是电源的负极。
在本课题的设计中使用共阴极的七段数码管的显示。
第四章病床呼叫系统的控制方案
4.1病床呼叫系统的工作流程
当病人按下呼叫按钮，呼叫指示灯亮提示病人已呼叫成功。
这时护士站的两个数码管分别显示呼叫病人的房号和床号，当护士看到提示，立即按下复位按钮，表示已经知道呼叫者的位置（这时其他病人也可以进行对护士的呼叫），知道呼叫者位置的护士对相应房号床号的病人采取相应措施。
4.2I/O分配表
输入
输出
一号房
1号床呼叫按钮
X1
一号房
1号床提示灯
Y0
2号床呼叫按钮
X2
2号床提示灯
Y1
二号房
1号床呼叫按钮
X3
二号房
1号床提示灯
Y2
2号床呼叫按钮
X4
2号床提示灯
Y3
三号房
1号床呼叫按钮
X5
三号房
1号床提示灯
Y4
2号床呼叫按钮
X6
2号床提示灯
Y5
四号房
1号床呼叫按钮
X7
四号房
1号床提示灯
Y6
2号床呼叫按钮
X10
2号床提示灯
Y7
护士站重置按钮
X0
显示房号七段灯
Y10-Y17
显示床号七段灯
Y20-Y27
4.3接线图
4.5梯形图
4.6指令表
结论
病床紧急呼叫系统的应用可以使医院与病人之间的距离变得更进近，医院的治疗更人性化，通过PLC对其的改造可以省去烦琐的配线，使整个程序更为简单。
随着控制系统的复杂性与微电脑的发展，我们普遍使用可编程控制器PLC来控制一些较为复杂的线路，这样既可以减少配线而且可靠性高，使用维修方便。
病床紧急呼叫系统通过PLC的改造为医院和病人之间架起一座桥梁，使病人觉得医院更方便更人性化，也使得医生对病人的治疗更及时有效。
通过这次课题的实际，对plc的工作原理和应用有了更深的了解，在这次毕业设计的过程中，自己所学的知识得到了应用，进而专业知识面得到了更大的进展，分析问题和解决问题的能力得到了提高。
查阅书籍、资料的能力也有了提高。
致谢
在做这次毕业设计过程中我首先要感谢我的导师鲍老师，感谢鲍老师在这些日子对我悉心教导，她为我们操了好多心思，我由衷的感谢她。
我按照论文的提纲，开始动笔写论文。
在这次毕业设计中，我觉得从与老师的沟通过程中，我能学到很多东西，老师可以从另外一个角度来启发我，给了我很多鼓励。
同时通过这次写毕业论文，还提高了我对Office基本操作的熟练程度。
再次感谢我的指导老师鲍老师的细心指导。
参考文献
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机械工业出版社
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科学技术出版社
【10】张汉杰编著.现代电标控制技术哈尔滨：
工业大学出版杜
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