基于单片机的医院病房呼叫系统课程设计 精品.docx
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基于单片机的医院病房呼叫系统课程设计精品
《智能仪表课程设计》
课程设计
课题名称医院病房呼叫系统
姓名学号
所在班级
指导教师
扬州大学能源与动力工程学院
二〇一〇年九月
总目录
第一部分:
任务书
第二部分:
课程设计报告
第三部分:
附录
第一部分
任
务
书
《智能仪表课程设计》任务书
一、课题名称
医院病房呼叫系统设计。
二、设计内容及设计要求
利用单片机和总线通信实现医院病房的呼叫,具有下面的功能:
1.在病人病床处设置按钮开关,每个病床的开关分为紧急按钮和正常按钮两部分,按钮启动时,按钮旁的指示灯亮,提示病人按钮已按下,其中绿色代表正常呼叫,红色代表紧急呼叫。
2.护士一边,当病人按下按钮时,警报灯亮,并伴随蜂鸣,显示板上病人对应位置的灯亮,其中一般呼叫绿灯亮,紧急呼叫红灯亮,亮灯时伴有闪烁。
3.护士接到呼叫后,到病房并关闭呼叫
4.由于病床数量众多,一方面单片机接口有限,另一方面线路过多不符合实际,所以选用总线通信方式,考虑到传输距离和速度RS-485串口通信更具优势。
三、时间安排
第一周:
星期一~星期二:
布置任务,熟悉资料,确定仪表的功能要求、性能指标。
熟悉实验板原理图和印刷板图。
星期三~星期五:
进行仪表的方案选择,确定主要芯片、工作方式、输入输出信号的接口方式、键盘和显示方式、以及通信方式。
进行硬件设计和元器件选择,画出硬件原理图。
第二周:
星期一~星期五:
根据硬件原理图,焊接硬件电路;测试硬件电路的功能;软件设计,包括软件需求说明、软件结构框图、主要软件功能模块的流程图;编写程序。
第三周:
星期一~星期三:
调试程序,联调软件和硬件。
星期四~星期五:
写课程设计报告。
四、应交成果
应交成果包括:
⏹纸质课程设计报告和电子文档;
⏹硬件原理图的Protel文件,程序;
⏹可以演示的硬件和软件成果。
五、课程报告内容
课程设计报告应包括下列部分:
⏹课程设计任务书
⏹仪表的功能要求、性能指标要求。
⏹方案选择:
提出多种方案,进行方案比较,说明选定方案的理由,描述硬件和软件的功能分工。
⏹硬件设计:
包括硬件结构框图、原理图及其各个主要环节的工作原理说明,元器件选择的计算方法或者理由,利用提供的实验板焊接元器件。
⏹软件设计:
首先提出软件的功能需求,然后进行软件的结构设计,再画出主要功能模块的软件框图。
⏹程序编写和调试。
⏹设计小结。
报告中硬件原理于用Protel画出,软件框图和程序流程图用Visio画出。
第二部分
课
程
设
计
报
告
目录
第一章技术指标.......................................8
1.1课题及要求....................................................8
1.2功能描述......................................................8
第二章整体方案设计...................................8
2.1整体方案结构方框图............................................8
2.2整体方案原理..................................................9
第三章单元电路设计...................................9
3.1主控制电路设计................................................9
3.2护士值班室报警电路设计........................................11
3.3单片机复位电路................................................12
3.4RS-485通信电路................................................13
3.5整体电路......................................................13
3.6整机原件清单..................................................16
第四章测试与调整.....................................17
4.1主控制电路的测试与调整........................................17
4.2护士值班室报警电路的测试与调整................................17
4.3主控软件框图...................................................17
4.4接收软件框图...................................................19
4.5整体电路测试..................................................19
第五章设计小结.......................................20
5.1设计任务完成情况...............................................20
5.2问题及改进.....................................................20
5.3心得体会........................................................20
第一章技术指标
1.1课题及要求
一个病房有两个床位,每个病人都有两个按钮(紧急呼叫,一般呼叫)来呼叫护士,
护士站接收信息,去病房服务并解除呼叫。
1.2功能描述
1.在病人病床处设置按钮开关,每个病床的开关分为紧急按钮和正常按钮两部分,按钮启动时,按钮旁的指示灯亮,提示病人按钮已按下,其中绿色代表正常呼叫,红色代表紧急呼叫。
病人按下开关后不能再关闭呼叫,只有等护士来以后,才能由护士取消
2.护士一边,当病人按下按钮时,警报灯亮,并伴随蜂鸣,显示板上病人对应位置的灯亮,其中一般呼叫绿灯亮,紧急呼叫红灯亮,亮灯时伴有闪烁。
3.护士接到呼叫后,到病房并关闭呼叫
4.由于病床数量众多,一方面单片机接口有限,另一方面线路过多不符合实际,所以选用总线通信方式,考虑到传输距离和速度RS-485串口通信更具优势。
第二章整体方案设计
2.1整体方案结构方框图
2.2整体方案原理
1.病房内设有发送主机,当病人有需求时按呼叫按钮,主机一端口接收到一个高电平时,相应的指示灯亮。
同样,当病人遇到紧急情况时,按亮紧急指示灯。
2.发送主机不断地向接收主机以总线的方式发送信息,使接收端主机端口表现出电平的高低变化点亮相应的指示灯,采用延时程序使指示灯闪烁,当有指示灯亮时,接收主机原定的稳定状态打破,使蜂鸣器鸣叫。
3.医护站接到呼叫信息,前往相应的病房内,按取消按钮(取消按钮由发送主机定义,并且只有该取消按钮能取消指示灯的闪烁),解除呼叫。
主机用51单片机代替,按钮、指示灯和蜂鸣器用单片机的I/O口控制。
第3章单元电路设计
3.1主控制电路设计
开关部分
S1、S2为1号病床的两个按钮,分别控制呼叫和紧急两种指示灯;S3、S4为2号病床的两个按钮,分别控制呼叫和紧急两种指示灯;S5取消1号病床指示灯,S6取消2号病床指示灯。
LED显示部分
LED灯L1、L2、L3、L4分别对应开关S1、S2、S3、S4。
3.2护士值班室报警电路设计
接收端LED及蜂鸣器电路
L1、L2分别对应病床1的呼叫和紧急呼叫指示;L3、L4分别对应病床2的呼叫和紧急呼叫,每当有灯亮时蜂鸣器鸣叫。
3.3单片机复位电路
3.4RS-485通信电路
3.5整体电路
发送端
接收端
3.6整机原件清单
电阻:
5k15个
10k4个
1k2个
5005个
1202个
电容:
30p4个
10μ2个
0.1μ8个
LED:
8个
晶振:
12MHz1个
电铃:
1个
按键开关:
8个
51单片机:
2个
MAX485:
2个
MAX232:
2个
三极管:
9个
第四章测试与调整
4.1主控制电路的测试与调整
开始的设计是用按键开关,病人按一次按键,对应的LED灯亮,第二次按,对应的LED灭。
由于中断口有限,我们采用了查询方式,一开始会出现按键按下去没有反应的情况,经检查,是由于查询方式本身存在的弊端,不能像中断一样迅速反应按键的变化。
查询方式下检测按键,只有当程序进行到此步骤时才检测,而中断是在任何情况下有按键中断就进行。
仔细考虑后,我们增加了循环程序的延时时间,使一个循环的时间差不多是人一次按键的时间。
更改后勉强能达到效果。
指导老师检查后,按照医院管理中的实际要求,给我们提出了改进意见:
由于病人在紧急情况下可能会不停的按按钮,不经意间会将灯给按灭,所以关灯按钮应该另设,由护士关灭。
按照这样的要求,查询方式也能够实现,而且很稳定。
4.2护士值班室报警电路的测试与调整
发送端电路调试完成后,将其与接收端相连,接收端没有任何反应,检查线路无误。
将程序在自己的单片机盒子上模拟没有错误。
这样一来,程序和电路都无误?
本次的课程设计陷入僵局。
三天后,在一次线路测试中,发现了通信接线的错误,原来我一直把单片机的P3.6口当成了P3.7口。
更正后,终于能够通信了,结果很理想,没有错误。
4.3主控软件框图
4.4接收软件框图
4.5整体电路测试
当通信接线错误的问题解决后,整体的调试也进行的非常的顺利,测试结果与预期的结果完全一致。
具体结果:
发送端有病人的按键按下时对应的灯亮,并且信息被传送到接收端,接收端对应的灯也点亮闪烁并伴随蜂鸣;当发送端的取消按钮按下时,对应的指示灯灭,接收端对应的指示灯也熄灭,蜂鸣停止。
第五章设计小结
5.1设计任务完成情况
任务的完成比预期晚了,原本是计划三个星期完成,结果却拖到了第四个星期。
完成后的实验成果,模拟了医院病房呼叫系统,由于材料有限,我们模拟的是双机通信。
实物部分已经满足要求。
另外硬件图,程序都已完成,实验报告即将完成。
5.2问题及改进
我们用按键开关来实现指示灯的点亮和关闭,但是并没有用中断,由于中断口数量有限,所以我们选用了一般的I/O口。
这样一来,编程就会有很多麻烦,最终没有得出满意的效果。
老师指导后,我们把开灯和关灯分成两个键,这样一来不但避免了病人的误操作,也降低了程序的难度。
课程设计中途,我们遇到了硬件的问题,检查了一遍又一遍还是不果,就在我们快要放弃的时候,一不小心把错误检查出来了——是接线的错误,起初我们还以为原来的接线方式是完全正确的,已经将接线问题排除在外了,所以试验中确实不可以想当然。
5.3心得体会
经过漫长的暑假,开学一来就是课程设计。
第一天就把题目给我们,紧接着就是查资料。
说实话,当时我还没有一点头绪或是还没进入状态,最主要的是连实验要求都要我们自己来定,也就是说整个实验给我们的就是一个题目“医院病房呼叫系统”。
在搜索资料的过程中,我看到了好多传统的或是高级的医院病房呼叫机器,还有许多其他学校的设计报告,根据这些,我们初步确定了本课题的实验要求。
第二天开始画图,用protel软件画图,之前虽然用过,但是基本忘的差不多了,只有不断地学习和向同学请教。
一开始我还有点疑惑,为什么程序还没写就开始画图,后来想想也对,画图就是确定输入,输出,确定了程序的整体走向。
就这样,我们一边学习protel软件,一边在把图一点一点的拼起来。
画完图之后要老师来检查,结果错误一大堆都是一些最基本的元器件连接问题:
案件开关要上拉电阻和接地,LED要接三极管等。
画图的这一周,各组的方案需要不断地完善,以顺应实际的需求。
就这样我们的设计要求在审查中被改了又改,我们也渐渐的融入了真实系统的需求设计中。
因为没有学过单片机C语言,所以一开始入手编程比较迷茫,但是借助网上的程序,我把他们拼接起来并不断的调试和完善。
在此之中慢慢理解了语句的含义,编程中发挥越来越自如。
将程序存入单片机后,开始模拟,但按键开关总是不灵敏,再三考虑,其实是程序本身的问题,中断端口无论怎样都不可能用查询口来代替。
正纠结于这个问题时,又发现了问题,接收端口无效,这可是大问题,于是重点又转移到了这边。
第二天,我们开始检查问题,首先程序肯定没有问题,因为我在自己曾经买的单片机上模拟过,完全能实现。
然后就是线路的问题,经过各个点的仔细检查,没有发现问题。
设计进度由此而停滞不前。
哪天老师检查完后,也没有说是什么原因,我在那里摆弄了半天,最终长吸一口气,准备放弃。
那时候不知为什么把其中的一根线换了个接口,竟然奇迹般的成功了。
最后发现是通信总线的接线错误。
这一下可给了我重重的一击,因为我之前一直认为这边的接线是准确无误的。
后来完善要求的时候我们正好也解决了按键的问题。
从开始到现在,所有的问题都解决了。
总结起来,做课程设计之前一定要对自己的课题感兴趣,实践中要不断地学习完善自己,鼓励和相信自己,遇到问题要科学的解决,不要想当然。
当真正做出成果的时候就会发现,其实也不难。
第三部分
附
录
参考资料
[1]张毅刚主编.《单片机原理及应用》(第一版).高教出版社.2003
[2]程德福林君主编.《智能仪器》(第二版).机械工业出版社.2009
[3]杜宇人主编.《现代电子测量技术》(第一版).机械工业出版社.2009
[4]侯殿有主编.《单片机C语言程序设计》.人民邮电出版社.2010
实物图
发送端
接收端
C程序
发送端:
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbita1=P1^0;
sbita2=P1^1;
sbita3=P1^2;
sbita4=P1^3;
sbita6=P1^6;
sbita5=P1^7;
sbitb1=P0^0;
sbitb2=P0^1;
sbitb3=P0^2;
sbitb4=P0^3;
sbitfs=P3^7;
voiddelay(unsignedintdelaytime)//延时程序
{
unsignedintj=0;
for(;delaytime>0;delaytime--)
{
for(j=0;j<125;j++)
{;}
}
}
voidmain()
{
intw=0,x=0,y=0,z=0;
TMOD=0x20;//设置为定时器1方式2
TH1=0xfd;//装初值,波特率设为9600
TL1=0Xfd;
EA=1;//开总中断
ES=1;//开串口中断
SCON=0x50;//串口控制寄存器设置,方式1、开串口接收。
SM0=0;SM1=1;REN=1;
PCON=0x80;
TR1=1;//开启定时器1中断
P0=0xff;//P0口清零
while
(1)
{
if(!
a1)//亮灯算法
delay(20);
if(!
a1)
{
w+=1;
if(w!
=0)
b1=0;
}
if(!
a2)
delay(20);
if(!
a2)
{
x+=1;
if(x!
=0)
b2=0;
}
if(!
a3)
delay(20);
if(!
a3)
{
y+=1;
if(y!
=0)
b3=0;
}
if(!
a4)
delay(20);
if(!
a4)
{
z+=1;
if(z!
=0)
b4=0;
}
if(!
a5)
delay(20);
if(!
a5)
{
w=0;
x=0;
b1=1;
b2=1;
}
if(!
a6)
delay(20);
if(!
a6)
{
y=0;
z=0;
b3=1;
b4=1;
}
fs=1;
SBUF=P0;//发送数据
delay(1000);
}
}
接收端:
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitbeep=P0^4;
sbitjs=P3^7;
voiddelay(unsignedintdelaytime)//延时程序
{
unsignedintj=0;
for(;delaytime>0;delaytime--)
{
for(j=0;j<125;j++)
{;}
}
}
voidmain()
{
inta=0xff,i;
TMOD=0x20;//设置为定时器1方式2
TH1=0xfd;//装初值,波特率设为9600
TL1=0xfd;
EA=1;//开总中断
ES=1;//开串口中断
SCON=0x50;//串口控制寄存器设置,方式1、开串口接收。
SM0=0;SM1=1;REN=1;
PCON=0x80;
TR1=1;//开启定时器1中断
P0=0xff;//P0口置1
while
(1)
{
js=0;
if(RI)
{
RI=0;
a=SBUF;
}
P0=a;
if(a!
=0xff)//蜂鸣器频响
{
for(i=0;i<200;i++)
{beep=0;
delay(5);
beep=1;
delay(5);
}
}
delay(500);
P0=0xff;
delay(500);
}
}