基于單片機(jī)的病房呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 基于單片機(jī)的病房 呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì) 姓 名 專 業(yè) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 鄭州科技學(xué)院信息工程學(xué)院二一五年六月目 錄摘 要 .IAbstract .II1 緒論 .11.1 課題研究的背景及意義 .11.2 國(guó)內(nèi)外的研究狀況 .11.3 無(wú)線通信技術(shù) .21.3.1 IrDA 紅外無(wú)線技術(shù) .21.3.2 藍(lán)牙技術(shù) .31.3.3 超寬頻（UWB）技術(shù) .31.3.4 Wi-Fi(IEEE802.11)技術(shù) .41.3.5 Zigbee 技術(shù) .42 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) .52.1 病房呼叫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 .52.2 方案論證 .52.3 方案選擇 .72.4 整體設(shè)計(jì)思路 .83 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) .93.1 呼叫發(fā)射終端的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) .93.2 接收顯示終端的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) .103.2.1 單片機(jī)的選擇 .103.2.2 無(wú)線接收模塊 .123.2.3 顯示電路 .143.2.4 報(bào)警電路 .163.2.5 查看、清零電路 .174 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) .184.1 主程序設(shè)計(jì) .184.2 數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊程序設(shè)計(jì) .184.3 顯示報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì) .195 系統(tǒng)調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 .205.1 軟件調(diào)試 .205.2 硬件調(diào)試 .215.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 .23結(jié) 論 .24致 謝 .25參考文獻(xiàn) .26附錄 1 系統(tǒng)總體電路圖 .27附錄 2 元器件清單 .28附錄 3 實(shí)物圖 .29附錄 4 源程序 .30基于單片機(jī)的病房呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的病房呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要醫(yī)療呼叫系統(tǒng)是提高醫(yī)院醫(yī)療服務(wù)水平和質(zhì)量的一個(gè)重要組成部分，醫(yī)院醫(yī)務(wù)人員與病人之間信息溝通是醫(yī)療呼叫系統(tǒng)的主要功能。無(wú)線醫(yī)療呼叫系統(tǒng)可在不改變病房現(xiàn)有布局的情況下實(shí)現(xiàn)醫(yī)務(wù)人員與病人之間的交流。本文介紹了一種基于STC89C51單片機(jī)的病房呼叫系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)以STC89C51單片機(jī)為核心輔以無(wú)線模塊以及顯示電路，能夠?qū)崿F(xiàn)病人和醫(yī)護(hù)人員之間的信息傳遞。當(dāng)有按鍵按下時(shí)，無(wú)線發(fā)射模塊編碼并發(fā)射信號(hào)，再由無(wú)線接收模塊接收到信號(hào)譯碼后匯總到單片機(jī)，最終由LCD1602示出呼叫者的病床號(hào)并伴有蜂鳴器的報(bào)警聲，從而獲得醫(yī)療救治。此系統(tǒng)能夠?yàn)獒t(yī)院提供一個(gè)成本低效率高、操作方便和易于安裝維護(hù)的快捷系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；無(wú)線模塊；LCD1602；蜂鳴器；呼叫系統(tǒng)基于單片機(jī)的病房呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)ITHE DESIGN OF SICKBED CALLING SYSTEM BASED ON SINGLE CHIP MICORCOMPUTEAbstractMedical Call system is used to improve the health care in hospital and its main function is to keep in touch between the doctors or the nurses and the patients. They can contact with each other by the wireless medical call system(WMCS) under unchanging existing wards layout. This paper introduces a kind of Sickbed Calling System based on STC89C51 Single Chip Microcomputer. All the system as STC89C51 Single Chip Microcomputer as core, and coupled with wireless module and display circuit, so it let the exchange between doctors and patients comes true. This project use the button replace the button beside sickbed. When someone press down the button beside the sickbed to need doctors or nurses help.Through the wireless send module to send the message, then received by wireless receive module and collected by Single Chip Microcomputer, displayed by LCD1602 indicator and accompany with alarming from buzzer at last, so that they receive the help from doctors or nurses. This equipment provide a low cost and efficient and easy to manipulate system to the hospital.Keywords：Single Chip Microcomputer; LCD1602; Buzzer; Calling System基于單片機(jī)的病房呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)01 緒論1.1 課題研究的背景及意義病房呼叫系統(tǒng)是一種能夠?yàn)椴》孔o(hù)士與病人提供遠(yuǎn)程對(duì)話的輔助工具，它可以有效地加強(qiáng)護(hù)士與病人之間的聯(lián)系，提高醫(yī)療護(hù)理水平，緩和醫(yī)患之間的緊張關(guān)系。如何利用如今先進(jìn)的信息科學(xué)技術(shù)來(lái)服務(wù)于醫(yī)療領(lǐng)域，從而更大程度的提高醫(yī)院的服務(wù)質(zhì)量及利潤(rùn)，滿足人們需求是現(xiàn)在醫(yī)院信息化建設(shè)中的一個(gè)重要著眼點(diǎn)。醫(yī)療呼叫系統(tǒng)已經(jīng)成為醫(yī)院不可缺少的監(jiān)護(hù)設(shè)備，是各醫(yī)院現(xiàn)代化的標(biāo)志，它對(duì)于病人和醫(yī)護(hù)人員之間的信息溝通起到了至關(guān)重要的作用，能夠有效地保證病人及時(shí)得到醫(yī)護(hù)人員的看護(hù)和醫(yī)治。病房呼叫系統(tǒng)是現(xiàn)代化醫(yī)院實(shí)現(xiàn)信息化、智能化以及現(xiàn)代化管理的重要組成部分,可以有效地提升醫(yī)院的形象，強(qiáng)化醫(yī)院的管理 1。在當(dāng)今的醫(yī)療系統(tǒng)中，各種電子檢測(cè)儀器、治療儀器被廣泛應(yīng)用，從而有效的提高了診斷的準(zhǔn)確度以及治療效果。醫(yī)院的呼叫護(hù)理系統(tǒng)從傳統(tǒng)上陪護(hù)家屬們的口頭呼叫到電子按鈴呼叫，至今國(guó)內(nèi)大多數(shù)醫(yī)院仍停留在電子按鈴呼叫的階段，只有少數(shù)醫(yī)院實(shí)現(xiàn)了電子通話的功能，醫(yī)院中呼叫系統(tǒng)是否得力直接關(guān)系到病人的人身健康，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?duì)病人造成生命威脅。隨著我國(guó)信息事業(yè)的持續(xù)、快速發(fā)展，通信基礎(chǔ)設(shè)施日臻完善，當(dāng)代世界通信技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)是數(shù)字化、綜合化、寬帶化、智能化和個(gè)人化 2。病房呼叫系統(tǒng)是以醫(yī)院為平臺(tái)，綜合利用無(wú)線通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將報(bào)警呼叫有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的病床呼叫管理系統(tǒng)，提升醫(yī)護(hù)人員的工作效率、病人的健康安全指數(shù)以及便利程度，并且實(shí)現(xiàn)醫(yī)務(wù)工作者及時(shí)處理病人的呼叫。1.2 國(guó)內(nèi)外的研究狀況工業(yè)革命開(kāi)始于歐洲，很大程度上推動(dòng)了歐洲各國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，歐洲各國(guó)在電子產(chǎn)品領(lǐng)域上自然也是領(lǐng)先于我國(guó)的。在歐洲較為發(fā)達(dá)的國(guó)家，其醫(yī)院的病床呼叫系統(tǒng)非至善至美。目前最為先進(jìn)的病房呼叫系統(tǒng)是美國(guó)研制的可視系統(tǒng)即按下呼叫按鍵后，進(jìn)行呼叫的病人能夠在醫(yī)護(hù)人員收到呼叫報(bào)警后和醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行視頻對(duì)話。但我國(guó)的病房呼叫系統(tǒng)起步較晚，在上個(gè)世紀(jì)八十年代還基于單片機(jī)的病房呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)1在采用人工報(bào)警或者搖鈴報(bào)警，之后才出現(xiàn)了按鈴呼叫，但技術(shù)含量比較低 3。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，呼叫系統(tǒng)逐步由繼電器控制實(shí)現(xiàn)，由于繼電器機(jī)械觸點(diǎn)式結(jié)構(gòu)，存在觸點(diǎn)多，可靠性差等缺點(diǎn)，使得其在病房緊急呼叫系統(tǒng)中的應(yīng)用受到很大限制 4-7。改革開(kāi)放以來(lái)隨著新產(chǎn)品的引進(jìn)，電子技術(shù)的發(fā)展，門(mén)鈴式呼叫系統(tǒng)漸漸的在國(guó)內(nèi)各醫(yī)療機(jī)構(gòu)普及，但由于技術(shù)含量低，穩(wěn)定性差等不足，在應(yīng)用方面還存在許多隱患。當(dāng)前，少數(shù)成型的無(wú)線病房呼叫系統(tǒng)基本上采用基于 RF 無(wú)線射頻技術(shù)進(jìn)行傳輸，在連接方面省去了專用線路，大大減少了施工量，而且美化了外觀。但這種系統(tǒng)的最大缺陷是容易產(chǎn)生同頻信號(hào)干擾，在同一頻段內(nèi)的其他無(wú)線設(shè)備工作時(shí)，信號(hào)將會(huì)抵消。此外，當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送呼叫信號(hào)至護(hù)士站時(shí)相互間搶占信道，護(hù)士站主機(jī)會(huì)丟掉其中的部分呼叫請(qǐng)求，可靠性相對(duì)較低。目前國(guó)內(nèi)許多醫(yī)院的病房呼叫系統(tǒng)也只是簡(jiǎn)單地按鍵觸發(fā)，引起醫(yī)護(hù)值班室中顯示出呼叫病床號(hào)并有報(bào)警鈴響起，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)呼叫病人和醫(yī)護(hù)工作人員之間的語(yǔ)音對(duì)話功能，好讓醫(yī)護(hù)工作人員清楚呼叫者的需求（病人出現(xiàn)不適或者患者需更換吊瓶等需求），提高醫(yī)護(hù)人員的工作效率降低病患者的健康風(fēng)險(xiǎn)。時(shí)至今日，病房呼叫系統(tǒng)也在日益完善并且正朝著小型化，智能化以及人性化的方向發(fā)展，相信在不久的將來(lái)，我國(guó)的無(wú)線病房呼叫產(chǎn)品也會(huì)站在世界同行的前列。1.3 無(wú)線通信技術(shù)1.3.1 IrDA 紅外無(wú)線技術(shù)IrDA 是紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)的縮寫(xiě)，全稱為 The Infrared Data Association，是 20世紀(jì) 90 年代初期成立的一個(gè)國(guó)際性非營(yíng)利組織，負(fù)責(zé)制定和推廣可以共同實(shí)用的低成本紅外數(shù)據(jù)互聯(lián)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。IrDA 的宗旨是制定以合理的代價(jià)，來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，從而促使紅外通信技術(shù)的發(fā)展。IrDA 標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線設(shè)備傳輸速率已經(jīng)從原先的 115.2kbps 逐步發(fā)展到了 4Mkbps、16Mkbps 8 。紅外無(wú)線通信技術(shù)是一種利用紅外線進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的技術(shù)。紅外通信技術(shù)由于其價(jià)格低廉、使用方便，解決了有線連接的許多不便，因而受到了家電設(shè)備廠商、電腦外圍設(shè)備商、以及通信設(shè)備廠商的高度重視。目前，支持它的基于單片機(jī)的病房呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)2軟硬件技術(shù)都很成熟，在小型移動(dòng)設(shè)備上被廣泛使用。它具有移動(dòng)通信所需的體積小、功耗低、連接方便、簡(jiǎn)單易用、成本低廉、不需申請(qǐng)頻段及技術(shù)比較成熟的特點(diǎn)，但 IrDA 用于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)上的最大問(wèn)題在于只能在 2 臺(tái)設(shè)備之間連接，并且存在有視距角度等問(wèn)題。1.3.2 藍(lán)牙技術(shù)藍(lán)牙（luetooth）技術(shù)一開(kāi)始就瞄準(zhǔn)了無(wú)線局域網(wǎng)的市場(chǎng)，在 10 米到 100米的空間內(nèi)，支持該技術(shù)的移動(dòng)或非移動(dòng)設(shè)備可方便地建立網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)行音頻通信。藍(lán)牙技術(shù)的最終目標(biāo)是建立一個(gè)全球統(tǒng)一的無(wú)線連接標(biāo)準(zhǔn)，使不同廠家生產(chǎn)的移動(dòng)計(jì)算機(jī)和便攜式設(shè)備能在近距離通過(guò)無(wú)線的方式連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)交叉操作以及交互信息數(shù)據(jù)共享，各種信息化的移動(dòng)便攜設(shè)備通過(guò)無(wú)線的連接方式實(shí)現(xiàn)資源共享 9。藍(lán)牙列入了 IEEE 802.15.1 標(biāo)準(zhǔn)，其規(guī)定子包括 PHY 層、MAC 層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的集成協(xié)議棧。藍(lán)牙的工作頻率為 2. 4GHz，有效范圍半徑約l0m。在其范圍內(nèi)，設(shè)備相互間可自動(dòng)使用無(wú)線的方式連成一個(gè)微網(wǎng)，進(jìn)行聯(lián)絡(luò)與確認(rèn)。另外，藍(lán)牙對(duì)每個(gè)微網(wǎng)只能配置 7 個(gè)節(jié)點(diǎn)，制約了其在大型傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用 10。1.3.3 超寬頻（UWB）技術(shù)超寬頻（UWB）全稱為 ULTRA WIDE BAND，該技術(shù)發(fā)展于 20 世紀(jì) 60年代，當(dāng)時(shí)主要研究微波網(wǎng)絡(luò)在面對(duì)時(shí)域脈沖時(shí)產(chǎn)生的瞬間行為。80 年代后期，UWB 技術(shù)開(kāi)始被稱為無(wú)載波或脈沖無(wú)線電，美國(guó)國(guó)防部在 1989 年首次使用“超寬頻”這個(gè)詞。UWB 技術(shù)帶寬相對(duì)較大，分辨率高，抗干擾強(qiáng)、保密性好、定位精確、系統(tǒng)容量大且傳輸速率高。根據(jù)最新的美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）的定義，超寬頻系統(tǒng)的中心頻率高于 2.5GHz，并具有至少500MHz 的 l0dB 頻寬。UWB 種類眾多，因此潛在的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，包括無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）、個(gè)人局域網(wǎng)絡(luò)（PAN）、短距離雷達(dá)（如汽車傳感器、防撞系統(tǒng)、智能型高速公路感測(cè)系統(tǒng)及液態(tài)物體書(shū)評(píng)偵測(cè)系統(tǒng)）、穿地雷達(dá)，以及應(yīng)用在醫(yī)療監(jiān)視與運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練等領(lǐng)域的人體局域網(wǎng)絡(luò) 11?；趩纹瑱C(jī)的病房呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)31.3.4 Wi-Fi(IEEE802.11)技術(shù)Wi-Fi（Wireless Fidelity）是一種無(wú)線通信協(xié)議。IEEE802. 11 的最初規(guī)范是在 1997 年提出，主要目的是提供 WLAN 接入，是目前 WLAN 的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802. 11 流行的幾個(gè)版本包括：“a”（波段為 5. 8GHz，帶寬為54Mbps），“b” （波段為 2. 4GHz，帶寬為 11Mbps）和“g”（波段為 2. 4GHz，帶寬為 22Mbps）。Wi-Fi 技術(shù)的工作頻率為 2. 4GHz，最高傳輸率能達(dá)到11Mbps。Wi-Fi 規(guī)定了協(xié)議的物理層和媒體接入控制層，并依賴 TCP/IP 作為網(wǎng)絡(luò)層。Wi-Fi 技術(shù)能讓無(wú)線用戶得到以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)性能及速率，且可無(wú)縫地將多種 LAN 技術(shù)集成起來(lái)，形成一種能最大限度地滿足用戶需求的網(wǎng)絡(luò)，具有部署方便、通信可靠、抗干擾能力強(qiáng)、成本低、靈活性好、吞吐量大等特點(diǎn)。由于其優(yōu)異的帶寬是以大的功耗為代價(jià)的，因此大多數(shù)便攜 Wi-Fi 裝置都需要常規(guī)充電，這些特點(diǎn)限制了它在工業(yè)場(chǎng)合的推廣和應(yīng)用 12。1.3.5 Zigbee 技術(shù)2004 年 12 月，由英國(guó) Invensys 公司、日本三菱電氣公司、美國(guó)摩托羅拉公司和荷蘭飛利浦半導(dǎo)體公司共同發(fā)起，加入聯(lián)盟來(lái)研發(fā)名為、“ZigBee”的下一代無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn) 13。目前，這個(gè)聯(lián)盟已經(jīng)吸引了上百家芯片公司、無(wú)線設(shè)備開(kāi)發(fā)商和制造商的加入 14ZigBee 聯(lián)盟正式發(fā)布了 ZigBee 技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn) 15。ZigBee（IEEE802. 15. 4）技術(shù)是一種短距離的無(wú)線通信技術(shù)，使用 2. 4GHz 波段，采用跳頻及擴(kuò)頻技術(shù)。ZigBee 網(wǎng)絡(luò)具有低功耗、低成本、低速率、近距離、短時(shí)延、高容量、省電、安全及免執(zhí)照頻段的特點(diǎn)，主要應(yīng)用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間，典型的傳輸數(shù)據(jù)類型有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)。ZigBee 技術(shù)的應(yīng)用目標(biāo)主要是：工業(yè)控制（如自動(dòng)控制設(shè)備、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)）、醫(yī)護(hù)（如無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)）、家庭智能控制（如照明、水電氣計(jì)量及報(bào)警等）、消費(fèi)類電子設(shè)備的遙控裝置、PC 外設(shè)的無(wú)線連接等領(lǐng)域。因 ZigBee 產(chǎn)品的互操作性與廠商無(wú)關(guān)，免去每次為制定方案的重新設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了產(chǎn)品的革新，應(yīng)用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和通用平臺(tái)更具經(jīng)濟(jì)效益 16-18?；趩纹瑱C(jī)的病