醫(yī)院病房呼叫器的設(shè)計】【無線】【51單片機+nRF905無線模塊】【畢業(yè)設(shè)計】

1、摘 要隨著科技的發(fā)展，無線應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)滲透到生活的各個領(lǐng)域，無線傳輸技術(shù)也越來越成熟。本設(shè)計是將無線傳輸技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)院的研究型課題，實現(xiàn)基于單片機的由無線傳輸模塊構(gòu)成的無線醫(yī)院病房呼叫器。本畢業(yè)設(shè)計以stc89c52單片機為控制核心，通過無線收發(fā)模塊nrf905發(fā)射接收信號，經(jīng)stc89c52單片機處理后顯示輸出并伴有報警提示,從而實現(xiàn)病人與護士之間的無線遠距離通信。本病房呼叫系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離發(fā)射接收，其性能穩(wěn)定、占用空間小、使用材料少、傳輸速度快、距離遠，能夠滿足醫(yī)院應(yīng)用的要求。關(guān)鍵詞： 單片機stc89c52；無線傳輸模塊；病房呼叫abstractwith the development

2、 of science and technology, the wireless application technology has penetrated into every field of life, and the wireless transmission technology is also more and more mature.this design is about that the wireless transmission technology is applied to hospital research subject to make the wireless h

3、ospital sickroom beeper which is based on single chip microcomputer and wireless transmission module. this design is taking stc89c52 as core control to realize the wireless long-distanced communication between the patients and the nurses with nrf905 wireless module transmitting and receiving signals

4、.the sickroom call system can realize long transmission and receival .besides,it has stable performance, high transmission speed and long transmission distance,and takes less rooms, uses less material, and can satisfy the requirements of hospital application.keywords: chip microcomputer stc89c52,wir

5、eless transmit module,sickroom beeper前 言當(dāng)代科學(xué)技術(shù)日益向高速化、智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，各種各樣的制造業(yè)和通信業(yè)設(shè)備除了可以與計算機聯(lián)機外，還可以互相聯(lián)機，而實現(xiàn)設(shè)備間相互聯(lián)機的最具發(fā)展?jié)摿Φ姆绞骄褪菬o線通信。與有線通信方式相比，無線通信具有一系列優(yōu)點，特別適用于手持現(xiàn)場設(shè)備、電池供電設(shè)備、遙控遙測設(shè)備、水文氣象監(jiān)控設(shè)備、生物信號采集系統(tǒng)、工業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。在上述無線通信技術(shù)應(yīng)用實際中，無線通信協(xié)議起著至關(guān)重要的作用，直接關(guān)系到無線通信系統(tǒng)的安全性和誤碼率以及系統(tǒng)運行的速度。醫(yī)院病房呼叫器主要應(yīng)用于醫(yī)院病房、養(yǎng)老院等地方，方便醫(yī)護人員和病人之間的

6、溝通，是提高醫(yī)院水平的必備設(shè)備之一。病房呼叫系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響到病人的安危，歷來受到各大醫(yī)院的普遍重視。它要求及時、準確可靠、簡便可行、利于推廣。我國傳統(tǒng)的醫(yī)院病房呼叫系統(tǒng)采用的大多都是有線傳輸，存在著安裝布線復(fù)雜，檢查維修困難，抗干擾能力差，病房擴建不易及費用高，不雅觀的缺陷。為克服以上的不足，本畢業(yè)設(shè)計介紹的是一種無線的醫(yī)院病房呼叫器，其使用專用的無線收發(fā)模塊nrf905，并使用單片機控制。這樣不但解決了復(fù)雜布線等問題，更能提高醫(yī)療服務(wù)水平，適應(yīng)現(xiàn)代社會需求。目 錄第1章 緒 論 .1 1.1 背景.1 1.2 設(shè)計的目的及意義.1 1.3 相關(guān)領(lǐng)域國內(nèi)外技術(shù)和發(fā)展趨勢. .2第2章 方案

7、設(shè)計.3 2.1 方案概述.3 2.2 方案設(shè)計.32.2.1 單片機的選擇 .42.2.2 無線收發(fā)模塊的選擇 .42.2.3 按鍵的選擇 .42.2.4 顯示方式的選擇 .52.2.5 報警器的選擇 .52.2.6 電源轉(zhuǎn)換電路的選擇 .5第3章 硬件電路的設(shè)計6 3.1 單片機at89s52的功能及最小系統(tǒng)的電路設(shè)計73.2 nrf905無線收發(fā)模塊的功能.93.2.1 nrf905無線收發(fā)模塊的特點. 103.2.2 nrf905無線收發(fā)模塊工作模式.113.2.3 nrf905無線收發(fā)模塊與單片機stc89c52的連接方案.12 3.3鍵盤電路設(shè)計. .133.4 地址變更電路的設(shè)計

8、.143.5 led數(shù)碼管顯示電路.16 3.5.1 led數(shù)碼管的引腳說明.16 3.5.2 led數(shù)碼管與單片機接口電路的設(shè)計.16 3.6報警電路設(shè)計. 173.7電壓轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計.17第4章 軟件設(shè)計194.1 主機軟件設(shè)計. .194.2 分機軟件設(shè)計.214.3 無線發(fā)送模塊子程序設(shè)計. .214.4 無線接收模塊子程序設(shè)計. .23第5章 調(diào)試與實現(xiàn)265.1 keilc51軟件簡介. . .265.2系統(tǒng)硬件調(diào)試. 28第6章 結(jié)論29第7章 社會經(jīng)濟效益分析30致謝. . .31參考文獻. . .32附錄 從機電路原理圖.35附錄 主機電路原理圖.36附錄 主機程序清單.3

9、7附錄 從機程序清單.45第1章 緒 論1.1背景近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，人們對醫(yī)療水平的要求也不斷提高，特別是突發(fā)情況下病人請求值班醫(yī)生或護士進行及時診斷或護理，這一環(huán)節(jié)對提高醫(yī)院的管理服務(wù)質(zhì)量顯得尤其重要，這同時也大大提高了醫(yī)院醫(yī)護人員應(yīng)對突發(fā)事件的能力。在以往醫(yī)院，病人遇到突發(fā)情況時，由于向醫(yī)護人員得不到及時的救助，往往錯過了最佳治療的時間，最后造成小病釀成大病，大病釀成無法醫(yī)，最后導(dǎo)致無藥可醫(yī)以至于死亡，因此,一種新型醫(yī)院病房呼叫器的研制很有必要。醫(yī)院病房呼叫器可將病人的請求快速傳送給值班醫(yī)生或護士,并在值班室的監(jiān)控中心主機上留下準確完整的記錄,是提高醫(yī)院和病室護理水平的必

10、備設(shè)備之一。呼叫器的優(yōu)劣直接關(guān)系到病員的安危,歷來受到各大醫(yī)院的普遍重視。它要求及時、準確、可靠、簡便可行、利于推廣。目前大多醫(yī)院的病床呼叫系統(tǒng)采用有線傳輸方式，有線傳輸占用空間較大，耗材多，而且不易移動，因此現(xiàn)今需要對病床呼叫系統(tǒng)進行升級，近年來在我國無線領(lǐng)域有了大的進展，這為此提供了有力的技術(shù)支持。1.2設(shè)計的目的和意義一款適合服務(wù)性行業(yè)的無線呼叫系統(tǒng)，對人們生活的改善，對企業(yè)形象的提升起著十分重要的作用。對醫(yī)院單位而言，在同類行業(yè)中，安靜清雅的環(huán)境更具有競爭優(yōu)勢，快而準的服務(wù)極大地提高了工作人員的辦事效率，便捷的呼叫系統(tǒng)節(jié)約了大量的人力，財力。對醫(yī)務(wù)人員而言，不需要時刻去查房、巡邏，更不

11、需要高聲應(yīng)答病人或家屬，免去了無數(shù)次的來回奔波，維護了醫(yī)院良好的安靜環(huán)境，及時而準確的給病人帶來需要和服務(wù)。對病人及其家屬而言，不必在醫(yī)院大聲喧嘩地呼叫醫(yī)務(wù)人員，也不用親自走到護士房告知護士，更不用在各個病房到處尋找護士。即使病人在沒有家屬陪伴的情況下，也能及時呼叫得到護理。只需輕輕一按從機的按鈕，無論是在床上還是走廊，還是廁所，都能傳達呼叫的信號。護士只要在總機旁觀察就能看到呼叫的房間，便能立刻派護士去查看和護理。本設(shè)計是基于單片機和nrf905無線收發(fā)模塊實現(xiàn)的醫(yī)用無線病床呼叫系統(tǒng)，分為無線發(fā)射部分、無線接收部分、單片機控制部分、地址變更部分、顯示部分、警報呼叫部分等。本系統(tǒng)采用無線電方式

12、實現(xiàn)信號的傳遞，單片機作為控制部件協(xié)調(diào)處理整個系統(tǒng)的工作，實現(xiàn)無線信號的遠距離傳輸，減少了材料的耗費，安裝簡單，使醫(yī)患溝通更加靈活，是無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在醫(yī)院設(shè)備上的大膽應(yīng)用，具有創(chuàng)新性。1.3相關(guān)領(lǐng)域國內(nèi)外技術(shù)和發(fā)展趨勢無線呼叫器是在有線呼叫器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，我們所常見的有線呼叫器，如：醫(yī)院的病床呼叫器、電梯里的求助按鈕和公共場所的緊急報警按鈕等，因其操作簡單而有效。但是有線呼叫器需要布線，費用高，施工繁瑣而無法得到廣泛應(yīng)用。有需求，就會有產(chǎn)品，無線呼叫器應(yīng)運而生。無線呼叫器從技術(shù)和應(yīng)用可大致分為三個階段：第一階段以調(diào)幅am技術(shù)為主（即：第一代無線呼叫器），主要用于場地較小的場所；第二階段是以

13、調(diào)頻fm為核心技術(shù)的產(chǎn)品（即：第二代無線呼叫器系統(tǒng)），信號穩(wěn)定，適合大型組網(wǎng)，應(yīng)用行業(yè)從茶樓、咖啡廳等小型服務(wù)場所，發(fā)展到大型娛樂場所、酒店、工廠、超市、學(xué)校和銀行等行業(yè)，這個階段是無線呼叫器應(yīng)用發(fā)展最為迅速的一個時期；第三階段是調(diào)頻技術(shù)、語音技術(shù)和對講技術(shù)為核心的語音無線呼叫系統(tǒng)，實現(xiàn)了無線呼叫器從模擬、數(shù)字到語音的蛻變，成為無線呼叫器系統(tǒng)應(yīng)用的趨勢和主流。第2章 方案設(shè)計在對課題進行了深入了解的基礎(chǔ)上，形成了最終的設(shè)計方案，本章的內(nèi)容對本設(shè)計方案進行較為詳細的說明。首先應(yīng)該對所設(shè)計的電路的總體框圖有所了解，更應(yīng)該了解各個部分。根據(jù)對系統(tǒng)的分析與構(gòu)思，本系統(tǒng)主要是由呼叫機和主機兩部分組成。呼

14、叫機部分包括：無線發(fā)送部分、單片機控制部分、地址變更部分、按鍵部分；主機部分包括：無線接收部分、單片機控制部分、按鍵部分、報警部分、顯示部分。所以本章旨在如何最優(yōu)的選擇各部分器件以達到最佳的性價比。2.1方案概述本畢業(yè)設(shè)計是醫(yī)院病房呼叫器的設(shè)計，設(shè)計的關(guān)鍵是實現(xiàn)呼叫機與主機之間的單工通信。通過spi通信協(xié)議，實現(xiàn)單片機對無線收發(fā)模塊nrf905的控制以及數(shù)據(jù)的讀取。當(dāng)主機收到呼叫機的呼叫時，單片機會控制報警器發(fā)出報警信號并通過led數(shù)碼管進行顯示。此外還可以通過主機上的按鍵來對其進行刪除、翻頁等操作。本設(shè)計系統(tǒng)的硬件設(shè)計是以單片機stc89c52與nrf905無線模塊為核心器件的一套收發(fā)系統(tǒng)，

15、以制作出的電路板為實物，以c語言進行軟件程序設(shè)計。系統(tǒng)主要由無線收發(fā)模塊、數(shù)碼顯示電路、鍵盤電路、報警電路、單片機控制電路部分組成，電路圖如附錄i與附錄ii所示。2.2方案設(shè)計根據(jù)對系統(tǒng)工作的基本原理的了解，此設(shè)計的總體設(shè)計方案如圖2.1所示。圖2.1 總的設(shè)計方案圖2.2.1 單片機的選擇單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器cpu、隨機存儲器ram、只讀存儲器rom、多種i/o口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、a/d轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。單片機誕生于二

16、十世界70年代末，各種制造商也是很多。比如臺灣的義隆公司出品的emc單片機，microchip公司出品的pic單片機，還有stc公司出品的stc系列單片機，以及atmel公司出品的at系列單片機。根據(jù)本課題，選擇了stc公司的stc89c52單片機。因為其性價比最高，價格還很便宜，而且能完全能滿足所需的功能。2.2.2 無線收發(fā)模塊的選擇本畢業(yè)設(shè)計的無線收發(fā)模塊選擇的是nrf905無線模塊。nrf905是挪威nordic vlsi公司推出的單片射頻收發(fā)器，工作電壓為19-36v。32引腳qfn封裝(5x5mm)，工作于433868915mhz三個ism(t業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué))頻道，頻道之間的轉(zhuǎn)換時

17、間小于650us。nrf905由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，不需外加聲表面濾波器，shockburst工作模式，自動處理字頭和crc(循環(huán)冗余碼校驗)，使用spi接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以一10dbm的輸出功率發(fā)射時電流只有1lma，工作于接收模式時的電流為125ma，內(nèi)建空閑模式與關(guān)機模式，易于實現(xiàn)節(jié)能。nrf905適用于無線數(shù)據(jù)通信、無線報警及安全系統(tǒng)、無線開鎖、無線監(jiān)測、家庭自動化和玩具等諸多領(lǐng)域。nrf905片內(nèi)集成了電源管理、晶體振蕩器、低噪聲放大器、頻率合成器、功率放大器等模塊，曼徹斯特編碼解碼由片內(nèi)硬件完成無需用戶對數(shù)

18、據(jù)進行曼徹斯特編碼，因此使用非常方便。2.2.3 按鍵的選擇在單片機中，常用的按鍵有獨立按鍵和行列式按鍵兩種。獨立式按鍵就是指各鍵相互獨立，每個按鍵分別各接一根輸入線，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易地判斷出哪個按鍵被按下。獨立式按鍵是直接用i/o口線構(gòu)成的單個按鍵電路，其特點是每個按鍵單獨占用一根i/o口線，每個按鍵的工作不會影響其它i/o口線的狀態(tài)。即一個按鍵對應(yīng)著一個端口輸入，每一個按鍵都有一個按鍵電路來判斷其是否按下。行列式按鍵，也稱矩陣式按鍵，用于按鍵數(shù)目較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行，列的交叉點上。在按鍵數(shù)目較多的場合，行列式按鍵與獨立式按鍵相比，要節(jié)省很多的i/o

19、口線。所以綜合比較之下，因為本次設(shè)計中，只需要1個發(fā)送鍵，1個刪除鍵，1個翻頁鍵，按鍵不是很多，完全沒有必要選擇復(fù)雜的行列式按鍵。所以，選擇獨立式按鍵作為本次設(shè)計的按鍵系統(tǒng)。2.2.4顯示方式的選擇顯示系統(tǒng)是設(shè)計中重要的輸出部分，用來顯示系統(tǒng)的輸出結(jié)果，以便設(shè)計人員對系統(tǒng)進行調(diào)試和維護等。lcd與led都是目前兩種成熟的顯示技術(shù)，lcd是由液態(tài)晶體組成的顯示屏，而led則是由發(fā)光二極管組成的顯示屏。led顯示屏與lcd顯示屏相比，led技術(shù)更加先進，而且本次畢業(yè)設(shè)計只需要1個led數(shù)碼管即可實現(xiàn)所要求的功能，所以選擇led數(shù)碼管作為顯示系統(tǒng)。2.2.5 報警器的選擇報警電路也是本次設(shè)計電路當(dāng)中

20、一個比較重要的環(huán)節(jié)?？墒褂梅澍Q器，揚聲器，喇叭等多種器件，蜂鳴器是由蜂鳴片振動而發(fā)聲的，揚聲器一般指由線圈驅(qū)動而發(fā)聲的。雖然蜂鳴器只能發(fā)出滴滴的警報音，但是比較適用于本系統(tǒng)，為得到最高的性價比，所以選擇蜂鳴器作為報警系統(tǒng)的主體器件。2.2.6 電源轉(zhuǎn)換電路的選擇本畢業(yè)設(shè)計中使用的無線模塊需要的供電電壓為3.3v，而單片機所使用的電壓為5v，故需要電源轉(zhuǎn)換電路。這里使用的是ams1117-3.3v芯片。ams1117分為兩個版本，固定電壓輸出版本和可調(diào)電壓輸出版本，固定電壓輸出版本的輸出電壓可以為：1.8v，3.3v和5.0v，可調(diào)電壓輸出版本能提供的輸出電壓范圍為：1.8v5.5v?？紤]到使用

21、上的穩(wěn)定和方便，所以我選擇了3.3v固定電壓輸出版本的ams1117。第3章 硬件電路的設(shè)計本畢業(yè)設(shè)計的設(shè)計方案是由呼叫機和主機構(gòu)成，使用nrf905無線收發(fā)模塊，使系統(tǒng)工作在頻段433mhz附近。一個完整的無線呼叫系統(tǒng)，是由一臺主機、若干臺呼叫機構(gòu)成。每個呼叫機有唯一的識別碼，并且識別碼可以隨時修改。當(dāng)用戶按發(fā)射鍵后，識別碼被發(fā)送出去，主機接收到服務(wù)申請后，根據(jù)識別碼鑒別出是由哪一臺呼叫器發(fā)出的申請, 并給出聲音提示和顯示出呼叫器的識別號。如果有幾個呼叫器在短時間里同時呼叫, 主機則按照先后順序存儲起來, 通過按鍵實現(xiàn)翻頁查詢。此外，為了避免重復(fù)處理服務(wù)申請，主機還可以通過按鍵實現(xiàn)刪除功能。

22、呼叫分機和接收主機的連接組成框圖如圖3.1和圖3.2所示。 圖3.1 呼叫分機框圖 圖3.2 接收主機框圖 分機由撥碼開關(guān)來控制地址位的設(shè)置, 當(dāng)掃描到呼叫按鈕按下時, 其地址被讀入單片機, 經(jīng)過處理后再送至無線發(fā)射模塊發(fā)射。分機用來進行呼叫,分機的核心電路即是單片機與無線發(fā)送模塊的連接電路。主機負責(zé)接收分機發(fā)來的信號, 并進行顯示和報警。主機上還設(shè)有鍵盤用于翻查、刪除記錄, 所以主機上應(yīng)接有鍵盤電路、顯示電路和報警電路。3.1單片機stc89c52的功能及最小系統(tǒng)的電路設(shè)計stc89c52是一個低功耗，高性能cmos 8位單片機，片內(nèi)含8k bytesisp(in-system progra

23、mmable)的可反復(fù)擦寫1000次的flash只讀程序存儲器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準 mcs-51指令系統(tǒng)及80c51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和isp flash存儲單元，功能強大的微型計算機的stc89c52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。stc89c52具有如下特點：40個引腳，8k bytes flash片內(nèi)程序存儲器，256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），32個外部雙向輸入/輸出（i/o）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩器。另外，st

24、c89c52可降至0hz靜態(tài)邏 輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，cpu停止工作，允許ram、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。stc89c52共有四個8位的并行i/o口：p0、p1、p2、p3端口，對應(yīng)的引腳分別是p0.0 p0.7，p1.0 p1.7，p2.0 p2.7，p3.0 p3.7，共32根i/o線。每根線可以單獨用作輸入或輸出。 p0 口：p0口是一個8位漏極開路的雙向i/o口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個ttl邏 輯電平。對p0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪

25、問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，p0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，p0不具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，p0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 p1 口：p1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o口，p1輸出緩沖器能驅(qū)動4 個ttl邏輯電平。對p1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。此外，p1.0和p1.1分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（p1.0/t2）和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（p1.1/t2ex）。在flash編程

26、和校驗時，p1口接收低8位地址字節(jié)。此外，p1.0和p1.1分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（p1.0/t2）和定時器/計數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（p1.1/t2ex）。 p2口：p2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2輸出緩沖器能驅(qū)動4個ttl邏輯電平。對p2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時，p2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，p2口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。

27、在flash編程和校驗時，p2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 p3 口：p3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p3 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 ttl邏輯電平。對p3 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。p3口亦作為stc89c52特殊功能使用，在flash編程和校驗時，p3口也接收一些控制信號。 單片機的引腳圖如圖3.3所示。圖3.3 stc89c52單片機引腳圖單片機最小系統(tǒng)，是指用最少的元件與單片機組成的可以工作的系統(tǒng)。對52單片機來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機、晶振電路、復(fù)位電路。單片機接口電路主要用來連接計算機和其他外部設(shè)備，各功能模塊及

28、原理如下：復(fù)位電路：單片機最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容c3的大小直接影響單片機的復(fù)位時間，一般采用10-30f，51單片機最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時間越短。單片機工作之后，只要在rst引線上加載10ms以上的高電平，單片機就能有效地復(fù)位。cs-51單片機通常采用自動復(fù)位和按鍵復(fù)位兩種方式。這里采用按鍵復(fù)位和上電復(fù)位兩種電路結(jié)合。晶振電路：典型的晶振取11.0592mhz，晶振越大，則單片機的處理速度越快。單片機的最小起振電容c1，c2一般采用15-33pf，并且電容離晶振越近越好。單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計電路如圖3.4所示。 圖3.4 單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計電路 3.2 nrf905無線收發(fā)模塊的功

29、能nrf905單片無線收發(fā)器是挪威nordic公司推出的單片射頻發(fā)射器芯片，工作電壓為1.9-3.6v，32引腳qfn封裝（5mm5mm），工作于433/868/915mhz3個ism頻道（可以免費使用）。nrf905無線收發(fā)模塊的引腳圖如圖3.5所示。圖3.5 nrf905引腳圖nrf905可以自動完成處理字頭和crc（循環(huán)冗余碼校驗）的工作，可由片內(nèi)硬件自動完成曼徹斯特編碼/解碼，使用spi接口與微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低，以-10dbm的輸出功率發(fā)射時電流只有11ma，在接收模式時電流為12.5ma。 nrf905單片無線收發(fā)器工作由一個完全集成的頻率調(diào)制器，一個帶解調(diào)器的

30、接收器，一個功率放大器，一個晶體振蕩器和一個調(diào)節(jié)器組成。shockburst工作模式的特點是自動產(chǎn)生前導(dǎo)碼和crc，可以很容易通過spi接口進行編程配置。3.2.1 nrf905無線收發(fā)模塊特點（1） 真正的單片（2） 低功耗shockburst工作模式 （3） 工作電源電壓范圍1.93.6v （4） 多通道工作etsi/fcc兼容 （5） 通道切換時間650us （6） 極少的材料消耗 （7） 無需外部saw濾波器（8） 輸出功率可調(diào)至10dbm （9） 傳輸前監(jiān)聽的載波檢測協(xié)議 （10） 當(dāng)正確的數(shù)據(jù)包被接收或發(fā)送時有數(shù)據(jù)準備就緒信號輸出 （11） 偵測接收的數(shù)據(jù)包當(dāng)?shù)刂氛_輸出地址匹配信

31、號3.2.2 nrf905無線收發(fā)模塊的工作模式nrf905采用nordic公司的vlsi shockburst技術(shù)。shockburst技術(shù)使nrf905能夠提供高速的數(shù)據(jù)傳輸，而不需要昂貴的高速mcu來進行數(shù)據(jù)處理/時鐘覆蓋。通過將與rf協(xié)議有關(guān)的高速信號處理放到芯片內(nèi)，nrf905提供給應(yīng)用的微控制器一個spi接口，速率由微控制器自己設(shè)定的接口速度決定。nrf905通過shockburst工作模式在rf以最大速率進行連接時降低數(shù)字應(yīng)用部分的速度來降低在應(yīng)用中的平均電流消耗。在shockburst rx模式中，地址匹配am和數(shù)據(jù)準備就緒dr信號通知mcu一個有效的地址和數(shù)據(jù)包已經(jīng)各自接收完

32、成。在shockburst tx模式中，nrf905自動產(chǎn)生前導(dǎo)碼和crc校驗碼，數(shù)據(jù)準備就緒dr信號通知mcu數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)完成。總之，這意味著降低mcu的存儲器需求也就是說降低mcu成本，又同時縮短軟件開發(fā)時間。 （1）典型shockburst tx模式： 當(dāng)應(yīng)用mcu有遙控數(shù)據(jù)節(jié)點時，接收節(jié)點的地址tx-address和有效數(shù)據(jù)tx-payload通過spi接口傳送給nrf905應(yīng)用協(xié)議或mcu設(shè)置接口速度； mcu設(shè)置trx_ce、tx_en為高來激活nrf905 shockburst傳輸； nrf905 shockburst： l 無線系統(tǒng)自動上電 l 數(shù)據(jù)包完成（加前導(dǎo)碼和crc校驗

33、碼） l 數(shù)據(jù)包發(fā)送（100kbps，gfsk，曼切斯特編碼） 如果auto_retran被設(shè)置為高nrf905將連續(xù)地發(fā)送數(shù)據(jù)包直到trx_ce被設(shè)置為低； 當(dāng)trx_ce被設(shè)置為低時，nrf905結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸并自動進入standby模式。 （2）典型shockburst rx模式 通過設(shè)置trx_ce高，tx_en低來選擇shockburst模式； 650us以后，nrf905監(jiān)測空中的信息； 當(dāng)nrf905發(fā)現(xiàn)和接收頻率相同的載波時，載波檢測cd被置高； 當(dāng)nrf905接收到有效的地址時，地址匹配am被置高； 當(dāng)nrf905接收到有效的數(shù)據(jù)包（crc校驗正確）時，nrf905去掉前導(dǎo)碼、

34、地址和crc位，數(shù)據(jù)準備就緒（dr）被置高； mcu設(shè)置trx_ce低，進入standby模式低電流模式； mcu可以以合適的速率通過spi接口讀出有效數(shù)據(jù)； 當(dāng)所有的有效數(shù)據(jù)被讀出后，nrf905將am和dr置低； nrf905將準備進入shockburst rx、shockburst tx或powerdown模式。 （3）掉電模式 在掉電模式中，nrf905被禁止，電流消耗最小，典型值低于2.5ua。當(dāng)進入這種模式時，nrf905是不活動的狀態(tài)。這時候平均電流消耗最小，電池使用壽命最長。（4）在掉電模式中，配置字的內(nèi)容保持不變。 standby模式 standby模式在保持電流消耗最小的同

35、時保證最短的shockburstrx、shockbursttx的啟動時間。當(dāng)進入這種模式時，一部分晶體振蕩器是活動的。電流消耗取決于晶體振蕩器頻率，如：當(dāng)頻率為4mhz時，idd=12ua；當(dāng)頻率為20mhz 時，idd=46ua。如果upclk（pin3）被使能，電流消耗將增加。并且取決于負載電容和頻率。在此模式中，配置字的內(nèi)容保持不變。3.2.3 nrf905無線收發(fā)模塊與單片機stc89c52的連接方案單片機stc89c52與nrf905無線收發(fā)模塊連接，并通過spi協(xié)議對nrf905無線收發(fā)模塊進行一系列控制與通信。連接接口主要分為以下3種：（1） 模式控制該接口由trx_ce、txe

36、n、pwr組成控制由nrf905組成的高頻頭的四種工作模式：掉電和spi編程模式；待機和spi編程模式；發(fā)射模式；接收模式，各種模式的控制模式見下表1。表3.1 各種模式的控制模式pwrtrx_cetxen工作模式0xx 掉電和spi編程模式10x待機和spi編程模式110接收111發(fā)射（2） spi接口spi接口由sck、miso、mosi以及csn組成。 在配置模式下單片機通過spi接口配置高頻頭的工作參數(shù)； 在發(fā)射/接收模式下單片機spi接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 （3） 狀態(tài)輸出接口提供載波檢測輸出cd，地址匹配輸出am，數(shù)據(jù)就緒輸出dr。nrf905無線收發(fā)模塊與單片機stc89c52的連

37、接方案如圖3.6所示。 圖3.6 nrf905無線收發(fā)模塊與單片機stc89c52的連接電路3.3 鍵盤電路設(shè)計本系統(tǒng)的操作接口采用獨立式按鍵結(jié)構(gòu)，獨立式按鍵是指直接用i/o口線構(gòu)成的單個按鍵電路，每個獨立式按鍵單獨有一根i/o口線，每根i/o口線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其它i/o口線的工作狀態(tài)。由于獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單但每個按鍵必須占用一根i/o口線，在按鍵數(shù)量較多時，i/o 口線的浪費較大，故在按鍵數(shù)量不多時，常采用這種按鍵電路。本系統(tǒng)一共需要三個按鍵：從機的發(fā)送鍵、主機的刪除鍵和下翻鍵。按鍵分別由從機stc89c52的p2.4口、主機stc89c52的p2.3口與p2.4

38、口檢測這三個開關(guān)量輸入。其中從機發(fā)送鍵的連接如圖3.7所示。圖3.7 從機發(fā)送鍵的連接電路3.4 地址變更電路的設(shè)計本設(shè)計中要求呼叫機有地址變更功能，故采用8位撥碼開關(guān)手動定位來確定呼叫機的地址。若需要將分機移至別的病床, 則只需要改變撥碼開關(guān)的狀態(tài), 即可改變分機的號碼。例如：當(dāng)分機最初在1號病床時，對應(yīng)的共陰數(shù)碼管管碼為0x06，對應(yīng)的二進制數(shù)為00000110，故此時撥碼開關(guān)從第8位至第1位依次撥為00000110；當(dāng)分機被移至5號病床時，對應(yīng)的共陰數(shù)碼管管碼為0x6d，對應(yīng)的二進制數(shù)為01101101，故此時撥碼開關(guān)從第8位至第1位依次撥為01101101。即通過撥碼開關(guān)完成了地址變更

39、功能。地址變更電路如圖3.8所示。撥碼開關(guān)的狀態(tài)與病床號的對應(yīng)關(guān)系如表3.2所示。當(dāng)分機需要移至別的病床時，護士只需要對應(yīng)表3.2對撥碼開關(guān)進行撥碼即可實現(xiàn)地址變更功能。圖3.8 地址變更電路表3.2 撥碼開關(guān)狀態(tài)與病床號對應(yīng)關(guān)系表病床號撥碼開關(guān)狀態(tài)1000001102010110113010011114011001105011011016011111017000001118011111119011011113.5 led數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼顯示模塊應(yīng)用非常廣泛，而本次設(shè)計中顯示部分更是整個系統(tǒng)中不可缺少的一部分。本次設(shè)計使用的是led數(shù)碼管進行顯示，選擇它作為顯示電路具有如下優(yōu)點：性價比高；連

40、接電路簡單；而且一個led數(shù)碼管就可以實現(xiàn)所要求的功能。3.5.1 led數(shù)碼管的引腳說明led數(shù)碼管引腳如圖3.9所示。圖3.9 led數(shù)碼管引腳圖3.5.2 led數(shù)碼管與單片機接口電路設(shè)計led數(shù)碼管與單片機的連接電路，如圖3.10所示：圖3.10 led數(shù)碼管與單片機接口硬件連接電路其中，單片機的p0.0p0.7腳與led數(shù)碼管的18引腳相連，因為stc89c52單片機的p0口沒有上拉電阻，所以在它們中間接一個10千歐姆的上拉電阻。3.6 報警電路設(shè)計本系統(tǒng)采用單片機與蜂鳴器相連來實現(xiàn)報警功能。如圖3.11所示。其中單片機的p2.2口與蜂鳴器相連。圖3.11 報警電路連接電路3.7 電

41、壓轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計本設(shè)計中使用的nrf905無線收發(fā)模塊需要的電壓為3.3v，故需要使用電壓轉(zhuǎn)換電路，故采用asm1117-3.3電源供電系統(tǒng)。核心部件lm1117-3.3是一個低壓差電壓調(diào)節(jié)器系列。壓差在1.2v輸出，此時相應(yīng)的負載電流為800ma。電壓轉(zhuǎn)換電路如圖3.12所示。圖3.12 電壓轉(zhuǎn)換電路本章中首先介紹了單片機stc89c52的功能及特點，然后是它的最小系統(tǒng)，他是單片機最核心而且不可缺少的一部分。然后詳細設(shè)計了nrf905無線收發(fā)模塊電路、按鍵電路，地址變更電路，顯示電路，報警電路，電壓轉(zhuǎn)換電路。第4章 軟件設(shè)計系統(tǒng)功能的實現(xiàn)是依靠硬件和軟件良好的結(jié)合，硬件決定了系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)和特

42、性，而軟件則是驅(qū)動系統(tǒng)的靈魂，兩者缺一不可，相輔相成。在目前的單片機軟件開發(fā)中，常用的語言是匯編語言和c語言兩種。匯編語言是一種文字用助記符來表示機器指令的符號語言，其優(yōu)點是程序占用資源少、運行速度快、執(zhí)行效率高，但具有缺乏通用性、程序可移植性差、編程比高級語言困難等缺點。c語言是是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言，可產(chǎn)生緊湊代碼。c語言可以進行許多機器級函數(shù)控制而不用匯編語言，與匯編語言相比，c語言有如下優(yōu)點：對單片機的指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求對單片機的存儲器結(jié)構(gòu)有初步了解；寄存器的分配、不同存儲器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細節(jié)可由編譯器管理；程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)、可分為不同的函數(shù)，這種方式可使程序結(jié)構(gòu)化；具有

43、將可變的選擇與特殊操作組合在一起的能力，改善了程序的可讀性；關(guān)鍵字及運算函數(shù)可以近似人的思維過程方式使用；編程及程序調(diào)試時間顯著縮短，從而提高效率；提供的庫包含許多標準子程序，具有較強的數(shù)據(jù)處理能力；具有方便的模塊化編程技術(shù)，已編好的程序可容易的植入新程序。c語言作為一種非常方便的語言而得到廣泛的支持，c語言程序本身并不依賴于機器硬件系統(tǒng)，基本上不做修改就可以根據(jù)單片機的不同較快的移植過來。鑒于c語言編程有眾多優(yōu)點，在本設(shè)計中，采用的是c語言編寫程序。根據(jù)本次設(shè)計的要求，在軟件設(shè)計中，應(yīng)該包括以下幾個功能模塊：主機總體設(shè)計模塊、分機總體設(shè)計模塊、無線發(fā)送模塊、無線接收模塊。4.1主機軟件設(shè)計主

44、機開機便進行初始化，然后進入數(shù)據(jù)接收狀態(tài)等待。當(dāng)接收到呼叫信號后，便進行存儲，然后使用led數(shù)碼管顯示病房號，并用蜂鳴器進行報警提示。當(dāng)掃描到刪除鍵按下時，就會將處理過的病床號刪除。當(dāng)掃描到下翻鍵按下時，led數(shù)碼管就會顯示下一個病床號。最后無線接收模塊再次置于接受狀態(tài)等待信息，其總流程如圖4.1所示。開始接收到地址碼？n y 顯示病號并報警 以前是否呼叫過ny 刪除重復(fù)記錄 存儲當(dāng)前的呼叫刪除鍵按下？ n y刪除處理過的病床號 下翻鍵按下？ n顯示下一個呼叫號y 圖4.1 主機流程圖4.2分機軟件設(shè)計分機在開機后首先初始化，然后就進入休眠狀態(tài)以節(jié)省電能。系統(tǒng)查詢掃描發(fā)射鍵，如果沒有按下則繼續(xù)

45、等待。如果掃描到發(fā)射鍵被按下，系統(tǒng)便掃描撥碼開關(guān)的狀態(tài)以確定地址碼，然后將無線發(fā)送模塊置于發(fā)射狀態(tài)，并且開始傳送地址碼。地址碼傳送完畢后進入休眠狀態(tài)等待，如此循環(huán)工作，總流程如圖4.2所示。開始單片機初始化地址碼設(shè)置發(fā)射鍵按下？ny發(fā)射地址碼置休眠狀態(tài)返回 圖4.2 分機流程圖4.3 無線模塊發(fā)送子程序設(shè)計（1） 當(dāng)單片機有數(shù)據(jù)需要發(fā)往規(guī)定節(jié)點時，接收節(jié)點的地址（tx_address）和有效數(shù)據(jù)（tx_payload）通過spi接口傳送給nrf905，單片機設(shè)置接口速度。（2） 單片機設(shè)置trx_ce，tx_en為高電平來啟動傳輸。（3） nrf905內(nèi)部處理：無線系統(tǒng)自動上電；數(shù)據(jù)包完成（加

46、前導(dǎo)碼和crc校驗碼）；數(shù)據(jù)包發(fā)送（50k，gfsk，曼徹斯特編碼）。（4） 如果auto_return被設(shè)置為高電平，nrf905將連續(xù)的發(fā)送數(shù)據(jù)包，知道trx_ce被設(shè)置為低。（5） 當(dāng)trx_ce被設(shè)置為低時，nrf905結(jié)束數(shù)據(jù)傳輸并將自己設(shè)置成待機模式。發(fā)送程序流程圖如圖4.3所示。trx_ce=1?初始化spi，模塊裝載addr和發(fā)送數(shù)據(jù)trx_ce=1, txen=1，pwr_up=1開始 ntrx_ce=1?生成crc和前導(dǎo)碼，并發(fā)送數(shù)據(jù)和置dr為1發(fā)射部分上電ynauto_return=1?yn返回前導(dǎo)碼完成后dr置低y圖4.3發(fā)送子程序流程圖4.4 無線模塊接收子程序設(shè)計（

47、1） 通過設(shè)置trx_ce高，tx_en低來選擇rx模式；（2） 650us后，nrf905監(jiān)測空中的信息；（3） 當(dāng)nrf905發(fā)現(xiàn)和接收頻率相同的載波時，載波檢測（cd）被置高；（4） 當(dāng)nrf905接收到有效的地址時，地址匹配（am）被置高；（5） 當(dāng)nrf905接收到有效的數(shù)據(jù)包（crc校驗正確）時，nrf905去掉前導(dǎo)碼，地址和crc位，數(shù)據(jù)準備就緒（dr）被置高；（6） 單片機設(shè)置trx_ce低，進入待機模式；（7） 單片機以合適的速率通過spi接口讀出有效數(shù)據(jù)。接收程序流程圖如圖4.4所示。dr置為高crc正確？接收數(shù)據(jù)addr正確？接收部分上電檢測載波，置cd為高接收部分上電

48、trx_ce=1?txen=0 trx_ce=1開始nynam置為高yam為低ndr和am置為低trx_ce=1？yn單片機從spi接收數(shù)據(jù)進入空閑狀態(tài)y返回圖4.4接收子程序流程圖本章主要講述了軟件部分的設(shè)計過程。在這一章中，對本次設(shè)計中幾個主要程序模塊，比如主分機程序的設(shè)計，無線模塊收發(fā)程序，都做了詳盡的介紹，及流程圖的說明。第5章 調(diào)試與實現(xiàn)在任何一個設(shè)計過程中，系統(tǒng)調(diào)試這部分內(nèi)容是最關(guān)鍵的，難度最大的，也是最考驗人的工作。嚴格來說，整個系統(tǒng)的設(shè)計成敗全系于此。同時，它也能夠檢測所用的設(shè)計方案的可行性和正確性。在這個系統(tǒng)調(diào)試過程中，可能遇到在設(shè)計中所沒有考慮到的地方，通過調(diào)試使整個設(shè)計得

49、到更好的完善。單片機應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試，包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，是一個很重要的步驟。硬件調(diào)試和軟件調(diào)試并不能完全分開，許多硬件錯誤就是在軟件調(diào)試過程中被發(fā)現(xiàn)和糾正的。一般方法是先排除明顯的硬件故障和軟件錯誤，然后進行軟硬件聯(lián)合調(diào)試。軟件調(diào)試主要是對所編寫的程序的各個部分進行編譯，測試其語法錯誤，從邏輯上測試程序的可行性。下面先介紹一下調(diào)試中使用到的keil c51軟件。5.1keil c51軟件簡介keil c51是美國keil software公司出品的51系列兼容單片機c語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，圖5.1是keil軟件的界面。與匯編相比，c語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)

50、易用。用過匯編語言后再使用c來開發(fā)，體會更深刻。keil c51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到keil c51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。keil提供了包括c編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uvision）將這些部份組合在一起。圖5.1 keil軟件的界面keil軟件特點如下：1、vision ide：vision ide包括一個工程管理器、一個源程

51、序編輯器和一個程序調(diào)試器。使用vision可以創(chuàng)建元文件，并組成應(yīng)用工程加以管理。vision是一個功能強大的集成開發(fā)環(huán)境，可以自動完成編譯、匯編、鏈接程序的操作。2、c51編譯器：keil c51編譯器遵循ansi c語言標準，支持c語言的所有標準特性，并增加一些支持80c51系列單片機結(jié)構(gòu)的特性。3、a51匯編器：keil a51 匯編器支持80c51及其派生系列的所有指令集。4、lib 51庫管理器：lib 51庫管理器可以由匯編器和編譯器創(chuàng)建的目標文件建立目標庫。這些庫可以被鏈接器所使用，這提供了一種代碼重用的方法。5、bl51鏈接器定位器：bl51鏈接器定位器使用由編譯器、匯編器生成

52、的可重定位目標文件和從庫中提取出來的相關(guān)模塊，來創(chuàng)建一個絕對地址文件。6、oh51目標文件生成器：oh51目標文件生成器用于將絕對地址模塊轉(zhuǎn)為intel格式的hex文件。該文件可以被寫入單片機應(yīng)用系統(tǒng)的程序存儲器中。7、monitor-51：vision調(diào)試器支持用monitor-51對目標板進行調(diào)試。使用此功能時將會有一段監(jiān)控代碼被寫入目標板的程序存儲器中。它利用串口和vision調(diào)試器進行通信，調(diào)入真正的目標程序。借助于monitor-51，vision調(diào)試器可以對目標硬件進行源代碼級的調(diào)試。5.2系統(tǒng)硬件調(diào)試對于硬件電路系統(tǒng)的測試，首先是要保證各個元件之間以及各個模塊之間的連接正確并且接觸良好，這是整個硬件電路系統(tǒng)正常工作的前提。然后分別測試各個硬件模塊的性能。通過測試硬件電路系統(tǒng)中的幾個測試點，確保關(guān)鍵的電壓信號滿足要求，確保各個引腳連接正確，確保系統(tǒng)正常運行。