醫(yī)院病房呼叫器的設計

1、課 程 設 計 任 務 書課 程 名 稱 電子線路課程設計 課程設計題目 醫(yī)院病房呼叫器的設計 課程設計的內容及要求：一、設計說明與技術指標 1用14個開關模擬4個病房的呼叫輸入信號，1號優(yōu)先級最高；14優(yōu)先級依次降低；2用數碼管顯示呼叫信號的號碼；沒信號呼叫時顯示0；又多個信號呼叫時，顯示優(yōu)先級最高的呼叫號（其它呼叫號用指示燈顯示）；3凡有呼叫發(fā)出5秒的呼叫聲；4對低優(yōu)先級的呼叫進行存儲，處理完高優(yōu)先級的呼叫，再進行低優(yōu)先級呼叫的處理。二、設計要求1在選擇器件時，應考慮成本。2根據技術指標，通過分析計算確定電路和元器件參數。3畫出電路原理圖（元器件標準化，電路圖規(guī)范化）。三、實驗要求1根據技

2、術指標制定實驗方案；驗證所設計的電路，用multisim軟件仿真。2進行實驗數據處理和分析。四、推薦參考資料1. 童詩白，華成英主編模擬電子技術基礎M北京：高等教育出版社，2006年2. 閻石，數字電子技術（第五版）M北京：高等教育出版社，2005. 3. 陳孝彬555集成電路實用電路集高等教育出版社2002-8 4. 王剛 TTL集成電路應用 機械工業(yè)出版社 2000-10五、按照要求撰寫課程設計報告成績評定表：序號評定項目評分成績1設計方案正確，具有可行性，創(chuàng)新性（15分）2設計結果可信（例如：系統分析、仿真結果）（15分）3態(tài)度認真，遵守紀律（15分）4設計報告的規(guī)范化、參考文獻充分（不

3、少于5篇）（25分）5答辯（30分）總分最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）指導教師簽字： 年 月 日一、 概述在這個瞬息萬變、競爭激烈的時代，選擇一個優(yōu)越的工具往往能提升企業(yè)在這個市場上的競爭力。尤其醫(yī)院的競爭越來越激烈，商業(yè)醫(yī)院的生存是第一位的，提升檔次和服務質量迫在眉睫，陪護問題一直是醫(yī)患矛盾的主體，也是長期困擾衛(wèi)生系統服務質量的大問題，使用病房呼叫系統，方便病人更快找到醫(yī)生，以節(jié)約病人的寶貴時間。系統主要用于醫(yī)院、門疹、養(yǎng)老院等場所?？纱蟠蠼档妥o理成本，增強護理的及時性和有效性，而且無需布線、安裝極其簡便。以前當病人需要服務時就不得不親自到值班室去叫。使用呼叫服務系統可在減少

4、護理人員的同時，保證病員隨時能夠得到服務，讓每個病人及時得到最佳保護。本設計的指導思想是設計一個當病人緊急呼叫時，產生聲、光提示，并顯示病人編號；然后根據病人病情進行優(yōu)先級別救治，當有多人呼叫時，病情嚴重者優(yōu)先；醫(yī)護人員處理完當前最高級別的呼叫后， 關閉已處理的最高級別的呼叫信號，系統將按優(yōu)先級別顯示其他呼叫 病人的編號。本系統由呼叫信號開關、邏輯門電路、優(yōu)先編碼和顯示等幾部分構成，其核心在優(yōu)先編碼器。此呼叫系統的應用能夠讓醫(yī)院的病人在出現緊急救治情況時，使醫(yī)護人員臨危不亂。此系統也能使醫(yī)護人員能夠對病人的病情有一定的了解，對病人的突發(fā)情況進行對癥下藥，讓救護工作緊張而且有序的進行。同時此系統

5、也為醫(yī)院節(jié)省大量人力開支。二、 方案設計根據設計要求，將設計分為三個模塊來設計，分別為：指示燈顯示模塊，優(yōu)先顯示模塊，呼叫模塊。四個病房報警燈燈選通電路譯碼四個開關控制呼叫系統顯示呼叫病房號優(yōu)先編碼器編碼呼叫器呼叫多諧振蕩電路圖1 病房呼叫器原理框圖（1）4個LED燈對應四個病房（2）將經過存儲的信號送入優(yōu)先編碼器74HC148，選出優(yōu)先級最高的呼叫信號，再通過譯碼器74LS48譯碼，最后通過數碼管顯示。（3）利用NE555集成時基電路組成脈沖啟動型多諧振蕩電路三、電路設計1.總體設計本設計電路的主要目的是實現：當病人緊急呼叫時，而且病房之中又有多個病人需要護理的一個優(yōu)先級別的電路，用于醫(yī)院病

6、人需要護理和救治的呼叫系統。當有病人進行呼叫時，系統會自動處理病人的編號，同時產生光信號和5秒鐘的聲音信號。，另外在產生聲、光信號的同時 系統會顯示呼叫病人的編號。這樣醫(yī)護人員可以根據呼叫信號的優(yōu)先級別對每一位呼叫病人進行及時的救治和護理。當病人需要住院救治時，醫(yī)院可以根據病人的病情對病人進行編號，嚴重者優(yōu)先。當有多個病人同時進行呼叫時，系統會根據優(yōu)先級別顯示出呼叫中的最高級別病人的編號，對其它較低級別的呼叫信號進行保存，只有當前的優(yōu)先級別最高呼叫信號被醫(yī)護人員處理后，按下復位鍵，下一個病人的編號才顯示，但在此過程中只有每一位病人得到處理后，與病人編號對應的報警燈才熄滅呼叫系統電路主要由呼叫信

7、號開關、邏輯門電路、74HC148 優(yōu)先 編碼、顯示部分等幾部分構成，其核心在 74HC148 優(yōu)先編碼器。 當無呼叫時，開關接低電平電路全部截止。當有呼叫時，開關接 高電平，555 觸發(fā)器被觸發(fā)，進入暫穩(wěn)態(tài)狀態(tài)中，蜂鳴器發(fā)聲，同時 LED 燈被接通發(fā)光，74HC148 對型號進行優(yōu)先編碼， 由數碼管輸出優(yōu)先級別最高（即病情最重）的床位號。醫(yī)護人員接收 到信號后，對病人處理，同時關閉此病床的開關，與其對應的 LED 燈 將熄滅，數碼管將顯示下一個優(yōu)先級別高的床號 。（在此同時，醫(yī)護 人員聽到報警聲時也可在值班室將蜂鳴器關閉，但提示燈正常亮 ）。 直到醫(yī)護人員處理完所有呼叫人員，LED 燈將全部

8、熄滅，數碼管不顯示病床號。2病人緊急呼叫聲音提示電路設計 5 定時器基本電路組成多諧蕩器，產生定長時間的振蕩信號驅動蜂鳴器呼叫。其中驅動由74HC148的選通輸出端提供。模擬開關、優(yōu)先編碼器74HC18集成芯片、 555 構成的多諧振蕩器和蜂鳴器組成。模擬開關初始狀態(tài)為全高電平。由 555 的輸出端 接蜂鳴器。 當無病房呼叫時，模擬開關全為高電平輸入給優(yōu)先編碼器之后輸 入 555 的輸入端口時為低電平。由于由 555 構成的多諧振蕩器由高電平觸發(fā)，且無振蕩時輸出低電平。所以此時蜂鳴器無聲音。 只要有病房呼叫時，555 的輸入端將接入高電平，振蕩器震蕩。其輸出端輸出高電平，則蜂鳴器呼叫。圖2 呼

9、叫系統聲音提示電路圖振蕩器輸出信號的時間參數是： T= =0.7（R1+R2）C =0.7R2C式中，為VC由上升到所需的時間，為電容C放電所需的時間。555電路要求R1與R2均應不小于1k，但兩者之和應不大于3.3M。外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，555定時器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強的功率輸出能力表1 555定時器的功能表清零端高觸發(fā)端TH低觸發(fā)端TRQ放電管T功能0××0導通直接清零101×保持保持1101截止置11001截止置11110導通清零圖3 多諧振蕩器及其的波形圖蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，采用直流電壓供

10、電，廣泛應用于計算機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產品中作發(fā)聲器件。我們本次設計就是用這種設備來模擬，它的外形常見的又以下幾種，一般呈圓柱狀，下面兩針長短不同，長的就為正極，短為負極，只要在正負極加上正向電壓其便可以發(fā)出聲響。 3. 病人緊急呼叫光提示電路設計當病人需要緊急呼叫醫(yī)護人員時，只要按下床頭的開關，醫(yī)務人員值班室的提示燈發(fā)光，由于病床號與指示燈一一對應，提示燈就會指示出病人所在的床號。光提示電路主要有三部分組成：電源部分、控制部分、提示部分。電源部分主要有 5V電源構成；控制部分由單刀單擲開關組成；提示部分主要是 LED 燈。其中控制部分與提示

11、部分一一相對應。當開關 1 接低電平時，電路導通，LED 燈 1 發(fā)光；開關 1 接高電平時，電路不接通，LED 燈 1 不發(fā)光。同理，2號燈，3號燈，四號燈也是閉合開關時開關接地電路連通，燈亮，顯示此病房呼叫，需要護士來護理。圖4 病房呼叫燈圖其中排阻R3的作用是保護電路，果不接的話有可能燒壞小燈泡。4. 病人緊急呼叫優(yōu)先級別及譯碼顯示電路設計圖5 優(yōu)先顯示病房圖表 優(yōu)先編碼器74HC148的真值表 輸 入 輸 出EI01234567A2A1A0GSEH××××××××HHHHHLH HHHHHH HHHHHLL

12、×××××××LLLLLHL××××××LHLLHLHL×××××LHHLHLLHL××××LHHHLHHLHL×××LHHHHHLLLHL××LHHHHHHLHLHL×LHHHHHHHHLLHLLHHHHHHHH HHLH在優(yōu)先編碼器電路中，允許同時輸入兩個以上編碼信號。不過在設計優(yōu)先編碼器時，已經將所有的輸入信號按

13、優(yōu)先順序排了隊。在同時存在兩個或兩個以上輸入信號時，優(yōu)先編碼器只按優(yōu)先級高的輸入信號編碼，優(yōu)先級低的信號則不起作用。74148是一個八線-三線優(yōu)先級編碼器。74148優(yōu)先編碼器為16腳的集成芯片，除電源腳 VCC(16)和GND(8)外，其余輸入、輸出腳的作用和腳號如圖中所標。其中 I 0 I 7為輸入信號， A2,A1,A0為三位二進制編碼輸出信號， EI是使能輸入端， EO使能輸出端， G S為片優(yōu)先編碼輸出端。由74148真值表可列輸出邏輯方程為：A2 =(I4+I5+I6+I7)EIA1 = (I2I4I5+I3I4I5+I6+7)· EIA0 = (I1I2I4I6+I3I

14、4I6+I5I6+I7)· EI當使能輸入 EI=1時，所有輸出端群被封鎖在高電平。當使能輸入EI=0時，允許編碼，在I0I7輸入中，輸入 I7優(yōu)先級最高，其余依次為： I6,I5,I4,I3,I2,I1,I0等級排列。使能輸出端EO的邏輯方程為：EO =I0· I1· I2· I3· I4· I5· 67· EI，此邏輯表達式表明當所有的編碼輸入端都是高電平（即沒有編碼輸入），且EI=0時，EO才為零；表明EO的低電平輸出信號表示“電路工作，但無編碼輸入。擴展片優(yōu)先編碼輸出端 G S的邏輯方程為： GS = (I

15、0+I1+I2+I3+I4+I5+I6+I7)· EI此時表明只要任何一個編碼輸入段有低電平信號輸入，且EI=0,GS即為低電平。GS的低電平輸出信號表示“電路工作，而且有編碼輸入。（GS=0）非門74LS04當輸入0輸出1，當輸入1輸出0，以此來觸動優(yōu)先編碼器74LS148工作。非門74LS04功能表如圖所示：表3 74LS04功能表 輸 入輸 出ABYLLLLHLHLLHHH表4 74LS11的功能表 輸入輸出ABCY××LL×L×LL××LHHHHTTL門74LS11是三輸入與門，其實現的功能是只有三個輸入都為高電平的

16、時候輸出為高電平，其他都為低電平。以此來控制機輸入譯碼器的高低電平，進而控制數碼管的顯示數字。譯碼器74LS48對輸入信號進行譯碼，驅動數碼管工作，并顯示所編譯的數字。譯碼器74LS48功能圖如圖所示。圖6 譯碼器74LS48功能圖數碼顯示器是用來顯示數字、文字或符號的器件，數碼的顯示方式一般有三種：第一種是字形重疊式，第二種是分段式。第三種是點陣式，它由一些按一定規(guī)律排列的可發(fā)光的點陣所組成，利用光點的不同組合便可顯示不同的數碼。數字顯示方式目前以分段式應用最普遍，圖中表示七段式數字顯示器利用不同發(fā)光段組合方式，顯示015等阿拉伯數字。在實際應用中，1015并不采用，而是用2位數字顯示器進行

17、顯示。其七段數字顯示器發(fā)光組合圖如下所示，它是通過74LS48對其A.B.C.D.E.F.G段二極管的明暗進行控制，最后使得其顯示出一定的數字模式，如圖所示：圖7 七段數字顯示器顯示數字圖四、性能測試1.呼叫時間的測試表5 呼叫時間測試表R值(k)C值(F)頻率（Hz）周期(s)R4=R6=300k，R5=R7=140kC1=C3=10ufCC 4=0.01uf0.254.02圖8 示波器顯示呼叫5s波形圖此圖為示波器顯示呼叫器中的蜂鳴器蜂鳴時間，在測試中，我將示波器的比例調為1 S/Div，即每一格子表示1s，只需要運行5個格子之后轉折，蜂鳴器停止蜂鳴。2.編碼顯示電路測試圖9 無病房呼叫時

18、顯示狀態(tài)圖上圖顯示的是沒有任何病房呼叫時病房和護士站顯示的狀態(tài)，此時由于病房的開關全部斷開，燈全部沒有連接到電路中，所以所有的燈都是滅的，于此同時由于優(yōu)先編碼器的編碼部分I0，I1，I2， I3，I4， I5，I6，I7全部是高電平，所以根據優(yōu)先編碼器74HC148的真值表可知其輸出全部為高電平，由此經過反向器74LS04再由74LS11三輸入與門組合，進入74LS48譯碼，譯碼驅動共陰極數碼管顯示，只有a b c d e f為高電平，g為低電平。由于共陰極數碼管為高電平有效，所以此時顯示為0。圖10 2號病房呼叫時顯示狀態(tài)圖上圖顯示的是2號病房呼叫時病房和護士站顯示的狀態(tài)，此時由于2號病房的

19、開關閉合，其余全部斷開，2號燈連入電路，其余燈全部沒有連接到電路中，所以2號燈亮，其余所有的燈都是滅的，于此同時由于優(yōu)先編碼器的編碼部分I0，I1，I2， I3，I4， I5， I7全部是高電平，I6為低電平，所以根據優(yōu)先編碼器74HC148的真值表可知其輸出Y0為高電平，Y1為低電平Y2為低電平，由此經過反向器74LS04再由74LS11三輸入與門組合，進入74LS48譯碼，譯碼驅動共陰極數碼管顯示，只有a b d e g為高電平，c f為低電平。由于共陰極數碼管為高電平有效，所以此時顯示為2。由此依次可推出只有1號病房，3號病房，4號病房呼叫時時候病房指示燈和護士站顯示的狀態(tài)。即只有1號病

20、房呼叫時1號病房燈亮，護士站顯示1；只有3號病房呼叫的時候3號病房燈亮，護士站顯示3；只有4號病房呼叫的時候4號病房燈亮，護士站顯示4。圖11 所有病房呼叫時顯示的狀態(tài)圖上圖顯示的是所有病房呼叫時病房和護士站顯示的狀態(tài)，此時由于所有病房的開關閉合，所有燈連入電路，其余燈全部沒有連接到電路中，所以所有燈亮，于此同時由于優(yōu)先編碼器的編碼部分I0，I1，I2， I3，全部是高電平I4，I5，I6， I7為低電平，所以根據優(yōu)先編碼器74HC148的真值表可知其輸出Y0 Y1 Y2100，又因為I7優(yōu)先權最高，I0的優(yōu)先權最低。當I7=0時，無論其他輸入端有無信號的輸入，輸出端只給出I7的編碼，即Y0

21、Y1 Y2000由此經過反向器74LS04再由74LS11三輸入與門組合，進入74LS48譯碼，譯碼驅動共陰極數碼管顯示，此時數碼管只顯示。當醫(yī)生處理完號病房時去處理號病房，此時號病房開關斷開，護士站顯示，以此同理下去，護士處理完號病房，號病房開關斷開，顯示號病房，護士處理完號病房斷開號病房，顯示號病房。上圖即為處理完號病房號病房時病房指示燈顯示情況和護士站顯示情況。3.電路整體性能測試將電路的三大模塊全部連接到一起，用優(yōu)先編碼器74HC148的選通輸出端接到555多諧振蕩器上，由于優(yōu)先編碼器74HC148的選通輸只要優(yōu)先編碼器編碼，輸出為高電平，此時為5V電壓，驅動多諧振蕩器開始震蕩，形成方

22、波，在此中多諧振蕩器的功能相當于時鐘CLK，提供脈沖，而且蜂鳴器在高電平的時候蜂鳴，發(fā)出嗡嗡嗡的響聲，即為報警。閉合開關，相對應的房間的燈亮，而且護士站共陰極數碼管上顯示相對應的房間號，蜂鳴器開始報警，而且報警的時間為5s。在軟件仿真的時候可以直接用示波器來測量，在實際搭硬件的時候即時即可，發(fā)出5s報警之后間歇一段時間又開始報警。此時護士站護士知道哪個房間呼叫就關閉開關，蜂鳴器不再報警，護士去處理相應的病房。如下圖所示：圖12 呼叫時燈亮蜂鳴器呼叫5秒顯示優(yōu)先級最高的狀態(tài)圖五、硬件及其調試 系統調試工作是系統開發(fā)過程中必不可少的一個過程，一個完整的控制系統調試包括控制系統的系統仿真、現場安裝調

23、試等環(huán)節(jié)。在系統設計組裝完成后，首先是進行實驗室條件下的系統硬件調試，調試成功后，有了硬件的保證，就容易發(fā)現軟件的漏洞，進而促進該進和完善。所有的調試通過后，要進行現場運行并持續(xù)一定的時間，待其中發(fā)現故障后，方可驗收合格，才算完成整個系統的設計工作。硬件調試主要是排查面包板萬能板實驗板上線路連接的問題。硬件電路變化很多，電路可能出現的問題也不一樣，如圖2012040201172王鵬圖13 實際面包板電路圖六、結論本設計是病房中有多個病人需要緊急護理的呼叫系統。用于醫(yī)院 病人需要護理且具有優(yōu)先級別的呼叫，方便醫(yī)護人員對病人的救治 。 當有病人進行呼叫時，系統會自動處理病人的編號，同時產生光信號 和聲音信號，另外在產生聲、光信號的同時，系統會顯示優(yōu)先級別最 高的病人的編號，使病情嚴重者得到優(yōu)先救治。所設計的電路能夠準 確運行，實現聲、光報警和優(yōu)先顯示?？傮w來說，電路基本符合此次 課程設計的要求。七、體會及合理化建議通過本次為期兩周的電子技術綜合課程設計，不僅讓我對數電知識有了更加深入的了解，而且讓我有一個能夠綜合運用模、數電知識機會。由此同時，讓我的邏輯思維能力和動手能力得到了相應的鍛煉 。 1.課設體會在課程設計過程中，也讓我意識到對做任何事情都應有耐心和嚴謹的態(tài)度。 從開