畢業(yè)論文（設(shè)計）：醫(yī)院病人緊急呼叫系統(tǒng)設(shè)計報告

1、病房呼叫系統(tǒng)設(shè)計報告一、設(shè)計目的作用本設(shè)計的目的是將病人的呼救信號及時準(zhǔn)確的通過光和聲音信號通知給醫(yī)護(hù)人員，以便病人能夠及時獲得處治。它的使用方便了病人又減少醫(yī)護(hù)人員的巡查次數(shù)，減輕了勞動強(qiáng)度?，F(xiàn)在在臨床上得到普遍的應(yīng)用。二、設(shè)計要求此設(shè)計是用于醫(yī)院病人的緊急呼叫，其設(shè)計要求如下：1當(dāng)病人按下呼救信號按鈕，呼救燈亮，同時顯示病人編號，蜂鳴器發(fā)出5秒呼救聲，等待醫(yī)護(hù)人員來護(hù)理。2按照病人的病情劃分出優(yōu)先級別，有多個病人同時呼救時，系統(tǒng)優(yōu)先顯示最高級別的呼救編號。3當(dāng)醫(yī)護(hù)人員處理完最高級別呼救后，按下清零鍵，系統(tǒng)按優(yōu)先等級先后顯示其他病人編號。三、設(shè)計的具體實現(xiàn)1.系統(tǒng)概述本設(shè)計的指導(dǎo)思想是設(shè)計一

2、個當(dāng)病人緊急呼叫時，產(chǎn)生聲光提示，并顯示病人編號；然后根據(jù)病人病情進(jìn)行優(yōu)先級別設(shè)置，當(dāng)有多人呼叫時，病情嚴(yán)重優(yōu)先；醫(yī)護(hù)人員處理完當(dāng)前最高級別的呼叫后，清除已處理的最高級別的呼叫信號，系統(tǒng)按優(yōu)先級別顯示其他呼叫病人的編號。由呼叫信號的鎖存，CD4532優(yōu)先編碼，由744511譯碼顯示和邏輯控制清除幾部分構(gòu)成，其核心在CD4532優(yōu)先編碼器。方案：病房呼叫系統(tǒng)的邏輯門電路如圖1.1所示。它由模擬開關(guān)、優(yōu)先編碼器、鎖存器、數(shù)碼管、邏輯門、信號燈、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、蜂鳴器組成。模擬病房號通過優(yōu)先編碼器顯示優(yōu)先級最高的病床號。并且通過鎖存器儲存起來，按R鍵將清除已處理的信號。呼叫顯示模塊5秒呼叫模塊復(fù)位按扭

3、鎖存優(yōu)先顯示模塊病房圖1.1 病房呼叫系統(tǒng)的邏輯方框圖由上述圖文說明可看出此方案能夠?qū)ψ顑?yōu)先級別的呼叫信號進(jìn)行處理，編碼和譯碼，最后顯示出來。在完成最優(yōu)先級呼叫信號的處理之后，可以通過醫(yī)護(hù)人員手動復(fù)位，從而對其他信號的處理。工作原理：用D鎖存器鎖存，再用一個8線-3線優(yōu)先編碼器4532對病房號編碼，再用譯碼器4511譯出最高級的病房號。當(dāng)有病房號呼叫時，通過譯碼器和邏輯門觸發(fā)（由555構(gòu)成的單穩(wěn)觸發(fā)器）從而控制蜂鳴器發(fā)出5秒鐘的呼叫聲。呼叫信號控制晶閘管從而控制病房報警燈的關(guān)亮。若有多個病房同時呼叫，待醫(yī)護(hù)人員處置好最高級的病房后，由人工將系統(tǒng)的復(fù)位（手動）。呼叫信號鎖存器譯碼器報警燈復(fù)位手動

4、蜂鳴器邏輯門電路工作流程圖2、 單元電路設(shè)計與分析2.1 5秒呼叫模塊利用555集成時基電路組成脈沖啟動型單穩(wěn)態(tài)電路，產(chǎn)生定長時間的震蕩信號驅(qū)動蜂鳴器呼叫。配以相應(yīng)參數(shù)的阻容器件，可將震蕩時間準(zhǔn)確的控制在要求的5秒鐘。電路原理圖如附錄圖2.1圖2.1 5秒呼叫電路原理此電路由模擬開關(guān)、4輸入或非門集成芯片4002、由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和蜂鳴器組成。模擬開關(guān)初始狀態(tài)為全低電平。將模擬開關(guān)的所有輸入端經(jīng)與非門后接入555的觸發(fā)輸入2端。再由555的輸出端3接蜂鳴器。當(dāng)無病房呼叫時，模擬開關(guān)全為低電平輸入給邏輯門，之后輸入555的2端口時依舊是高電平。由于由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是

5、低電平觸發(fā)， 且無觸發(fā)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2端將接入低電平，觸發(fā)器被觸發(fā)，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)狀態(tài)中。其輸出端3輸出5秒的高電平，則蜂鳴器呼叫5秒鐘。呼叫時間5秒即為單穩(wěn)態(tài)的暫態(tài)時間。由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)的暫態(tài)（即輸出高電平時間）公式算得。Th=RCLn3 =454×103×10×10-6×1.1=5 s這里取470k的標(biāo)準(zhǔn)電阻。蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。我們本次設(shè)計就是用這種設(shè)備來模擬，它的

6、外形常見的幾種(圖2.2)，一般呈圓柱狀，下面兩針長短不同，長的就為正極，短為負(fù)極，我們只要在正負(fù)極加上正向電壓其便可以發(fā)出聲響。圖2.2 常見蜂鳴器555定時器電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示，其有兩個比較器 C1和 C2，且它們各有一個輸入端連接到三個電阻R組成的分壓器上，比較器的輸出接到RS觸發(fā)器上。此外還有輸出級和放電管，輸出級的驅(qū)動電流可達(dá)200mA。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.3圖2.3 555定時器由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)我們可以得到它的功能表如下所示： 輸入輸出RcV11V12VoTD狀態(tài)0××低導(dǎo)通1>2Vcc/3>Vcc/3低導(dǎo)通1<2Vcc/3>Vcc/3不

7、變不變1<2Vcc/3<Vcc/3高截止1>2Vcc/3<Vcc/3高截止表2.1 555定時器功能表2.2 呼叫顯示模塊因為病房中的呼叫開關(guān)14都是可自動彈起的按扭開關(guān)，其提供信號不穩(wěn)定不確定，所以設(shè)計中只能利用呼叫時的一個脈沖信號，才能保證呼叫的及時、準(zhǔn)確。利用晶閘管的開關(guān)特性，使晶閘管與信號燈串聯(lián)在電源上，使用呼叫信號控制相應(yīng)的信號燈串聯(lián)晶閘管，當(dāng)有病房呼叫信號來時，晶閘管導(dǎo)通使對應(yīng)的小燈點亮報警，直到人為復(fù)位清零。其電路原理圖如圖2.6。圖2.6信號燈顯示電路原理當(dāng)無呼叫時，呼叫開關(guān)都處在低電平，盡管晶閘管的兩端加上了足夠的正向電壓，但由于G端無觸發(fā)信號而不能導(dǎo)

8、通，小燈不亮。當(dāng)有呼叫時，相應(yīng)的模擬開關(guān)會接通高電平，這時晶閘管兩端有足夠的正向壓降且有足夠的觸發(fā)電壓，滿足導(dǎo)通的條件，管子導(dǎo)通，小燈發(fā)光，報警。實驗中將12v直流電源與復(fù)位開關(guān)、報警燈以及晶閘管正向連接，利用模擬開關(guān)控制晶閘管的打開，用復(fù)位開關(guān)控制晶閘管的斷開，以達(dá)到利用呼叫的不穩(wěn)定信號，觸發(fā)出穩(wěn)定的報警輸出，直到人為處理。2.3優(yōu)先顯示模塊用可編程邏輯控制電路，這種方法在應(yīng)用中能非常方便有效的控制，而且對于以后附加功能的實現(xiàn)、電路功能的擴(kuò)展很方便，只是需要掌握一定的編碼優(yōu)先位及相應(yīng)電路的應(yīng)用，在熟悉可編程控制電路的應(yīng)用的情況下也是可行的，而且對于實用來說更有意義。但考慮到作者對編程控制的應(yīng)

9、用能力有限，以及實際應(yīng)用的成本和控制部件的利用率等問題。具體電路圖如圖2.7圖2.7 優(yōu)先顯示電路此電路由模擬開關(guān)、優(yōu)先編碼器4532，D鎖存器7475、譯碼器4511、數(shù)碼管等組成。模擬開關(guān)初始狀態(tài)為全高電平。將模擬開關(guān)的所有輸入端接D鎖存器后，D鎖存器輸出分別4532的D0-D3。其他D接入端都接地，EI接高電平Vcc.4532的輸出Q0,Q1,Q2分別接入譯碼器4511的A,B,C；D接地。譯碼器4511的輸出A-G對應(yīng)接數(shù)碼管的a-g。輸入 輸出EII7I6I5I4I3I2I1I0Y2Y1Y0GSEOLXXXXXXXXLLLLLHLLLLLLLLLLLLHHHXXXXXXXHHHHLH

10、LHXXXXXXHHLHLHLLHXXXXXHLHHLHLLLHXXXXHLLHLHLLLLHXXXLHHHLHLLLLLHXXLHLHLHLLLLLLHXLLHHLHLLLLLLLHLLLHL表2.2 優(yōu)先編碼器4532功能表在數(shù)字測量儀表和各種數(shù)字系統(tǒng)中，都需要將數(shù)字量直觀地顯示出來，一方面供人們直接讀取測量和運算的結(jié)果；另一方 面用于監(jiān)視數(shù)字系統(tǒng)的工作情況。因此，數(shù)字顯示電路是許多數(shù)字設(shè)備不可缺少的部分。數(shù)碼顯示器是用來顯示數(shù)字、文字或符號的器件，現(xiàn)在已有多種不同類型的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字設(shè)備中，目前數(shù)碼顯示器件正朝著小型、低功耗、平面化方向發(fā)展。數(shù)碼的顯示方式一般有三種：第一種是字

11、形重疊式，它是將不同字符的電極重疊起來，要顯示某字符，只須使相應(yīng)的電極發(fā) 亮即可，如輝光放電管、邊光顯示管等。第二種是分段式，數(shù)碼是由分布在同一平面上若干段發(fā)光的筆劃組成，如熒光數(shù)碼管等。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(shù)碼。數(shù)字顯示方式目前以分段式應(yīng)用最普遍，圖表示七段式數(shù)字顯示器利用不同發(fā)光段組合方式，顯示015等阿拉伯?dāng)?shù)字。在實際應(yīng)用中，1015并不采用，而是用2位數(shù)字顯示器進(jìn)行顯示。其七段數(shù)字顯示器發(fā)光組合圖如下所示，它是通過CD4511對其A.B.C.D.E.F.G段二極管的明暗進(jìn)行控制，最后使得其顯示出一定的數(shù)字模式，如圖

12、2.8所示：圖2.8七段數(shù)字顯示器顯示數(shù)字在本設(shè)計中我們用的是CD4511來對數(shù)碼管進(jìn)行控制。下面來看一下4511的功能引腳圖3.9和4511的功能表2.3圖2.9 4511引腳圖 輸 入 輸 出LEBILTDCBAabcdefg顯示字形XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隱01100001111110001100010110000101100101101101 201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011

13、901110100000000消隱01110110000000消隱01111000000000消隱01111010000000消隱01111100000000消隱01111110000000消隱111XXXX 鎖 存鎖存表2.3 4511的功能表如下3特殊器件的介紹這次設(shè)計我們用到的特殊器件主要有四輸入的或非門4002，它的真值表見表3.1，還有四D鎖存器7475其真值表為3.2。 輸入輸出I0I1I2I3Q0000011XXX0X1XX0XX1X0XXX10表3.1 四輸入的或非門4002的真值表輸 入輸 出DCQ0 0 10111 X 0Q0表3.2 四D鎖存器74754系統(tǒng)調(diào)試方法介紹和

14、系統(tǒng)功能系統(tǒng)調(diào)試方法介紹：此電路我們需要調(diào)試的東西不多，首先將各個模塊連接到一起后,注意檢查各個部分是否連接正確和連接端是否連接好。 注意我們所需要的芯片參數(shù)是否正確，電解電容的極性是否連接正確，在測試看看各管腳的電平是否符合我們理論上達(dá)到的值，同時觀察各個集成器件的各個管腳的電平變化情況，以及數(shù)碼顯示器的顯示是否正確.如有不正確的就將其逐個問題解決了再進(jìn)行后面的調(diào)試，直到所有問題都解決了為止。各模塊連接好之后就可以對電路進(jìn)行調(diào)試了。首先觸發(fā)一個病人信號，看是否產(chǎn)生聲、光報警，并且聲音響5秒，數(shù)碼管是否顯示對應(yīng)的病人編號；直到完成了此功能，進(jìn)行下一向調(diào)試。下一向調(diào)試觸發(fā)多個病人信號，同樣看是否

15、產(chǎn)生聲、光報警，并且聲音響5秒，數(shù)碼管是否顯示最優(yōu)先的病人編號；如能完成此功能那么它是正確的。系統(tǒng)功能：在有多個呼叫信號同時產(chǎn)生時，對已有的最高級別信號進(jìn)行清零，觀察系統(tǒng)是否能夠?qū)κＳ嘈盘栔械淖罡呒墑e信號進(jìn)行優(yōu)先呼叫?；蛘咴谠泻艚行盘柕幕A(chǔ)上再輸入一個最高級別的呼叫信號，觀察系統(tǒng)是否能將此最高呼叫信號優(yōu)先呼叫。5結(jié)論通過對電路圖通過muiltisim仿真的結(jié)果的分析可知道此電路基本符合此次課程設(shè)計的設(shè)計要求。本設(shè)計是為在病人緊急需要時能很快進(jìn)行救治的呼叫系統(tǒng),增強(qiáng)醫(yī)護(hù)人員更好的監(jiān)護(hù)病人。此系統(tǒng)的優(yōu)點特色在于可以設(shè)立呼叫優(yōu)先等級而不是單純的病人呼叫，這樣避免在有多個病人同時呼叫時，醫(yī)護(hù)人員不知

16、道應(yīng)該先救治哪個。利用本系統(tǒng)設(shè)立呼叫等級后，當(dāng)有多個呼叫信號時，呼叫系統(tǒng)會自動先顯示最高級別的的呼叫，使病情嚴(yán)重的病人得到優(yōu)先救治。同時系統(tǒng)自動鎖存其它的呼叫信號，在高級別呼叫清零后自動對其它信號進(jìn)行顯示呼叫。這樣讓所有病人都能夠獲得救治，這種由醫(yī)院根據(jù)病人病情設(shè)立的具有呼叫等級的系統(tǒng)系統(tǒng)可有效控制因病人突發(fā)病情而醫(yī)護(hù)人員卻未能及時救治導(dǎo)致病人病情嚴(yán)重甚至死亡的嚴(yán)重后果。同時這種病情嚴(yán)重者優(yōu)先的呼叫系統(tǒng)也體現(xiàn)了人性的美德和醫(yī)院救人的精神。 但是本設(shè)計也存在一些缺點。此設(shè)計在布線方便有點復(fù)雜，還要把其好好的隱藏，不能出現(xiàn)線路斷路?？梢园哑涓倪M(jìn)為無線發(fā)送，無線接收，這樣處理后發(fā)生故障的可能性會大大

17、降低。因此，為了克服以上的不利因素，本人覺得如果此課題會有進(jìn)一步的研究的可能的話，可以向無線方便發(fā)展，避免布線的麻煩和斷線的困擾，這樣就可以輕松解決布線的復(fù)雜和斷線的困擾了。在設(shè)計初期我不知道當(dāng)有多個病人同時發(fā)出信號呼叫時，優(yōu)先信號被優(yōu)先編碼器編碼后，再經(jīng)過譯碼顯示后，醫(yī)護(hù)人員處理完高級別信號，按下清零鍵；怎么樣認(rèn)其他病人的信號按照優(yōu)先級別先后顯示？當(dāng)多信號同時呼叫時，對較低等級的呼叫信號不知道怎么處理，才能保證當(dāng)高級別的信號被清零后，低級別的信號能及時的由系統(tǒng)自動呼出，而不再需要人為的控制輸出的問題始終沒有能找到合適有效的方法。還有就是如何實現(xiàn)在醫(yī)護(hù)人員已處理完畢當(dāng)前呼叫的病人后，系統(tǒng)對當(dāng)前

18、呼叫信號的清零以保證其他呼叫信號能夠及時的呼出以便醫(yī)護(hù)人員能及時的對其他病人進(jìn)行救治，從而避免因系統(tǒng)對病人呼叫信號的延遲導(dǎo)致病人不能及時接受護(hù)理而產(chǎn)生的嚴(yán)重后果。特別是控制清零這個問題苦惱了我很長的時間，后來才在我翻閱相關(guān)書籍和瀏覽相關(guān)網(wǎng)站時找到了解決問題的辦法，才知道這些問題可以通過對鎖存器的合理使用來一一解決。這也使我對學(xué)習(xí)的認(rèn)識有了更深入的了解，對理論聯(lián)系實際有了更加深刻的體會。四、總結(jié)設(shè)計中曾遇到過一個小問題，在設(shè)計的過程中曾因為對信號的如何處理才能保證所有呼叫信號及時的呼出和如何實現(xiàn)在醫(yī)護(hù)人員已處理完畢當(dāng)前呼叫的病人后系統(tǒng)對當(dāng)前呼叫信號的清零以保證其它呼叫信號能夠及時的被呼出這兩個問

19、題百思不得其解，后來查閱資料才找到解決問題的方法。還有就是在設(shè)計之前對設(shè)計的理念認(rèn)識不夠清晰，使自己長時間沒有能夠拿出一個總的設(shè)計方案，通過和同組同學(xué)的相互交流才使我對本設(shè)計有了清晰地認(rèn)識。另外在設(shè)計的過程同學(xué)們提出的好的建議使我意識到學(xué)習(xí)貴在交流，只有在交流中才能提升自己，才能豐富自己的知識；只有在交流中才能產(chǎn)生許多新的火花新的思想。設(shè)計的過程中讓我更加深入的了解了數(shù)電知識，讓我有一個能夠綜合運用數(shù)、模知識機(jī)會。讓我的動手能力，邏輯思維能力的到了相應(yīng)的鍛煉。也讓我知道了做任何事情都應(yīng)該以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度對待，否則一個小小的錯誤就可能導(dǎo)致整個設(shè)計的失敗。這個設(shè)計讓我有了能夠綜合運用所學(xué)知識的機(jī)會；讓我的動