引言1.1課題的背景及意義隨著時代的發展，人們越發注重健康問題，平衡解決好患者和醫務人員的關系至關重要，同時可以更好的維護公共安全秩序。病區呼叫系統現在是醫療設備中不可缺少的一部分。病房呼叫系統是一種緊急呼叫工具，它的主要目的是讓醫院的病人能夠在床上方便地聯系到醫務人員，并把患者的請求迅速傳遞給坐診醫生。允許病人召喚當值醫生或護士進行治療或搶救。這是提升診所和病區醫護水準的必要設施之一以及病房看護水平的必要設備之一REF_Ref23905\r\h[1]REF_Ref23915\r\h[2]。公立醫院的競爭也日益加劇，私人醫院的蔓延是急劇的，但商業診所的存在是首次的。因此，提高醫院的服務水準與檔次刻不容緩，故護理一直是醫患關系中的主要問題，也是長期以來困擾衛生體系品質的一個難題。本課題是以51型微處理器為核心，研制了一套病床呼叫控制系統。本研究采用AT89C51單片機為中心，LCD顯示電路以及采用少量的數字電路組成，可以使患者與醫務工作者進行通信。當患者需要尋求幫助的時候，會有蜂鳴器蜂鳴，顯示屏顯示病床號碼。在該系統中，每一病區都有一個按鈕，病人需要的時候，只要按下按鈕，就能在監控器上顯示病人的病床號碼，多名病人在同一時間內可以完成連續顯示，醫護工作者可以點擊“應答”按鈕來終止目前的通話。該呼叫系統能為醫護人員和醫護人員帶來成本低、效率高、操作方便、易于維修和維修的服務。1.2國內外現狀分析目前國內外對于病房呼叫系統的研究處于不斷更新的狀態。隨著人們的生活條件的提升，一個好的服務條件成為繼醫療水平之外人們衡量一家醫院的重要參考條件，更多的人關心自身健康問題。為此，為了提供更好的服務和患者的滿意度，國內外的從事醫療行業的工作人員對病房的呼叫系統進行了深入研究。從中國國內現狀分析，國內的很多醫院都處于采取人工呼叫的方法，并沒有實現智能化的運行模式。另外人工呼救困難且不變，在患者自身發生癥狀或其他方面要求協助時,一般都是呼喚醫生,繼而等候處理,在這個過程中,不僅耗費了患者的時間,更給醫生造成一些困難。所以,國內的住院呼救體系是滯后和低級的，因此住院呼救體系很有潛力,發展前景不言而喻的,對于國外的住院呼救體系,總體要先進一些。1.3任務分析與實現大體上實現的邏輯功能為：當病人按下呼叫按鈕，病人呼叫蜂鳴器報警，同時接診臺的顯示器顯示病人病床號。當醫務人員接受信息后，按下信息接收按鈕，報警取消。本設計實現目標為：值班室能響應并顯示病房號；當有人按下呼叫按鍵，LCD1602顯示病房號，并且蜂鳴器聲光報警提示并且先呼叫的排在前面；護士看到后處理完后按下護士鍵可以清除房間號，沒有處理完的會向前移動；采用矩陣按鍵原理來控制16個房間按鍵；外部中斷按鍵來清除房間號。硬件設計2.1硬件電路總體設計方案本設計項目是一個應用AT89C51微處理器設計的固定式病房呼叫系統，該管理系統包括一個鍵盤輸入位IC，一個顯示電路和一個晶體振蕩器復位電路作為主控制器的AT89C51微控制器[3]。圖2-1系統組成框圖2.2單片機的控制電路2.2.1單片機AT89C51AT89C51是一個高性能、低電壓的8位CMOS微控制器，具有4k字節的只讀可改寫程序存儲器（PEROM）和128字節的片上隨機存取數。該RAM器件基于ATMEL的高精度存儲器技術，使用標準的MCS-51指令。強大的AT89C51集成了8位CPU和閃存，為用戶提供了廣泛的高質量應用場景。可靈活廣泛應用在各類電子控制應用領域。主要特性：=1\*GB3①與MCS-51兼容=2\*GB3②4Kbytes可重復擦寫Flash閃速存儲器=3\*GB3③1000次擦寫周期=4\*GB3④全靜態操作:0Hz-24MHz=5\*GB3⑤三級加密程序存儲器=6\*GB3⑥128×8字節內部RAM=7\*GB3⑦32個可編程I/O口線=8\*GB3⑧2個16位定時/計數器=9\*GB3⑨5個中斷源=10\*GB3⑩可編程串行UART通道AT89C51單片機采用40引腳封裝，為雙列直插式DIP結構。圖2-2顯示了引腳分布：四組40個引腳，兩個正電源和位置連接，8個I/O連接，共32個引腳，XTALa和XTAL2的時鐘連接，控制信號連接是主要組成部分。復位控制輸入引腳RET，鎖存位置允許輸入/輸出和程序脈沖控制輸入引腳ALE/PROG，片外程序存儲器選擇輸入PSEN，片內電源程序存儲器選擇/控制引腳EA/VPP。圖2-2AT89C51單片機引腳圖2.2.2顯示器接口為便于人們觀測和監控單片機的工作狀況,人們一般需要使用電子屏幕作為單片機的輸出設備,用以顯示單片機的鍵入值、中間信號及其計算結果等。在單片機使用操作系統中,最常見的表示屏類型一般有LCD(液晶器)和LED(發光二極管顯示屏)。這二款顯卡均具備低功耗節省,設置靈活,線路簡單,安裝簡便,抗震動,壽命長等優勢。液晶顯示器液晶顯示屏LCD(LiquidCrystalDisplay)是一款非常低耗電量的顯示屏。因為它具備的清晰率高,信息量大等優點,因此使其更加普遍地使用于小型儀表的大屏幕顯示中。LCD點陣顯示屏LED點陣顯示屏的結構形式有許多,其中常見的有二類。一類在機中安裝了漢字庫、程式庫,并具備了程序編制力量后,可實現信息內容完全不同的多個漢字同時顯現,稱可編程序型；一類將所要展示的信息內容全部燒寫并凝固在EPROM芯片中,進而實現一定信息內容的多個漢字同時顯現,稱單顯示器型。2.2.3單片機的最小系統微控制器有最小的系統[6][7]。這意味著，最簡單和最小的設備組合是一個高度技術性的設計，使微控制器能夠正常運作。就51系列微控制器而言，最小的系統由微控制器、芯片電路、復位電路的電源和燒錄端口組成。在Proteus軟件中選擇和設計元件，然后連接到電路。復位電路決定了AT89C51單片機的初始工作狀態，以及啟動狀態，這決定了微控制器的起始狀態。一個5V的電壓被施加到微控制器上。31和40號引腳是輸入端口，在程序初始化后為低電平。P30和P31是加載端口，用于在上電時完成復位程序的加載，并被設置為高電平。圖2-3最小系統2.3單片機外圍電路設計2.3.1LCD顯示電路設計1602LCD的基本參數及引腳功能1602LCD主要技術參數：顯示容量:16×2個字符芯片工作電壓:4.5—5.5V工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm引腳功能說明1602液晶顯示屏使用了一個14引腳（不使用背光源）或者16引腳（帶有背光源）的標準界面，各引腳接口說明如表所示:編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數據2VDD電源正極10D3數據3VL液晶顯示偏壓11D4數據4RS數據/命令選擇12D5數據5R/W讀/寫選擇13D6數據6E使能信號14D7數據7D0數據15BLA背光源正極8D1數據16BLK背光源負極引腳接口說明表第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳:VL是液晶顯示屏的比較度調整端子,當接正電時比較度最弱,接電時比較度最大,若比較度過高則會形成"鬼影",在應用時可透過一只10K的電勢器調整比較度。第4腳:RS為寄存器選項,在高電平時選用數據寄存器、低電平選用命令寄存器。第5腳:R/W是一個讀/寫信號線，當它處于高電平時執行讀操作，當它處于有效的低電平時執行讀操作；當RS和R/W都為低電平時，只有命令和顯示位置可用；當RS為低電平，R/W為高電平時，只有占有信息可用。當RS激活和R/W同時激活時，只有數據信息可以被寫入。第6腳:E端是使能端,當E端必須從高電平跳過轉為低電平才有效后,由液晶模組進行指令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數據線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。2.3.2聲音報警模塊設計有一個報警蜂鳴器。當病人要求呼叫時，蜂鳴器會發出聲音，只有當護士接受并回答信息時才會停止。控制終端與終端P34相連。在開關控制電路中使用三極管可以保護微控制器，并作為一個電流放大器，使發射器在三極管的基極為低電平時導通，在高電平時中斷。蜂鳴器模塊如圖2-4所示。圖2-4聲音報警模塊2.3.3應答電路本設計中每個病區使用同一個護士臺應答按鈕，接在P3.3引腳上，當有病人按下按鈕，報警開始時，按下應答按鈕，即可停止報警，聲音模塊圖如圖2-5所示圖2-5應答電路2.3.4矩陣鍵盤電路設計矩陣鍵盤作為一種常見的工具常應用于一些簡易系統的成本設計中，獨立鍵盤適用于一些簡單的電子產品設計，矩陣鍵盤適用于對按鍵電路要求相對較高的電子產品中，在本次設計中使用矩陣鍵盤。矩陣鍵盤排列成矩陣式，看起來十分美觀。矩陣式鍵盤的結構與工作原理如下:在鍵盤中的按鍵數量較多時,為了減少I/O口的占用,通常將按鍵排列成矩陣形式,矩陣鍵盤排列成4*4式，有16個按鍵，分別作為16個病房的呼叫按鈕，它們通過導線與單片機連接，患者就是通過矩陣鍵盤來發出信號同時來呼叫醫務人員。矩陣鍵盤電路圖如圖2-6所示。圖2-6矩陣鍵盤電路圖2.3.5蜂鳴報警電路在本次設計中選用聲音報警來提示眾人的蜂鳴報警器，在蜂鳴報警器中起關鍵作用的就是蜂鳴器，在這里我們使用電磁式蜂鳴器，電路結構相對簡單，選用一個PNP型的三極管S8550控制它的發音，當電路中有電流流過時，蜂鳴器中的振蕩器推動蜂鳴片，從而使蜂鳴器發出報警聲，起到告知眾人的作用，當事件得到相應的處理后蜂鳴器報警就會取消。蜂鳴器的電路圖如圖2-7所示。圖2-7蜂鳴報警電路圖2.4硬件電路原理圖硬件電路原理圖的設計需要做到功能齊全排版美觀，以此方便后續實物圖的焊接。同時需要了解各模塊之間需要完成的功能。整個成本設計部分是為先由矩陣鍵盤電路接到單片機主控電路再反饋到報警電路和顯示電路。整體以AT89C51單片機為主控單元，而蜂鳴器和報警電路，并需要搭配LCD液晶顯示器對矩陣鍵盤所提供的響應房間信息進行顯示和實時的報警狀態，最后通過應答電路的工作來解除報警。以此通過Proteus軟件進行繪制警報電路的原理圖，原理圖如下圖2-8所示。圖2-8硬件電路原理圖軟件設計3.1軟件設計概述主程序實現的功能是識別是否有信號出現并報警最終進行顯示，首先開始啟動系統開始運行同時對單片機進行初始化，并進入等待狀態，如果出現警報就出現循環顯示其中主要用到了子函數的調用。程序流程圖如圖3-1所示。圖3-1主流程圖3.2顯示程序流程LCD1602是一個熱門的顯示器。過去的數碼管已經無法滿足現代人的需求。人們逐漸喜歡使用液晶屏，如液晶電視。液晶屏的使用必須從初始化開始，然后設置命令、坐標等數據并寫入相應的字符，特別重要的是它必須先確定最后一個字符是否完成，將無法承載下一個字符，這些字符完成后它就能顯示結果，這將代表一個列[8][9]。而顯示屏是這種設計的理想選擇，因為它價格低廉，耗電量小，效果清晰有力。該框圖看起來如下。 圖3-2LCD1602顯示流程圖系統仿真與調試4.1軟件仿真首先根據設計好的要實現的邏輯功能，使用keil軟件對程序進行編寫，在使用keil軟件進行編寫時一定要運用正確的C語言程序編寫，為了方便后面對設計程序功能的修改和編譯，同時需要注意程序編寫的邏輯準確與否，應用keil軟件進行編譯仿真一步一步的運行，直至零錯誤后方可進行軟件仿真的步驟。太進行keil軟件編寫時事先需要建立一個空白文件夾方便軟件中工程文件的保存，方便后續進行修改和整理。打開Proteus軟件建立一個新工程，將工程保存到事先建好的文件夾。然后首先在數據庫中搜索AT89C51單片機以及其他原件，再根據美觀的要求來后續編排連接以及實物的焊接。在protues上完成仿真原理圖后，進而將在keil中生成的.hex文件導入c51系統中。以上工作完成后即可以進行仿真調試觀察LCD顯示和蜂鳴器的現象[10][11]。其中電路設計圖如圖4-1所示圖4-1呼叫系統的電路設計4.2仿真電路調試完成好仿真電路的設計即可以按照任務要求進行調試，調試之前需要再一次對自己設計的邏輯方案進行分析，進一步確保知識原理的正確性，排除其他偶然性。在檢查完所有按下原理圖仿真運行按鈕，整個系統開始執行工作。此時可以通過按下鍵盤電路的按鈕模擬各個病房的呼叫情況，16個按鍵按照8421bcd碼的順序模擬16個病房號。此時如果有人按下呼叫按鈕LCD即顯示病房號，讓護士及時的發現病人的需求。具體的顯示如圖4-2所示圖4-2顯示各病房呼叫如圖4.2顯示的是10、11、6、7、1號房間的病人按下了呼叫按鈕按照按下的先后順序依次顯示在護士臺。當工作人員接收到信息后，如果護士按下應答按鈕命令就會清除。如圖4-3、4-4所示圖4-3鍵盤電路以及響應按鈕圖4-4清除后的LCD顯示當護士處理完按下清除房間號后顯示和蜂鳴報警消失。報警系統恢復為準備工作狀態。如圖4-5所示圖4-5無報警狀態電路4.3實物制作實物焊接前的準備工作也是必不可少的，需要對焊接用到的工具以及知識儲備進行學習。關于我在此次成本設計中實物制作部分方面，開始時自己通過網上尋找資料進行學習，再有一定基礎后，開始虛心的請教周圍的同學，進行親自嘗試后，發現上手不太可以，進而求助指導老師和學校實驗室的老師。在做好準備工作后，開始著手焊接此設計的電路板，在熟悉了各個元器件的實物后，從網上購置相應的零件。然后在進行實物焊接之前，要事先準備好所需要的元器件。每個器件都有著不同的功能，所以對應擺放，這