单片机的病房呼叫系统设计与制作
一、 引言 1
(一) 病房呼叫系统的发展背景 1
(二) 本文主要内容 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
(一) 主控单片机的选择 3
(二) AT89C51单片机介绍 3
(三) NRF24L01无线收发芯片概述 5
(四) LCD1602液晶概述 6
三、 硬件系统设计 7
(一) 病房呼叫系统的方案设计 7
(二) AT89C51单片机最小系统构建 7
(三) NRF24L01电路设计 9
(四) 呼叫按键电路设计 10
(五) LCD1602液晶显示器电路设计 11
(六) 声音提示模块设计 11
四、 软件系统设计 13
(一) 软件系统流程图设计 13
(二) NRF24L01无线收发软件流程设计 14
(三) LCD1602显示流程设计 15
(四) 声音提示流程图设计 16
总结 18
致谢 19
参考文献 20
附录一 原理图 21
附录二 PCB图 23
附录三 元件列表 24
附录四 程序 25
引言
病房呼叫系统的发展背景
病房无线呼叫系统就是指将射频无线通信技术植入到普通呼叫系统中的一种智能控制系统,有了射频无线通信的辅助,病人能够方便的实现远程的呼叫功能,护士在接到求助信号后能够通过护士房内的液晶显示器清楚的看到求助病人的病房号和床位。传统上的病房呼叫系统在单片机以及电子技术还没有发展成熟之前,完全需要病人通过呼喊进行才能将护士房内的护士呼唤过来,这种方式不但使得病人得不到方便的监护,大声的呼喊更是影响到了周围病人的休息。
在单片机技术以及数字器件发展成熟后,设计人员首先想到的就是通过单片机的控制,实现一种电子自动式的病房呼叫系统,给每个床位安置一个按钮,当病人按下按钮后,控制系统迅速将护士房内的声音提示器打开,告知护士有病人需要帮助,这种电子式呼叫器的出现在一定程度上解决了呼喊方式存在的弊端,
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行才能将护士房内的护士呼唤过来,这种方式不但使得病人得不到方便的监护,大声的呼喊更是影响到了周围病人的休息。
在单片机技术以及数字器件发展成熟后,设计人员首先想到的就是通过单片机的控制,实现一种电子自动式的病房呼叫系统,给每个床位安置一个按钮,当病人按下按钮后,控制系统迅速将护士房内的声音提示器打开,告知护士有病人需要帮助,这种电子式呼叫器的出现在一定程度上解决了呼喊方式存在的弊端,但是仍然不能满足医院中有众多病人的需求,因为这种呼叫器只有一个呼叫功能,并没有显示是哪个床位在呼叫的功能,护士在接到呼叫信号后,不能立即直判断出病人的位置。
在这种呼叫器盛行的一段时间后,设计人员考虑到需要开发一种更能更加全面的病房呼叫器,他们将数码管或者液晶屏加到了呼叫器控制系统中,当病人按下呼叫按钮后,跟按钮相对应的床位号也会被系统记录下来,控制器在驱动蜂鸣器呼叫模块发声的同时,也会在液晶屏上显示出病人的床位号,这样护士在接到呼叫后就能迅速的根据屏幕上显示的床位号找到病人。
在无线通信技术发展成熟后,尤其是射频通信技术,许许多多的通信模块进入了市场并能被多种场合广泛使用,停留在有线呼叫方式的病房呼叫器面临着被无线化的前景,这样错综复杂的控制线路全由射频无线通信来代替,墙面上布满的信号线将被取代,这样带来两个好处,一是医院环境将提升,墙面上不再出现呼叫器的信号线;二是没有了实际的信号线,系统的稳定性将提升,冗长的信号线布在外界,非常容易受到损坏而影响呼叫器的性能。
因此本文提出基于射频无线通信方式的病房呼叫系统的设计,采用目前市面上常用的NRF24L01型射频无线芯片,这款芯片工作在2.4GHz的ISM频段,具有数据传输速度快,传播距离远的特点。
本文主要内容
本文主要设计了一款具有无线通信方式的病房呼叫系统,采用了Nordic公司生产的2.4GHz射频无线通信芯片NRF24L01作为数据收发模块,以ATMEL公司的AT89C51单片机作为主控核心,以这两个主要硬件模块组成了系统的硬件结构,实现了如下功能:
1、具有四路呼叫按键,每个床位配置一个呼叫按键。
2、当病人按下呼叫按键后,护士房内的呼叫器立即发出声音告知护士有病人需要帮助,并且液晶屏能够显示病人的床位号。
3、呼叫信号通过无线方式发送到护士房间。
方案选择及元器件介绍
主控单片机的选择
方案一:选择8位的51内核单片机作为主控核心,由于51单片机进入中国学生的视野比较早,它通常作为高校里单片机课程的主要教学题材,因此具有广泛可使用的资料和现成例程,其库函数目前也比较丰富,因此在使用时比较容易上手,尤其是对刚开始迈进单片机大门的学生来说。目前使用最广泛的AT89C51和STC89C51同是采用经典51内核的8位单片机,这两者的区别是AT89C51是单片机巨头ATMEL公司研发的,STC89C51是国内的宏晶公司推出的,两者相互兼容,另外最基本的C51单片机采用串口下载程序,不需要昂贵的仿真器,因此成本非常低。但是其缺点也非常明显,由于C51单片机比较基础,因此其内部资源非常贫乏,只集成了UART、定时器等模块,中断资源比较少,只有P3.2和P3.3两个管脚能够进入管脚中断,其他管脚无中断能力,因此在开发大型的复杂项目时将显得非常逊色,如果需要使用AD转换或者DA转换等功能时,需要在片外扩展相关芯片,因此电路形式将显得复杂。
方案二:选择美国德州仪器(TI)公司研发的MSP430系列单片机作为主控核心,这种单片机进入市场的最大优势是其低功耗性能。430单片机采用了RISC精简指令系统,另外430是一种16位单片机,该系列单片机的高端型号的主频能够达到40M,处理速度相对于经典的8位单片机来说非常快。430单片机中大多数芯片具有JTAG口,这使得用户能够通过专用的仿真器来设置断点来分析程序的运行现象,方便查看相关的寄存器值,给程序调试带来了极大的方便,为项目的成功
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