基于单片机的病床呼叫系统设计

基于单片机的病床呼叫系统设计

随着科技的发展，社会的进步，越来越多的设施都趋向于科技化。当前，人类对健康的关注越来越多，医疗行业正快速膨胀，患者也希望能得到最佳的护理和服务，传统的继电器控制门铃式呼叫系统，由于外观粗糙、噪声大、功能单一，在医院达标定级中已不能适应现代医院的要求

系统是基于51系列的单片机设计的病床呼叫系统。该系统以AT89C51单片机为核心辅以独立式按键、LCD显示电路和部分简单模拟和数字电路组成的能够实现病人和医护人员之间信息的传递。在该设计中每个病房都有一个按键，当患者有需要时，按下按键，此时值班室的显示屏可显示此患者的床位号，多人使用时可实现同时显示，医护人员按下“响应”键取消当前呼叫。此系统能够为医院提供一个成本低、效率高、操作方便和易于安装维护的快捷系统。

关键词：51单片机独立式按键 LCD显示电路呼叫系统

目录

1.绪论 (3)

1.1课题设计的背景及意义 (3)

1.2设计要求及预期目标 (3)

1.3设计可行性 (4)

1.4设计方案及步骤 (4)

1.4.1 键盘采集方案选择 (5)

1.4.2设计芯片的选择 (6)

2.系统硬件设计 (6)

2.1系统原理框图 (6)

2.2芯片简介 (7)

2.3硬件模块设计 (10)

2.3.1 按键电路模块 (10)

2.3.2 液晶显示模块 (11)

2.3.3 声音报警模块 (11)

2.3.4 应答电路 (12)

3.系统软件设计 (12)

3.1主函数程序设计 (13)

3.2中断程序设计 (14)

3.3显示模块设计 (15)

4. 系统的调试与结果 (17)

4.1调试界面显示 (17)

4.2结果分析 (20)

结束语 (20)

附录 (21)

附录一：P ROTEL原理图 (21)

附录二：PCB电路图 (22)

附录三：实物图 (23)

附录四：C语言源程序 (24)

1.绪论

1.1课题设计的背景及意义

信息时期医院的管理多数都已经从传统落后的人工服务模式，向电子化、智能化、网络化的科技管理模式方向迅速发展。“病床呼叫系统”可实现对医院病室病房的智能化把控，也可促成呼救、信息保存、显示等等功能。病人住院的时候,会在任何可能出现问题的时间需要医护人员去诊断或者护理。临床的呼叫是传送病人即时消息非常重要的措施,病人向值班医师或护士提出紧急呼叫的时候，病床呼叫系统充当工具的作用,若想要将患者的请求即时地传送给医护人员,并且被医院监控中心记下完整准确的信息,同时也是提高医院和病护的重要组成部分[1]。

本次设计是以AT89C51为中心的病人呼叫系统，通过采集病区数据的信息，采用LCD1602显示屏显示蜂鸣器并进行报警的呼叫设计。可以落实医院医护人员和病人病房之间的呼叫联系，有使用便捷、操作起来简单等优点。病床呼叫系统可以应用于养老院、医疗机构、医院的病房等地方，也可以用来联通医护人员和病人，同时是提高医院的医疗水平必需设备之一。病床的呼叫系统的好坏会直接影响到病员的生命财产安全，历来受到各种大医院的广泛重视。它要求必须得简便可行、准确可靠、并且利于推广。

病床呼叫系统利于病人快速地呼叫护士，大大缩短了人工的呼叫时间。现在病房呼叫系统正逐步地向高度智能化发展，它也可以和摄像机在一起使用，每当病人按开关，护士值班室的大屏幕上能够即时地观察了解病人的需要。并可以配对讲机等通讯设备，能使病人快捷及时地与医务人员进行沟通交流。有了病床呼叫系统，医院对病人的护理工作变得愈加方便全面，不再烦恼于未能及时发现突发病况而一发不可收拾。总的来说，51系列单片机设计的病床呼叫系统能可靠、准确、及时地促成病房呼叫管制,有良好的前景应用[2]。

1.2设计要求及预期目标

最近几年来伴随着人们生活水平的不断提高,大家对医疗机构水平的要求也在不断地提高，尤其是在某些突发情况下病员请求值班医护人员进行及时的诊断或者护理，这一过程对提升医院管理服务质量就会显得尤为重要，在这同时也会很大程度上提高医院应对突然发升的事件的能力。所以,一种全新型的临床呼叫仪器一跃成为最近几年来的研究热门之

一。呼叫系统直接关系到病人的生命安全，受到各大医院广泛关注。它要求及时，准确，可靠，简单可行，有利于促进电力线载波通信技术的应用，单片机多机通信和计算机监控和管理技术设计，振铃，呼叫排队，的病床呼叫系统录音等功能，满足医院管理和医院护理。

设计要求：以单芯片微型计算机监控的设计为目标，设计一个（模拟）病床呼叫控制器。可以监视多个床，床做出及时的声音报警和显示病床数称为准确，使医护人员可以及时、准确地向医院的患者，给予及时的救援和医疗。

预期目标：病人按确认键，通过单片机控制处理，护士值班室报警，同时，1602液晶会显示相应的床号，当护士按下停止响应按键，液晶显示器由定时器控制显示”I know”。当有多个病人呼叫时同时响应，对应于每个床床数显示，同时报警。

通过对上述设计任务的分析，可以细分为以下几个部分，最终的调试也是将以下部分为依据：

①当有病人按下按键时，液晶显示器上显示病人的病房号，病床号；

②在护士按下清零键后，液晶显示器上内容恢复到初始状态；

③若在护士按下清零键前有多个病人按键，则液晶显示器上将循环显示各个病人的信息，直到护士按下清零键后，液晶显示器上内容恢复到初始状态。

1.3设计可行性

在医院的正常运行中，医疗设备起到一个重要的角色的作用，病房呼叫系统是其中的一个。作为每一个床的基本配置，它可以使病人打电话更方便，更简化了医务人员的工作。目前市场上有很多种不同的病房呼叫系统功能的不同，主要分为两类：有线和无线。无线病房呼叫系统线路铺设不存在问题，但可靠性差，和无线电波会干扰其他医疗设备。本设计的电缆类型，适合中小型医院使用，具有成本低，操作简单，安装和维护，而且具有稳定可靠的特点，不会受到其他医疗设备的干扰；但由接线较多，影响美观，不宜大医院。我们利用AT89S51芯片设计了一套简单可行，系统性能稳定，对该系统的测试完全可以满足医院的需要。

1.4 设计方案及步骤

根据设计要求，基于C51单片机为核心的病床呼叫系统有6个独立按键，每个按键对应不同的床。在没有病人呼叫时屏幕显示初始化界面；当病人床边按下相应的按钮，产生

一个中断信号。单片机接收到中断信号的中断服务程序呼叫识别号码后，显示病床床位数，通过LCD1602显示床位号，蜂鸣器报警信号；通过阅读屏幕上提示，护士可以快速准确地了解到病人的需求，并作出相应的准备和处理，处理完成按“清除”按钮，可以删除通话记录，等待下次呼叫，同时液晶屏幕上再次显示“HAPPY EVERY DAY”。其结构图如下：

图1.1 病床呼叫系统结构图

1.4.1 键盘采集方案选择

键盘的工作方式应该根据实际应用系统中CPU的工作状况而选定选取的规则是既能保证CPU可以及时响应6个按键操作而又不需要占用过多CPU工作的时间。通常来说键盘工作的方式有三种即编程扫描、定时扫描和中断扫描。

1编程扫描工作方式

编程扫描工作方式指的是利用CPU进行完成其他工程的空闲时间调取键盘扫描子程序来检测按键状态反应键盘输入。执行按键功能得程序时CPU不会再享有按键输入需求一直到CPU再次扫描键盘为终止。

2定时扫描工作方式

定时扫描工作方式指的是每间隔一小段时间对按键扫描一次，它利用单片机的内部定时器产生固定时间如20ms的定时，定时时间到了产生定时器就会溢出中断。CPU在中断服务程序中键盘进行扫描并在有键按下时识别出该键并保存键号然后在中断服务程序或主程序中执行该键的功能程序

3中断扫描工作方式

中断扫描工作方式就是当有按键被按下时，电路产生中断信号，单片机收到中断信号

后就执行对应的中断服务子程序响应该按键，处理完后CPU又开始循环等待下一次按键按下。

当采用两个键盘扫描方式，无论是否有键按下CPU定时扫描键盘和单片机应用系统往往需要工作不是键盘输入。CPU通常是空的，浪费了很多时间扫描。CPU不扫描键盘并按一个按钮与相应的电路产生一个中断请求，该CPU响应中断执行，键盘扫描子程序和确定按键号[3]。

所以本设计中利用中断扫描工作方式采集键盘信息。

1.4.2设计芯片的选择

C51单片机：

单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的CPU、RAM、ROM、多路I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能集成到一块芯片上的一个小系统，通过编写程序下载到单片机的程序存储器以实现不同的功能[4]。

液晶显示器LCD1602：

相对于数码管、LED二极管点阵等，液晶显示具有可以实现汉字的显示，硬件电路连接比较简单等优点。

2.系统硬件设计

2.1 系统原理框图

根据病床呼叫系统要求初步绘制出系统原理框图如图2-1所示。

图2-1 系统原理框图

2.2 芯片简介

STC89C51是一种低耗、高功能CMOS8位微型控制器，具有 8K字节存在于系统，可以编程的Flash 存储器。在单个的芯片上，具有灵活的8 位CPU 和在系统可以编程Flash，使得以STC89C51为许多嵌入式控制系统提供高灵巧、高超有效解决问题的方案。有以下几个标准的功能： 8kFlash，512RAM， 32 位I/O 口线，内置4KB EEPROM，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断的结构。除此之外 STC89X51 可降至0Hz非动态逻辑操控，支持两种软件可以选省电方式。空闲模式下，CPU 会停止工作，准许RAM、计数器/定时器、中断会继续工作。在漏电受到保护下，RAM中的内容就会被保存，另外振荡器被冻结，单片机停止一切工作状态，一直会持续到下一个信号产生中断或者硬件复位。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选[5]。

图2-2 STC89C51单片机引脚图

STC89C51是机内有ROM/EPROM单元的单片机，所以，这类芯片组成的最小系统最为简单﹑可靠。用51单片机组成最小应用的系统时，只需要将单片机外接上时钟电路和复位电路就行，结构如下图2-3所示，由于受到集成度的限制下，最小应用系统被迫只能用作一些较小型的控制单元。

时钟电路

复位电路

单片机I/O

口

图2-3 单片机最小系统原理框图

(1) 时钟电路

STC89C51单片机的时钟信号一般会由两种工作方式产生：一种是内部时钟工作方式，第二种是外部时钟工作方式。内部时钟工作方式如下图2-4所示。在STC89C51单片机内部有一个晶振电路，只需把石英晶体(简称晶振)接在单片机的XTAL1(18)和XTAL2(19)引脚外面，就会自然构成自激式振荡器而且会在单片机的内部产生时钟脉冲信号。图中电容C1和C2的作用就是用来稳定频率并且快速起振，电容在5~30pF之间，典型的值为30pF。晶振CYS振荡的频率范围是在1.2~12MHz之间选择，典型的值为12MHz和6MHz。

图2-4 STC89C51内部时钟电路