1、 大庆师范学院 本科生毕业论文 基于单片机的病房呼叫系统 院 （系） 物理与电气信息工程学院 专 业 电子信息工程（自动化方向 ） 研 究 方 向 控制 学 生 姓 名 学 号 200901071825 指导教师姓名 刘宇 指导教师职称 副教授 2013 年 5 月 20 日 大庆师范学院本科毕业论文（ 设计） I 摘 要 病房呼叫系统是住院病人及其家属在需要医务人员帮助时，请求值班护士进行护理的重要呼叫工具，它主要用于协助医院里的病人在病床上方便地呼叫值班人员，可以快速的将病人的请求传送给值班人员，是提高医院的病房护理水平的必备设备之一。随着社会节奏的不断加快，医院行业的竞争越来越激烈，对经
2、济效益的追逐成为很多私立医院的生存第一要位，提升服务水平和服务质量迫在眉睫，陪护问题一直是医患矛盾的主要体现，也是长期以来困扰广大医务服务者的大问题，使用病房呼叫系统，方便患者迅速而快捷的找到医 生，以节约患者的珍贵时间 系统的核心是 at89c51 单片机。还有其它辅助硬件电路，矩阵键盘、 LED 显示电路 .地址锁存器以及译码器等。 个个房间的病人要呼叫护士可以按自己床边的按键，此时值班室会有蜂鸣器响，相应的指示灯亮，并且在值班室的数码管上显示床位号。信号通过矩阵键盘进行输入，在用高级语言编写程序时，对键盘信号的获取非常重要。 在本篇论文之中每个病房的病床旁都有一个呼叫按钮，当患者有需要医
3、务人员帮助时，按下呼叫键，此时 值班室的显示屏可显示此患者的床位号，多人使用时可以根据病人是否是重症病床而产生优先级别， 医护人员按下“响应”键取消当前呼叫。 关键词 ： AT89C51；矩阵键盘； LED；病床呼叫；蜂鸣器 大庆师范学院本科毕业论文（设计） II Abstract Ward call system inpatient request the duty doctor or nurse care emergency call communication tools, it is mainly used to assist patients in hospitals to easi
4、ly call the duty officer in the bed, the patients request sent to the staff on duty, necessary equipment to improve the level of hospital ward care. With the accelerating pace of social, increasingly fierce competition in the hospital industry, the pursuit of money to the survival of many private ho
5、spitals first, improve service levels and quality of service is imminent accompany the issue has been the main manifestation of the doctor-patient conflicts , is also a big problem has long plagued the majority of medical services, ward call system to facilitate the quick and fast patients to find a
6、 doctor to save the patients precious time The core of the system is the AT89C51 microcontroller. As well as other auxiliary hardware circuit, matrix keyboard, LED display circuit address latch and decoder. Patients in all the room you want to call the nurse by his bedside button, the duty room will
7、 be the buzzer sounds, the corresponding indicator light, and the number of beds in the duty room of the digital tube display. Matrix keyboard input signal, which is the key to programming. In this design, each bed has a button, when patients are in urgent need, press the button, the display of the
8、duty room to display the patients bed number, people can use is based on the patient to the intensive care bed a priority, health care workers “Response“ key is pressed to cancel the current call. Keywords: AT89C51; matrix keyboard; LED; Call of beds; buzzer 大庆师范学院本科毕业论文（设计） III 目录 第一章 前 言 . 1 第二章 系
9、统整体设计 . 2 2.1 功能与方案确定 . 7 2.1.1 功能要求 . 2 2.1.2 方案论证 . 2 2.1.3 总体结构框图 . 3 第三章 系统硬件设计 . 4 3.1 硬件构成示意图 . 4 3.2 单片机简介 . 4 3.3 主要单元模块介绍 . 5 3.3.1 控制器 AT89C51 . 5 3.3.2 键盘电路设计 . 7 3.3.3 显示电路设计 . 8 3.3.4 报警电路设计 . 12 3.3.5 控制电路设计 . 13 第四章 系统软件设计 . 13 4.1 系统软件环境介绍 . 13 4.1.1 KEIL_C . 13 4.2 系统程序设计 . 14 4.2.1
10、 系统主程序流程图 . 14 4.2.2 线反转法流程图 . 15 第五章 系统调试与结果 . 16 5.1 硬件组成图及其功能说明 . 17 5.2 功能实现组成图及其功能说明 . 18 结 论 . 21 参考文献 . 22 谢辞 . 22 附 录 . 23 大庆师范学院本科毕业论文（ 设计） 1 第一章 前 言 病床呼叫系统是一种紧急呼叫工具，在医院等公共场所有着广泛的应用，用来保持住院病人和医务人员取得联系的重要呼叫工具，能够在很大程度上提高医院的人文服务质量，有利于创建和谐医院。病床呼叫系统的优劣直接影响到病员的安危，以及病人对医院服务的满意程度，对于服务是否到位的问题受到了许多医院的
11、广泛关注。它要求及时、准确可靠、简便可行、利于推广 。 现在国内一些大型医院都有了比较智能的病房呼叫系统，但是有些小医院还没有安装病房呼叫系统，这不仅仅影响了医院的服务质量，也给住院人及他们的家属带来了很多的弊端。有时甚至出现病人紧急情况时，而找不到值班医生或护士，在医院重症住院的病人，在家人不在身边的一段时间内想在点滴后寻找人来拔针，如果这时没有病房呼叫系统，病人将会出现血液倒流的现象，将会及其危险。 病房呼叫系统一般分为两大类，一类是接线的，一类是无线的，无线的病房呼叫系统由于没有线路连接的问题，使得接线变得极其简单，但是由于其没有线路连接，可靠性较差， 而且对于一些小型医院使用无线呼叫系
12、统也是比较昂贵的一种手段，并且无线电波会干扰其他医疗仪器设备。该篇文章采用有线病房呼叫系统，成本较低，对于一些收入较少的小型医院，是非常好的选择之一，但受到布线较多，影响外观观察效果，故不适宜较大的医院进行使用。 病床呼叫系统方便住院病人能够在第一时间找到护士，极大的减少了等待的时间。以便病人能够在第一时间得到最有效的帮助，当今病房呼叫系统正在逐步地向智能化发展，它可以和摄像机，以及通话机一起使用，当病人按下开关时，在护士值班室的屏幕上第一时间看到病以及其周边的情况，并且可 以通过对讲机等设备，直接和住院人员进行及时快捷沟通。 大庆师范学院本科毕业论文（设计） 2 第二章 系统整体设计 2.1
13、 功能与方案确定 2.1.1 功能要求 本课设希望病床呼叫系统实现以下功能： 1任一病房的任意病床呼叫，护士值班室马上能显示其房间号 .病床号 ，并且蜂鸣器响。 2若有多个病床呼叫就循环显示；如是重症室患者按铃则可以优于其他普通患者。 3护士按下接收键后数码管熄灭，铃声停止。 2.1.2 方案论证 方案一： 使用 at89c51 单片机外加作地址锁存用的两块地址锁存器 74HC573 芯片，以及两块共阴极八段数码管，可构成一个基 本的显示电路。再配 32 个独立按键构成的输入电路，数码管采用静态驱动方式，所谓静态驱动方式是指，每一个数码管连接一个地址锁存器，而每一个地址锁存器又占用了 8 个
14、IO 口，两个地址锁存器就占用了 16 个 IO 口， led 显示器工作在静态显示方式时，各位的共阴极连接在一起并接地，每位的 8 个断码线分别与一个 8 位的输出锁存器相连接。对于键盘采用独立式键盘接口，对于该种接法，使得编程变得非常简单，但是由于我们在该次课设中需要大量按键，所以我们还要使用大量外扩电路来增加 IO 口的数目。 方案二： 用 at89c511自身身接口实现 数码管静态显示和键盘扫描，使用 at89c51 单片机外加一片地址锁存用的三态地址锁存器锁存器 74HC573 以及一片 3， 8 译码器 74ls138 芯片，以及一块两位一体的共阴极数码管，可构成一个完整的显示电路
15、。以此为基础，以配置以 4 行 4 列矩阵键盘的输入电路，数码管以动态形式显示，不但可以节约外部芯片而且还可以节省 IO 口，只是在软件编程较静态显示方式较难一些，同时键盘变为矩阵键盘可以将原来由 16 个 IO口控制的独立按键，来变成由 8 个 IO 口控制的行列式 4*4 矩阵键盘，在按键的识别的方法上来使用线反转发，这样的话就可以不扩 展 I/O 芯片而由大庆师范学院本科毕业论文（设计） 3 输入部分 键盘输入 控制器 AT89C511 输出部分 LED 显示 at89c51 自身 I/O 口实现上述功能 , 即用 P1 口的八个端口作为 LED 的段选 ,用 P2 口的做键盘电路的接口
16、。用 P35， P36， P37 作为数码管的片选线。 综上所述，方案一中键盘显示采用独立按键形式，其软件实现起来比较简单，但硬件电路过于复杂，没有合理利用单片机的 I/O2在用静态方式驱动数码管时，也有过多的外围硬件，虽然编程方面简单了许多，但是大量的外围电路，为系统的设计增加了不少障碍，而方案二外围电路非常简单易懂，虽然软件实现起来比较困难，但是这有利于我们对编程语言的学习，综合比 较几个方面来看本文选取第二个方案。 2.1.3 总体结构框图 图 2-1 病房呼叫系统结构框图 框架模块功能描述： 1.输入部分包括矩阵键盘输入，病人按键输入相当于一个外界的信号，用于向单片机传输命令。 2微处
17、理器采用常见的 AT89C51 单片机为控制核心，通过 c 语言软件 3编程，对即刻收集到片外信息进行处理，分析，同时对外部电路进行驱动和控制。 3输出部分包括两位一体的数码管显示电路，将从键盘上输入的信号显示出来，给人以直观的印象，并且辅助以由蜂鸣器组成的报警电路。 4 系统过程的综述： 矩阵键盘 在外部向单片机内部输入信号， AT89C51单片机收到信号后进行精细的处理，通过输出系统将信号显示在两位一体数码管上，并且驱动蜂鸣器 4来形成报警电路，此时值班室的护士可以通过按键进行中断调节，来终止刚才的呼叫。 大庆师范学院本科毕业论文（设计） 4 第三章 系统硬件设计 3.1 硬件构成示意图
18、图 3-1 硬件构成示意图 3.2 单片机简介 单片机也被称作“单片微型计算机”、“微控制器”和“嵌入式微控制器”，单片机一词最初源于“ Single Chip Microcomputer”，简称 SCM5。随着单片机在整体技术层面和内部结构上 的进步，其控制能力与日剧曾，国际上逐渐采用“ MCU”（ Micro Controller Unit,微控制器）来代替 SCM。单片机的发展历史大致分为 4 个阶段。 第一阶段：单片机的艰难的摸索阶段。这一阶段主要过程是摸索如何把计算机的一些重要部件嵌入在芯片上。 第二阶段：单片机的完善阶段。 Intel 公司在 MCS-48 的基础上推出了完善的、典
19、型的 MCS-51 单片机系列。它在很多方面都奠定了非常典型的以及非常通用的总线型单片机： 第三阶段：向微控制器发展的阶段。这一阶段主要是为了满足测控系统要求的各种外围电路和接口电 路，突出其职能化控制能力 5。 第四阶段：单片机的全方位全面发展阶段。由于许多大型的厂商包括大半导体以及大电气厂商都开始积极的参与到单片机的研制和开发过程中来。随着单片机在工业商业等领域内深入的发展和应用，随着时间的推移，逐渐出现了大寻址范围、高强运算能力的 8 位、 16 位、 32 位等通用型单片机以及价格比较便宜的专用型不能软件编程的单片机，还有功能及其全面的各种单片机系统模块。 大庆师范学院本科毕业论文（设
20、计） 5 3.3 主要单元模块介绍 3.3.1 控制器 AT89C51 AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压 ,高性能 CMOS8 位单片 机，片内含 4k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器 (PEROM)和 128 bytes 的随机存取数据存储器 (RAM)，器件采用 ATMEL 公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51指令系统 ,片内置通用 8 位中央处理器 (CPU)和 Flash 存储单元，功能强大 AT89C51 单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域 6。 主要特性： 1与 MCS-51 产品指令系统完全兼容；
21、2 4K 字节可重擦写 Flash 闪速存储器； 3 1000 次擦写周期 三全静态操作 :0Hz-24MHz ； 4三级加密程序存储器； 5 1288 字节内部 RAM； 6 32 个可编程 I/O 口线； 7 2 个 16 位定时 /计数器； 8 5 个中断源 ，两级中断优先权 输入输出引脚 AT89C51 引脚如图 3-2 示： 图 2-2 AT89C51 引脚图 图 3-2AT89C51 引脚 P0： P0 口在扩展外部存贮器以及 I/O 口接口芯片时， P0 口作为地址总线的低八位以及数据总线的分时复用端口， P0口也可以作为通用的 I/O 端口来使用，大庆师范学院本科毕业论文（设计
22、） 6 但需要加上上拉电阻，大约在 5-8k。 P1： P1 口 8 位为准双向 I/O 口 ，具有自己的拉电阻。 P2： P2 口 8 位准双向 I/O 口，具有内部上拉电阻，当单片机外部扩展存贮器以及 IO 口时， P2 可以将高 8 位地址输出进行使用。 P3： P2 口 8 位准双向 I/O 口，具有内部上拉电阻，并且具有比较强大的第二功能，第二功能见下表所示。 引脚 第二功能 说明 P3.0 RXD 串行数据输入口 P3.1 TXD 串行数据输出口 P3.2 INTO 外部中断 0 输入 P3.3 INT1 外部中断 1 输入 P3.4 T0 定时器 0 外部计数输入 P3.5 T1 定时器 1 外部计数输入 P3.6 WR 外部数据存储器写选通输出 P3.7 RD 外部数据存储器读选通输出 表 3-1 VCC：电源端，一般接 5V； GND：电源地； XTAL1， XTAL2：外接晶体振荡器，常常选择 12M；需加微调电容，一般选择为 30pF； RST/VPD：复位端，平时为低电平； ALE/PROG：地址锁存允许信号端； EA/Vpp：外部程序存储器地址允许输入端 /固化编程电压输入端 7。 复位电路： RST 管脚是复位信号使能端，高电平有效。当持续给予高于两个周期的高电平时就能达到复位的效果，采用按键复位。进行手 动复位，以节省资源，
