医院病人紧急呼叫系统

目 录 摘要2 关键字 Absttact Keyword. 引言 工作原理 1 材料与方法 1.1 几种方法的比较 1.2 方案论证和选择 2 各单元模块功能介绍及电路设计 2.1 5 秒呼叫系统 2.2 呼叫显示模块 2.3 优先显示模块 3 特殊期间的介绍 4 系统调试方法介绍和系统功能 5 结论 6 结论与体会 参考文献 附录 病房呼叫系统设计 引言 病房呼叫系统， ，简称呼叫仪。作用在于将病人的呼叫信号迅速而准确的通 知给医护人员，以便病人能获得及时处治。它的使用方便了病人又减少医护人 员的巡查次数，减轻了劳动强度。现在在临床上得到普遍的应用。 本设计的病房呼叫系统是应用 555 计时器逻辑门电路，采用数字、模拟电 路的一些基础原件来，来实现的具有优先级的结构简单，安装方便病房呼叫系 统。当有病人进行呼叫时，系统会自动先处理具有优先级别的病房的编号，同 时产生光信号和 5 秒钟的声音信号。另外在产生信号的同时系统会显示呼叫病 人的病房编号。这样医护人员可以根据呼叫信号的优先级别及时对每一位呼叫 病人进行救治。当有多个病人同时进行呼叫时，系统会根据优先级别自动呼出 当前呼叫中的最高级别呼叫信号而对其它低级别的呼叫信号进行自动保存，在 当前的最高呼叫信号被医护人员完成后，按下清零后，自动输出所保存信号呼 叫中最高级别的呼叫，直到每位病人处理完毕。 本设计的指导思想是设计一个当病人紧急呼叫时，产生声光提示，并显示 病人编号；然后根据病人病情进行优先级别设置，当有多人呼叫时，病情严重 优先；医护人员处理完当前最高级别的呼叫后，清除已处理的最高级别的呼叫 信号，系统按优先级别显示其他呼叫病人的编号。由呼叫信号的锁存，CD4532 优先编码，由 744511 译码显示和逻辑控制清除几部分构成，其核心在 CD4532 优先编码器。 工作原理 用 D 锁存器锁存，再用一个 8 线-3 线优先编码器 4532 对病房号编码，再 用译码器 4511 译出最高级的病房号。当有病房号呼叫时，通过译码器和逻辑门 触发（由 555 构成的单稳触发器）从而控制蜂鸣器发出 5 秒钟的呼叫声。呼叫 信号控制晶闸管从而控制病房报警灯的关亮。若有多个病房同时呼叫，待医护 人员处置好最高级的病房后，由人工将系统的复位（手动） 。 工作流程图 呼叫信号 锁存器 译码器 报警灯 复位 手动 蜂鸣器 逻辑门 电路 1 材料与方法 1.1 几种方案的比较 根 据 D 锁 存 器 的 在 逻 辑 门 电 路 所 处 的 位 置 不 同 可 设 计 出 两 种 方 案 的 逻 辑 门 电 路 。 方 案 一 ： 病 房 呼 叫 系 统 的 逻 辑 门 电 路 如 图 1.1 所 示 。 它 由 模 拟 开 关 、 优 先 编 码 器 、 锁 存 器 、 数 码 管 、 逻 辑 门 、 信 号 灯 、 单 稳 态 触 发 器 、 蜂 鸣 器 组 成 。 模 拟 病 房 号 通 过 优 先 编 码 器 显 示 优 先 级 最 高 的 病 床 号 。 并 且 通 过 锁 存 器 储 存 起 来 ， 按 R 键 将 清 除 已 处 理 的 信 号 。 呼叫显示模块 5 秒呼叫模块 复位按扭锁存 优先显示模块病房 图 1.1 病房呼叫系统的逻辑方框图（方案一） 当 有 病 床 呼 叫 时 ， 信 号 通 过 单 稳 态 触 发 使 蜂 鸣 器 响 5 秒 钟 。 数 码 管 显 示 优 先 级 高 的 病 房 号 ， 同 时 报 警 灯 亮 ， 等 待 人 员 处 理 。 方 案 二 ： 病 房 呼 叫 系 统 的 逻 辑 门 电 路 如 图 1.2 所 示 。 它 所 用 的 元 件 和 模 块 与 方 案 一 相 同 ， 只 是 先 通 过 呼 叫 显 示 模 块 、 优 先 显 示 模 块 、 5 秒 呼 叫 模 块 ， 再 锁 存 。 病房 呼叫显示模块 优先显示模块 5 秒呼叫模块 锁存 复位按扭 图 1.2 病房呼叫系统的逻辑方框图（方案二） 1.2 方案论证和选择 对 两 方 案 比 较 过 程 后 ， 发 现 两 种 方 案 都 能 够 对 最 优 先 级 别 的 呼 叫 信 号 进 行 处 理 ， 编 码 和 译 码 ， 最 后 显 示 出 来 。 在 完 成 最 优 先 级 呼 叫 信 号 的 处 理 之 后 ， 方 案 一 可 以 通 过 医 护 人 员 手 动 复 位 ， 从 而 对 其 他 信 号 的 处 理 ， 而 方 案 二 在 处 理 完 最 高 级 别 信 号 后 ， 不 能 再 对 其 他 信 号 进 行 处 理 。 很 明 显 方 案 二 不 满 足 本 设 计 的 要 求 。 因 此 ， 本 设 计 选 取 方 案 一 。 2.各单元模块功能介绍及电路设计 2.1 5 秒呼叫模块 利 用 555 集 成 时 基 电 路 组 成 脉 冲 启 动 型 单 稳 态 电 路 ， 产 生 定 长 时 间 的 震 荡 信 号 驱 动 蜂 鸣 器 呼 叫 。 配 以 相 应 参 数 的 阻 容 器 件 ， 可 将 震 荡 时 间 准 确 的 控 制 在 要 求 的 5 秒 钟 。 电 路 原 理 图 如 下 ： 图 2.1 5 秒呼叫电路原理 此 电 路 由 模 拟 开 关 、 4 输 入 或 非 门 集 成 芯 片 4002、 由 555 构 成 的 单 稳 态 触 发 器 和 蜂 鸣 器 组 成 。 模 拟 开 关 初 始 状 态 为 全 低 电 平 。 将 模 拟 开 关 的 所 有 输 入 端 经 与 非 门 后 接 入 555 的 触 发 输 入 2 端 。 再 由 555 的 输 出 端 3 接 蜂 鸣 器 。 当 无 病 房 呼 叫 时 ， 模 拟 开 关 全 为 低 电 平 输 入 给 逻 辑 门 ， 之 后 输 入 555 的 2 端 口 时 依 旧 是 高 电 平 。 由 于 由 555 构 成 的 单 稳 态 触 发 器 是 低 电 平 触 发 ， 且 无 触 发 时 输 出 低 电 平 。 所 以 此 时 蜂 鸣 器 无 声 音 。 只 要 有 病 房 呼 叫 时 ， 555 的 2 端 将 接 入 低 电 平 ， 触 发 器 被 触 发 ， 进 入 暂 稳 态 状 态 中 。 其 输 出 端 3 输 出 5 秒 的 高 电 平 ， 则 蜂 鸣 器 呼 叫 5 秒 钟 。 呼 叫 时 间 5 秒 即 为 单 稳 态 的 暂 态 时 间 。 由 555 构 成 的 单 稳 态 的 暂 态 （ 即 输 出 高 电 平 时 间 ） 公 式 算 得 。 Th=RCLn3 =4541031010-61.1=5 s 这 里 取 470k 的 标 准 电 阻 。 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于 计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时 器等电子产品中作发声器件。我们本次设计就是用这种设备来模拟，它的外形 常见的又以下几种，一般呈圆柱状，下面两针长短不同，长的就为正极，短为 负极，我们只要在正负极加上正向电压其便可以发出声响。 。 图 2.2 常 见 蜂鸣器 555 定时器电路的内部结构如下图所示，其有两个比较器 C1 和 C2，且它 们各有一个输入端连接到三个电阻 R 组成的分压器上，比较器的输出接到 RS 触 发器上。此外还有输出级和放电管，输出级的驱动电流可达 200mA。 图 2.3 555 定时器 由其内部结构我们可以得到它的功能表如下所示： 表 2.1 555 定时器功能表 对于 555 定时器，我们在数电中已经学到，它在数字电子电路的应用常见 的又一下几种应用： 1.555 定时器接成施密特触发器， 2.用 555 定时器接成单稳态触发器， 3用 555 定时器接成多谐振荡器本次设计中我们就用到了其中两种，即 单稳态触发器和多谐振荡器，其中单稳态触发器结构和其个点信号波形如下所 输入 输出 Rc V11 V12 Vo TD 状态 0 低 导通 1 2Vcc/3 Vcc/3 低 导通 1 Vcc/3 不变 不变 1 2Vcc/3 Vcc/3 高 截止 示： 图 2.4 图 2.5 可见其主要作用是输入一个短暂的低电平信号而输出一个一定时间长度的高电平信号。 2.2 呼叫显示模块 因 为 病 房 中 的 呼 叫 开 关 14 都 是 可 自 动 弹 起 的 按 扭 开 关 ， 其 提 供 信 号 不 稳 定 不 确 定 ， 所 以 设 计 中 只 能 利 用 呼 叫 时 的 一 个 脉 冲 信 号 ， 才 能 保 证 呼 叫 的 及 时 、 准 确 。 利 用 晶 闸 管 的 开 关 特 性 ， 使 晶 闸 管 与 信 号 灯 串 联 在 电 源 上 ， 使 用 呼 叫 信 号 控 制 相 应 的 信 号 灯 串 联 晶 闸 管 ， 当 有 病 房 呼 叫 信 号 来 时 ， 晶 闸 管 导 通 使 对 应 的 小 灯 点 亮 报 警 ， 直 到 人 为 复 位 清 零 。 其 电 路 原 理 图 ， 如 下 ： 图 2.6 信号灯显示电路原理 当无呼叫时，呼叫开关都处在低电平，尽管晶闸管的两端加上了足够的正向电压，但 由于 G 端无触发信号而不能导通，小灯不亮。当有呼叫时，相应的模拟开关会接通高电平， 这时晶闸管两端有足够的正向压降且有足够的触发电压，满足导通的条件，管子导通，小 灯发光，报警。实验中将 12v 直流电源与复位开关、报警灯以及晶闸管正向连接，利用模 拟开关控制晶闸管的打开，用复位开关控制晶闸管的断开，以达到利用呼叫的不稳定信号， 触发出稳定的报警输出，直到人为处理。 2.3 优先显示模块 方 法 一 ： 利 用 可 编 程 逻 辑 控 制 电 路 ， 编 制 程 序 对 各 个 输 入 进 行 优 先 级 设 置 ， 用 软 方 法 实 现 。 方 法 二 ： 各 个 呼 叫 信 号 通 过 D 锁 存 器 进 行 锁 存 再 送 入 优 先 编 码 器 进 行 采 集 输 入 信 号 并 编 码 。 第 二 个 方 法 电 原 理 简 单 实 用 ， 易 于 实 现 。 用 可 编 程 逻 辑 控 制 电 路 ， 这 种 方 法 在 应 用 中 能 非 常 方 便 有 效 的 控 制 ， 而 且 对 于 以 后 附 加 功 能 的 实 现 、 电 路 功 能 的 扩 展 很 方 便 ， 只 是 需 要 掌 握 一 定 的 编 码 优 先 位 及 相 应 电 路 的 应 用 ， 在 熟 悉 可 编 程 控 制 电 路 的 应 用 的 情 况 下 也 是 可 行 的 ， 而 且 对 于 实 用 来 说 更 有 意 义 。 但 考 虑 到 作 者 对 编 程 控 制 的 应 用 能 力 有 限 ， 以 及 实 际 应 用 的 成 本 和 控 制 部 件 的 利 用 率 等 问 题 ， 本 设 计 选 用 方 法 二 。 具 体 电 路 图 如 下 ： 图 2.7 优 先 显 示 电 路 此 电 路 由 模 拟 开 关 、 优 先 编 码 器 4532， D 锁 存 器 7475、 译 码 器 4511、 数 码 管 等 组 成 。 模 拟 开 关 初 始 状 态 为 全 高 电 平 。 将 模 拟 开 关 的 所 有 输 入 端 接 D 锁 存 器 后 ， D 锁 存 器 输 出 分 别 4532 的 D0,D1,D2,D3。 其 他 D 接 入 端 都 接 地 ， EI 接 高 电 平 Vcc.4532 的 输 出 Q0,Q1,Q2 分 别 接 入 译 码 器 4511 的 A,B,C； D 接 地 。 译 码 器 4511 的 输 出 A-G 对 应 接 数 码 管 的 a-g。 表 2.2 优先编码器 4532 功能表 在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观地显示出来，一 方面供人们直接读取测量和运算的结果；另一方 面用于监视数字系统的工作情 况。因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。 数码显示器是用来显示数字、文字或符号的器件，现在已有多种不同类型 的产品，广泛应用于各种数字设备中，目前数码显示器件正朝着小型、低功耗 、平面化方向发展。 数码的显示方式一般有三种：第一种是字形重叠式，它是将不同字符的电 极重叠起来，要显示某字符，只须使相应的电极发 亮即可，如辉光放电管、边 光显示管等。第二种是分段式，数码是由分布在同一平面上若干段发光的笔划 组成，如荧光数码管等。第三种是点阵式，它由一些按一定规律排列的可发光 的点阵所组成，利用光点的不同组合便可显示不同的数码。 数字显示方式目前以分段式应用最普遍，图 5.3.6 表示七段式数字显示器 利用不同发光段组合方式，显示 015 等阿拉伯数字。在实际应用中，1015 并不采用，而是用 2 位数字显示器进行显示。其七段数字显示器发光组合图如 下所示，它是通过 CD4511 对其 A.B.C.D.E.F.G 段二极管的明暗进行控制，最后 使得其显示出一定的数字模式，如图 2.8 所示： 图 2.8 七段数字显示器显示数字 在本设计中我们用的是 CD4511 来对数码管进行控制。下面来看一下 4511 输入 输出 EI I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 I0 Y2 Y1 Y0 GS EO L X X X X X X X X L L L L L H L L L L L L L L L L L L H H H X X X X X X X H H H H L H L H X X X X X X H H L H L H L L H X X X X X H L H H L H L L L H X X X X H L L H L H L L L L H X X X L H H H L H L L L L L H X X L H L H L H L L L L L L H X L L H H L H L L L L L L L H L L L H L 的功能引脚图 3.9 和 4511 的功能表 2.3 。 图 2.9 4511 引 脚 图 表 2.3 4511 的功能表 3 特殊器件的介绍 这次设计我们用到的特殊器件主要有四输入的或非门 4002，它的真值表见 输 入 输 出 LE BI LT D C B A a b c d e f g 显示字 形 X X 0 X X X X 1 1 1 1 1 1 1 8 X 0 1 X X X X 0 0 0 0 0 0 0 消隐 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 2 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 3 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 4 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 5 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 6 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 7 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 8 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 9 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 消隐 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 消隐 1 1 1 X X X X 锁 存 锁存 表 3.1，还有四 D 锁存器其真值表为 3.2。 表 3.1 四输入的或非门 4002 的真值表 输入 输出 I0 I1 I2 I3 Q0 0 0 0 0 1 1 X X X 0 X 1 X X 0 X X 1 X 0 X X X 1 0 表 3.2 四 D 锁存器 4 系统调试方法介绍和系统功能 系统调试方法介绍：此电路我们需要调试的东西不多，首先将各个模块连 接到一起后,注意检查各个部分是否连接正确和连接端是否连接好。 注意我们 所需要的芯片参数是否正确，电解电容的极性是否连接正确，在测试看看各管 脚的电平是否符合我们理论上达到的值，同时观察各个集成器件的各个管脚的 电平变化情况，以及数码显示器的显示是否正确.如有不正确的就将其逐个问题 解决了再进行后面的调试，直到所有问题都解决了为止。 各模块连接好之后就可以对电路进行调试了。首先触发一个病人信号，看 是否产生声、光报警，并且声音响 5 秒，数码管是否显示对应的病人编号；直 到完成了此功能，进行下一向调试。下一向调试触发多个病人信号，同样看是 否产生声、光报警，并且声音响 5 秒，数码管是否显示最优先的病人编号；如 能完成此功能那么它是正确的。 系统功能：在有多个呼叫信号同时产生时，对已有的最高级别信号进行清 零，观察系统是否能够对剩余信号中的最高级别信号进行优先呼叫。或者在原 有呼叫信号的基础上再输入一个最高级别的呼叫信号，观察系统是否能将此最 高呼叫信号优先呼叫。 此设计是用于医院病人的紧急呼叫，它的功能如下： 输 入 输 出 D C Q0 0 1 0 1 1 1 X 0 Q0 1 当病人按下呼救信号按钮，呼救灯亮，同时显示病人编号，蜂鸣器发出 5 秒呼救声，等待医护人员来护理。 2 按照病人的病情划分出优先级别，有多个病人同时呼救时，系统优先显示 最高级别的呼救编号。 3 当医护人员处理完最高级别呼救后，按下清零键，系统按优先等级先后显示 其他病人编号。 5 结论 通 过 对 电 路 图 通 过 prtol99 仿 真 的 结 果 的 分 析 可 知 道 此 电 路 基 本 符 合 此 次 课 程 设 计 的 设 计 要 求 。 本设计是为在病人紧急需要时能很快进行救治的呼叫系统,增强医护人员更 好的监护病人。此系统的优点特色在于可以设立呼叫优先等级而不是单纯的病 人呼叫，这样避免在有多个病人同时呼叫时，医护人员不知道应该先救治哪个。 利用本系统设立呼叫等级后，当有多个呼叫信号时，呼叫系统会自动先显示最 高级别的的呼叫，使病情严重的病人得到优先救治。同时系统自动锁存其它的 呼叫信号，在高级别呼叫清零后自动对其它信号进行显示呼叫。这样让所有病 人都能够获得救治，这种由医院根据病人病情设立的具有呼叫等级的系统系统 可有效控制因病人突发病情而医护人员却未能及时救治导致病人病情严重甚至 死亡的严重后果。同时这种病情严重者优先的呼叫系统也体现了人性的美德和 医院救人的精神。 但是本设计也存在一些缺点。此设计在布线方便有点复杂，还要把其好好 的隐藏，不能出现线路断路。可以把其改进为无线发送，无线接收，这样处理 后发生故障的可能性会大大降低。因此，为了克服以上的不利因素，本人觉得 如果此课题会有进一步的研究的可能的话，可以向无线方便发展，避免布线的 麻烦和断线的困扰，这样就可以轻松解决布线的复杂和断线的困扰了。 在设计初期我不知道当有多个病人同时发出信号呼叫时，优先信号被优先 编码器编码后，再经过译码显示后，医护人员处理完高级别信号，按下清零键； 怎么样认其他病人的信号按照优先级别先后显示？当多信号同时呼叫时，对较 低等级的呼叫信号不知道怎么处理，才能保证当高级别的信号被清零后，低级 别的信号能及时的由系统自动呼出，而不再需要人为的控制输出的问题始终没 有能找到合适有效的方法。还有就是如何实现在医护人员已处理完毕当前呼叫 的病人后，系统对当前呼叫信号的清零以保证其他呼叫信号能够及时的呼出以 便医护人员能及时的对其他病人进行救治，从而避免因系统对病人呼叫信号的 延迟导致病人不能及时接受护理而产生的严重后果。特别是控制清零这个问题 苦恼了我很长的时间，后来才在我翻阅相关书籍和浏览相关网站时找到了解决 问题的办法，才知道这些问题可以通过对锁存器的合理使用来一一解决。这也 使我对学习的认识有了更深入的了解，对理论联系实际有了更加深刻的体会。 6 总结与体会 设 计 中 曾 遇 到 过 一 个 小 问 题 ， 在设计的过程中曾因为对信号的如何处 理才能保证所有呼叫信号及时的呼出和如何实现在医护人员已处理完毕当前呼 叫的病人后系统对当前呼叫信号的清零以保证其它呼叫信号能够及时的被呼出 这两个问题百思不得其解，后来查阅资料才找到解决问题的方法。还有就是在 设计之前对设计的理念认识不够清晰，使自己长时间没有能够拿出一个总的设 计方案，通过和同组同学的相互交流才使我对本设计有了清晰地认识。另外在 设计的过程同学们提出的好的建议使我意识到学习贵在交流，只有在交流中才 能提升自己，才能丰富自己的知识；只有在交流中才能产生许多新的火花新的 思想。设计的过程中让我更加深入的了解了数电知识，让 我 有 一 个 能 够 综 合 运 用 数 、 模 知 识 机 会 。 让 我 的 动 手 能 力 ， 逻 辑 思 维 能 力 的 到 了 相 应 的 锻 炼 。 也让我知道了做任何事情都应该以严谨的态度对待，否则一个小小的错误 就可能导致整个设计的失败。这个设计让我有了能够综合运用所学知识的机会； 让我的动手能力，逻辑思维能力得到了相应的锻炼。也让我对学习有了新的理 解。以前我一直认为学习就只是意味课本上的东西而已。而学到的知识也只是 纸上谈兵，根本就没有实际的应用，因此对学习并不是很积极。而这次的课程 设计完全改变了我的想法，让我知道了理论的存在是为了指导实践，没有了理 论的指导就不会有实践的成功，理论和实践是不可分的整体。一切的产品的开 发都要拥有一定的经济基础，产品的原料要尽可能的简单，价格尽可能的低廉， 要大家都会用并且用得起。我们现在所学的一切都是为了将来能更好的为社会 服务，同时让我了解到了本人所学专业与社会需要的联系。让我对工程与社会， 经济，文化，环境等方面的联系有了更新的认识。 在论文完成之际，我要特别感谢我的指导老师胡宏平老师的热情关怀和悉 心指导。在我撰写论文的过程中，胡宏平老师倾注了大量的心血和汗水，无论 是在论文的选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定 稿方面，我都得到了胡老师悉心细致的教诲和无私的帮助，特别是他广博的学 识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风使我终生受益， 在此表示真诚地感谢和深深的谢意。 在论文的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，同时还到许多在工 作过程中许多同事的支持和帮助，在此一并致以诚挚的谢意。感谢所有关心、 支持、帮助过我的良师益友。 致 谢 本课题在选题及研究过程中得到赵建平老师的悉心指导。赵老师曾多次询 问论文进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。 赵老师一丝不苟的作风，严谨求实的