基于单片机的病房呼叫系统设计

PAGEPAGEIV基于单片机的病房呼叫系统设计摘要随着服务业的飞速发展以及通信技术在服务业的广泛应用，病床的竞争力不仅仅在于硬件建设上，而更在于管理及服务的人性化、快捷化。因此，研究设计一个病床无线通讯看台服务通信系统符合实际应用的需要。论文论述了一个基于单片机的病床无线通讯看台服务通信系统的设计，首先介绍了无线通讯系统的设计理论，并介绍了STC89C52、PT2262/2272芯片的主要特性；接着论述了系统的硬件设计，将硬件分成多个功能模块进行设计，论文阐述了各个模块的功能定义与具体电路实现方案，在完成信号传输的基础上增加声音提示、灯光提示模块，更好的实现系统的实时性。系统选用315MHz高频信号作为载波，利用DF发射模块进行信号的发射，并采用超外差接收模块——高性能无线遥控及数传专用集成电路RX3310A进行信号的接收处理，使系统的信号收发高效、稳定，论文给出了系统的硬件设计总图，并在此基础上完成了PCB板的制作；最后进行了软件设计，包括发射程序和接收程序以及各功能模块的软件实现。系统采用无线通讯技术，具有可识别数据量大、信息处理速度快、成本低等优点，有着较好应用前景。关键词：无线通讯，STC89C52，PT2262/2272，DF发射模块

AbstractWiththerapiddevelopmentofserviceindustryandthewideapplicationofcommunicationtechnologyinserviceindustry,thecompetitivenessofhospitalbedsliesnotonlyinthehardwareconstruction,butalsointhehumanizationandspeedinessofmanagementandservice.Therefore,theresearchanddesignofahospitalbedwirelesscommunicationstandservicecommunicationsystemmeetstheneedsofpracticalapplication.ThispaperdiscussesthedesignofasickbedwirelesscommunicationstandservicecommunicationsystembasedonMCU.Firstly,itintroducesthedesigntheoryofwirelesscommunicationsystem,andintroducesthemaincharacteristicsofSTC89C52andPT2262/2272chips.Secondly,itdiscussesthehardwaredesignofthesystem,dividesthehardwareintoseveralfunctionalmodulesanddesignsthem.Intherealizationscheme,soundpromptandlightpromptmodulesareaddedonthebasisofsignaltransmissiontobetterrealizethereal-timeperformanceofthesystem.Thesystemchooses315MHzhighfrequencysignalascarrier,usesDFtransmittingmoduletotransmitsignals,andusessuperheterodynereceivingmodule-highperformancewirelessremotecontrolanddatatransmissionapplicationspecificintegratedcircuitRX3310Atoreceiveandprocesssignals,sothatthesystemcanreceiveandreceivesignalsefficientlyandstably.Thepapergivesthegeneralhardwaredesignofthesystem,andonthisbasiscompletestheproductionofPCBboard.Thesoftwaredesigniscarriedout,includingthetransmittingandreceivingprogramsandthesoftwarerealizationofeachfunctionalmodule.Thesystemuseswirelesscommunicationtechnology,whichhastheadvantagesoflargeamountofidentifiabledata,fastinformationprocessingspeedandlowcost,andhasgoodapplicationprospects.Keywords:wirelesscommunication,STC89C52,PT2262/2272,DFtransmittermodule

目录摘要 IAbstract II第一章绪论 11.1课题研究背景 11.2选题目的及意义 21.3国内外研究现状 31.4STC89C52RC单片机 5第二章设计方案 62.1无线发射电路 62.2无线接收电路 72.3总体方案 8第三章硬件设计 93.1发射模块 93.2接收模块 103.3键盘模块 113.4显示电路模块 123.4.1引脚定义 123.4.2指令介绍 133.4.3显示自定义字符 133.4单片机最小系统 143.5报警电路 16第四章软件设计 164.1应用软件设计原则 174.2主程序设计 174.3系统程序设计 184.3.1发射程序 184.3.2接收程序 194.4数据检测模块程序设计 204.5显示报警模块程序设计 20第五章系统仿真 225.1PRTEUS简介 225.2无病人呼救时的仿真结果 225.3有病人呼救时的仿真结果 235.4有多个病人呼救时的仿真结果 235.5电路性能分析 25结论 27参考文献 28致谢 30附录1整体电路图 31附录2元件清单 32附录3源程序 33PAGE27第一章绪论1.1课题研究背景随着通信技术的发展，通信作为信息社会的基础已经渗透到社会的各个层面。无线通信技术正是伴随着计算机、网络及通信技术的发展而发展的。以信息资源的收集、开发和利用为特征的信息技术革命正在席卷全球。信息技术已广泛渗透到社会的各个领域，在世界经济社会发展中发挥着越来越重要的作用。各国都致力于信息化建设，以此来加速本国经济的发展。在需要信息管理的情况下需要呼叫系统，在公共服务的情况下需要各种类型的呼叫系统。各类呼叫系统如何实现更实时的服务和更高效的信息管理？这个问题促使我们动动脑筋。首先，我们考虑使用信息技术，这是电子技术的高度应用。这一需求也催生了一个新产品或新产业，即本研究所提出的课题呼叫系统的相关产品。呼叫系统的相关产品的发展过程历经多年的发展，将之归纳主要有如下几个发展阶段：一些功能简单的有线呼叫者是近几年引进的简单呼叫系统，由于这些呼叫系统产品技术不先进，设计不合理，导致系统不易安装和使用，由于这些缺点，这些产品都有没有被广泛使用。经过技术的更新，在以上基础上经过研究人员的技术更新，结合各种无线数据传输技术，市场推出了多款无线呼叫系统。采用无线技术的呼叫系统在施工、维护方面也会简单、方便，用户也都认可无线呼叫系统。由于采用无线技术的呼叫系统是一种无线产品，无线电波的信号覆盖率和稳定性较差，组网时对呼叫点和被叫点的区分不好，所以大部分是点对点呼叫，一些小的业务领域被用于一些申请。后来的无线服务呼叫系统有的采用了调频技术，可移动的信息机应用在接收终端，这就能够实现广播，从而打破点对点呼叫模式。随着无线业务呼叫管理系统的发展，未来有可能将其与通信卫星相结合，覆盖范围更广，运行更可靠。我们只需要研究如何解决室内卫星信号的接收和传输问题。上传GPS信号仍然存在问题。我们的北斗系统可以解决这些问题。这一问题，伴随着北斗系统在我国的民用化，给无线呼叫系统带来了新的机遇。随着各项体制改革的不断深化和服务性事业的飞速发展，越来越多的人们需要迅捷、方便的服务，原有的病床体系已不足以适应现代社会的需要，谋求适合现代社会需要的客户服务系统，是所有服务行业计划或正在做的工作。传统的通讯系统采用的都是有线传输，存在诸多弊端：成本高，容易出现故障，不易维修等。使其不利于扩大经营规模，不适应现在社会的发展需要。设计介绍一种无线通讯系统，每个病床都有一个通讯器，当病人需要帮助或服务时，按下通讯按钮，显示板上相应的病床的指示灯点亮并提示，通知医院值班人员进行相应的处理。1.2选题目的及意义俗话说的好，“要致富，先修路”。作为病床服务系统的进一步升级，追求更好的服务更时效的管理是升级中不可或缺的一部分，对经济建设和发展有着非常重大的意义，只有修好无线通信这条通信之路，才能更好的为病床带来更大的利润空间。在服务界，随着通信事业的不断发展，一些医院逐步采用有线通信系统代替以往的人力系统，有线通信系统以节省人力资源等优点为医疗行业的发展和建设发挥着重要的作用。但现代人们的对服务业的要求总是在一天天的发展中变得更高，这就要求我们在以往有线通信的基础上进一步完善通信系统，解决高成本、架设不方便、扩展功能上的限制等。这就是无线通讯看台服务系统的研究目的。通过病区呼叫系统实现医院医护人员与患者之间的现代远程信息通信。病房呼叫系统是提高医院医疗服务水平和质量的重要组成部分。本课题的研究内容就是在这样的背景下提出的。本课题设计的病房呼叫系统采用arm处理器作为控制mcu，基于rs485总线的网络和基于嵌入式操作系统的应用。病房呼叫系统是一个完整的嵌入式应用系统。嵌入式应用系统的应用已经深入到我们的生活中的各个领域，我们这个年代已经是嵌入式系统应用无处不在、无所不有的年代。应用嵌入式系统的产品应用为我们生活带来的改变好比是又一场革命。随着电子技术和信息技术的快速应用，生活电子中很多都将嵌入式技术的应用到其中，说明嵌入式系统技术已经广泛渗透到我们的工作和生活中。从手持通信设备（如手机、对讲机等）、家用电器（如电视、DVD、CD、机顶盒、VCR等）、智能仪器（仪表、温控器、发射机等）、信息终端（路由器、调制解调器等）、汽车电子集成电路系统，航空航天，智能化工厂系统。制造设备、智能过程控制等形式的嵌入式产品已成为信息时代市场的主流。研究嵌入式系统的硬件和软件开发技术将具有重要研究价值和深远意义。1.3国内外研究现状近年来，数字家庭、无线网络、无线定位、无线通信、无线控制、移动通信等技术慢慢来到我们身边，对我们的生活产生了重大影响。在医学领域，无线通信也得到了广泛的应用。新的应用包括跟踪治疗、患者数据管理、手机救援、移动观察、远程医疗、医疗废物跟踪、药物跟踪、患者数据收集和短消息通信。近年来，无线通信技术在国内外医疗机构得到了广泛的应用，无线医疗设备的应用呈现出日益增长的趋势。一份报告曾指出，五年来，欧洲无线医疗设备的销售额从9800万美元增加到4458亿美元，主要是通过增加新的应用，提高生产率和生产率，努力使患者得到方便有效的治疗。此外，它还可以减少医务人员的工作量，使医疗更加智能化。电子病历、临床治疗决策等基于无线技术在医疗领域应用的诱人市场，各国的研究机构和大型跨国企业在这一领域展开了激烈的竞争，特别是致力于无线医疗监护系统的研究与开发。其中以啥佛大学的CodeBlue系统、法国的CRNS研究机构的MARSIAN项目、IBM公司的身体区域网等系统最具有实际应用价值。工业革命开始于欧洲，很大程度上推动了欧洲各国经济的发展，欧洲各国在电子产品领域上自然也是领先于我国的。在欧洲较为发达的国家，其医院的病床呼叫系统非至善至美。目前最为先进的病房呼叫系统是美国研制的可视系统即按下呼叫按键后，进行呼叫的病人能够在医护人员收到呼叫报警后和医护人员进行视频对话。但我国的病房呼叫制度起步较晚。上世纪80年代仍采用人工报警或铃响报警，后来又出现了铃响呼叫，但技术含量相对较低。随着电子技术的发展，呼叫系统逐渐由中继控制。由于继电器的机械触点结构，触点多，可靠性差，在病房紧急呼叫系统中的应用受到很大限制。改革开放以来，随着新产品的推出和电子技术的发展，门铃呼叫系统逐渐在国内医疗机构流行起来。但由于技术含量低、稳定性差，在应用中仍存在诸多隐患。目前，少数已形成的无线病房呼叫系统基本上都是基于射频射频技术进行传输，省去了专线连接，大大减少了建设量，美化了外观。但这种系统的最大缺陷是容易产生同频信号干扰，在同一频段内的其他无线设备工作时，信号将会抵消。此外，当多个节点同时发送呼叫信号至护士站时相互间抢占信道，护士站主机会丢掉其中的部分呼叫请求，可靠性相对较低。目前国内许多医院的病房呼叫系统也只是简单地按键触发，引起医护值班室中显示出呼叫病床号并有报警铃响起，没有实现呼叫病人和医护工作人员之间的语音对话功能，好让医护工作人员清楚呼叫者的需求（病人出现不适或者患者需更换吊瓶等需求），提高医护人员的工作效率降低病患者的健康风险。目前，病房呼叫系统日趋完善，正朝着小型化、智能化、人性化方向发展。相信在不久的将来，中国的无线沃德呼叫产品也将站在世界同行的前列。尽管wi-fi、rfid、蓝牙等无线技术已经在无线医疗设备领域得到了探索和尝试，但自从ieee802.15.4zigbee协议栈免费发布以来，这项技术以其独特的性能成为了医学研究机构关注的焦点。未来的呼叫系统的产品发展趋势是：更便捷、更好用、更高效。随着电子技术和控制MCU的发展，呼叫系统已经向多功能、智能化方向发展，基于RS485总线上的病房呼叫系统可在较小改变病房现有布局的情况下实现医务人员与病人之间的交流。本文分析了影响无线通信距离的因素、抗数据冲突技术以及无线设备的安全性。研究和设计了基于rs485的有线病房呼叫系统的硬件和软件。在此基础上，提出了一种优化的通信协议，包括主机与分机之间、主机与中继器之间、分机与中继器之间的通信协议。用于相互通信的通信协议。研究成果不仅适用于医院病房系统，还可广泛应用于保安、停车场管理、酒店客房呼叫、教学问答等场合。该系统采用TI公司ARMCortex-M3作为LM3S1138处理器的核心。这是有史以来，嵌入式微控制器系统设计者首次以8位和16位微控制器的当前价格使用32位微控制器的性能。基于ARM处理器LM3S1138的病房呼叫系统采用RS485总线互连，实现数据传输。RS485传输距离可达1200米，接线简单。通过病床旁的钥匙呼叫主机，通过液位检测及时通知医务人员。1.4STC89C52RC单片机STC89C52RC是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字节系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但是做了很多的改进使得芯片具有传统的方法51单片机不具备的功能。具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。

第二章设计方案通过走访多家医院，发现在不同规模的医院中，基本上都是除了重症监护室外，普通病房中的病床一般为2到4张，因此将病房呼叫系统设计为一个病房中有4个病床是符合实际要求的。为防止病房中出现多个病床同时呼叫导致的医疗救治不及时影响病人的生命健康，需要将床位号进行优先级设置，以达到对病人进行及时救治的目的。该系统由四个呼叫信号组成。呼叫优先级是根据患者的情况设置的。当多个病人同时呼叫时，显示最高优先级床位的号码，存储低优先级呼叫，处理高优先级呼叫，按下check按钮显示被迫进入呼叫等待的低优先级人员的床位号。系统要易于安装便于操作维护，成本低廉。2.1无线发射电路无线通信以其成本低、工程扩展方便、维护容易等优点，应用于许多领域。但因为电器复杂，发送设备庞大，调试困难等原因，所以民用领域的应用受到限制，随着电子技术的发展，这些问题都有了解决方法。系统采用STC89C52单片机的串行传输功能，将串行输出信号传送到发射电路，当信号为高电平时高频发射电路工作。采用超载波接收板接收高频信号，信号解码、声光提示、LED显示等功能由单片机完成。在设计系统时，要求设计出的系统具有良好的实际应用价值。一方面要求我们提供出一种完善的设计方案，在技术上既是可行的又是可靠的；另一方面又需要系统在能够良好的满足实际工作要求的同时，其实现越简单越好。从这种平衡出发，以下为所设计的无线通讯看台服务系统的一些设计指标。（系统的工作频率为315MHz，该频率处于全世界范围内被分类为ISM（IndustryScienceMedical）频段内，无需申请工作许可证。（2）服务器和通讯器的控制核心采用单片机为中央处理单元。单片机的性能稳定可靠，耗能很低，有很高的性价比。（3）系统因为较远的工作距离，所以我们采用有源方式为系统供提供能量。系统的遥控发射电路包括以下几个部分：8个按键开关，STC89C52单片机控制模块，编码芯片PT2262，发射模块。原理框图如图1.1：图1.1遥控发射电路原理框图工作原理：系统采用5V电源供电，系统正常供电后，按下按钮时，PT2262接通，发射电路接通。pt2262编码按钮的数字状态以产生方波。它以315m报警专用高频为载波，经过ask调制，由发射电路发射。2.2无线接收电路系统的遥控接收电路包括：遥控接收模块，解码芯片PT2272-M4，STC89C52，通讯显示，通讯报警等。原理框如图1.2所示图1.2接收原理框图工作原理：在医院等服务业场所，待机情况下，发光二极管全部不亮并没有声音提示，顾客可以随时发出服务申请，顾客按下按钮后通过信号的被发送出来，接收器接收到后，通过解码等处理，发出提示音并显示相应的信息，通知服务员向提出服务申请的相应号的顾客提供服务。2.3总体方案系统的总体电路图分为两部分：发射端总电路图，接收端总电路图。第三章主要进行了系统硬件的总体设计，通过硬件的设计绘制了系统的工作流程图，并使用protel软件制作了系统的硬件。图3.1是系统的工作流程图。图3.1系统工作流程图当系统处于待机状态时，灯光提示，声音提示也都处于待机状态。当1号病人需要服务时，按下按钮，通过发送电路对信息进行编码，然后通过发送模块发送信号，当接收模块识别到接收信号时，经过接收电路的解码，出现1号灯光提示以及声音提示，医护人员根据提示通知服务员到相应的病房进行服务，并按下复位按钮，灯光及声音提示恢复待机状态。

第三章硬件设计3.1发射模块由于发射和接收模块电路复杂，故采用现成的集成发射、接收模块。射频发射电路要实现的功能就是将经PT2262编码后的编码信号通过调制然后发射出去。在系统中我们选用315MHZ的报警专用频率的高频信号作为载波，选用ASK调制方式。ASK调制工作稳定，因此得到了广泛的应用。图3.2DF发射模块实物图图3.3DF发射模块电路图DF发射模块如图3.2，3.3所示，其主要技术指标如下：（1）通讯方式：调幅AM（2）工作频率：315MHZ（3）工作电压：DC3～12V测向数据传输模块的频率为315m，采用声表面波稳频。频率稳定性很高。当环境温度从-25度变化到+85度时，频率漂移仅为3ppm/度。特别适用于无线遥控和数据传输系统。声表面波谐振器的频率稳定性仅次于晶体，但lc振荡器的频率稳定性和一致性较差。即使使用高质量的微调电容器，温差和振动也很难保证调谐频率点不会偏移。测向发射机模块没有编码集成电路，但增加了一个数据调制晶体管Q1。这种结构不考虑编码电路的工作电压和输出幅度信号值，便于与其它固定编码电路、滚动编码电路和单片机接口。例如，系统中使用pt2262等编码集成电路，将其数据输出的17英尺直接连接到df数据模块的输入端。测向数据模块工作电压范围宽，为3-12V，当电压变化时，射频速率基本保持不变。与发射模块匹配的接收模块无需调整即可稳定接收。当发射电压为3V时，空地发射距离约为20-50米，发射功率小，当发射电压为5V时，发射距离约为100-200米，当发射电压为9V时，发射距离约为300-500米，当发射电压为12V时，为最佳工作电压，且具有良好的传播效果。发射电流约60ma，在空地发射距离700-800m，发射效果良好。功率约为500兆瓦。当电压大于l2v时，功率消耗增加，有效传输功率不再显著增加。该模块的特点是发射功率相对较大，传输距离相对较长，更适合恶劣条件下的通信。天线应为25厘米长，长距离发射时最好站起来，因为影响无线电信号传输的因素很多，所以实际距离仅为标称距离的20%或更少。3.2接收模块图3.5接收模块电路图系统采用超外差接收模块采用进口高性能无线遥控及数传专用集成电路RX3310A，并且采用316.8M声表谐振器，RX3310A是台湾HMARK公司生产的专门用于幅度键控ASK调制的无线遥控及数传信号的接收集成电路，它包括低噪声、高频放大器、混频器、本振、中频放大器、中频滤波器、比较器等，是一种一次变频超外差电路。它是双排18英尺宽的贴身套装。工作稳定可靠，适用于恶劣环境下的全天候工作。其主要技术指标如下：（1）通讯方式：调幅AM（2）工作频率：315MHZ（3）工作电压：DC5V（4）输出方式：TTL电平从外部天线接收到的信号由C8电阻变换，耦合到L3和C9组成的频率选择网络，然后输入Rx3310内部高频放大器的14个管脚。芯片经高频放大（增益15-20db）后，与本振信号（316.8m）混合产生1.8m中频信号。信号由内部中频放大，然后由第三英尺输出。然后由比较器放大成形。最后，数据从第八英尺输出。超外差接收机要求天线的高阻抗匹配，这就要求外部天线的阻抗必须为50欧姆。另外，它对接收灵敏度有很大的影响。因此，如果使用1/4波长的普通电线，最好是23cm。从天线根部到发射模块天线焊缝的引线长度应尽量缩短，如不能缩短，可采用特性阻抗为50欧姆的射频同轴电缆连接（上有一个特殊的接地焊点天线焊点的右侧）。3.3键盘模块8个按键占用了8个I/O口，分别接在STC89C52单片机最小系统P1口的P1.0-P1.7引脚上。通过不断的扫描I/O口是高电平还是低电平来判断是否有客户通讯，是通过循环实现的。电路图如图3.6所示图3.6键盘电路图3.4显示电路模块LCD1602液晶显示器是工业字符型液晶，能够同时显示16×02即32个字符。是一种专门显示字母、数据、符号等的点阵型液晶。每个点阵都可以显示一个字符。实物如图2.26。图3.1LCD16023.4.1引脚定义LCD1602具有16个引脚。引脚示例如图3.2。各引脚功能见表3.1。图3.2LCD1602引脚示例表3.1引脚功能表序号名称描述1GND接地2VCC接+5V3VL液晶显示器对比度调整端4RS寄存器选择端5RW读写控制端6EN使能端7-14D0-D7双向数据端15BL+背灯电源正极16BL-背灯电源负极3.4.2指令介绍LCD1602液晶显示器内部共有11条指令。各指令定义及功能见表3.2。表3.2LCD1602指令表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L**6置功能00001DLNF**7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容3.4.3显示自定义字符显示自定义字符步骤如下：（1）先将自定义字符写入CGRAM。LCD160内含的CGROM字符代码表中的00H~07H地址中的内容没有定义，它是用户自定义区域。用户可以向CGRAM中定义内容。在设定内容时，要逐行设定，每行对应一个CGRAM，每行5点，共8行。（2）将CGRAM中的自定义字符传送到DDRAM中。首先写入行地址。格式见表3.3。然后设定CGRAM数据的内容。见表3.4。表3.3行地址格式RSR/WDB7DB6DB5-DB3DB2-DB00001字符地址行号表3.4设定CGRAM中的数据格式RSR/WDB7-DB5DB4-DB010一般取‘000’每行5点的字模数据电路图如图3.7所示：图3.7显示电路3.4单片机最小系统在主控制器选择上，设计选用美国ATMEL公司生产的STC89C52单片机来作为系统的主控芯片。STC89C52的时钟引脚有两个，分别为XTAL1（Pin19）以及XTAL2（Pin18），XTAL1为振荡电路的输入端，XTAL2为片内振荡电路的输出端。在设计中使用片外石英晶体振荡的方式来对单片机提供时钟信号，其接线方式如图3.6所示。使用片外的晶体振荡，不但可靠性高而且接线简单，具有较高的使用价值。图3.6单片机晶振电路（2）编程控制引脚共有4个，其各自引脚号以及引脚描述如表3.1所示。表3.18051编程引脚描述引脚号引脚说明引脚描述9RST复位引脚29/PSEN程序存储器允许输出控制端30ALE/PROG编程引脚31EA/VPP外部ROM扩展引脚由于在设计中只使用到了RST引脚，因此只对RST引脚进行说明，面对于另外的3个引脚则不进行详细的说明。当连续输入两个机周有效复位RST引脚时，MCU复位后程序计数器归零，MCU的程序指针指向第一个程序，等待执行。在设计中使用上拉电平的方式来对单片机进行复位。当开关按钮按下时，RST引脚经过电阻R7连接到系统+5V的电源，只要该时间维持在2个机器周期以上，那么单片机就实现了复位的操作。3.5报警电路报警是由单片机产生一定频率的脉冲，由P1.4引脚输出，P1.4外接一只PNP的三极管来驱动扬声器发出声音，以便操作员来维护，从而达到报警的目的。图3.7报警电路

第四章软件设计一个系统是由硬件和软件两个部分组成的，上一章给出了无线通讯系统的硬件设计，本章的重点论述系统的软件设计。软件是整个控制系统设计的核心，它具有充分的灵活性，可以根据系统的要求而变化。在硬件结构一定的情况下，只要改变软件就能实现一些不同的功能。单片机所具有的智能功能要由软件来完成。在设计中，软件结构采用模块化设计方法，将遥控接收器所要完成的功能分别编写和调试。所有模块调试成功以后，将各个模块连接构成单片机软件系统。这样的设计有利于程序代码的优化，而且便于设计、调试和维护。4.1应用软件设计原则应用系统中的应用软件是根据系统功能要求设计的，应可靠实现系统的各种功能。在设计中，软件设计要力求做到以下几点：（1）软件结构清晰，简捷，流程合理。程序分为发射程序与接收程序，分别进行宏定义、字符变量的定义，并分别进行程序的调用（2）各功能程序实现模块化，子程序化。这样，即便于调试、链接，又便于移植、修改。（3）程序存储区，数据存储区合理规划，既能节约内存容量，又使操作方便。（4）操作状态标记为管理。每个功能程序的运行状态、运行结果和运行要求应设置查询状态标志。程序的传输、操作和控制可以通过状态标志的条件来控制。（5）经过调试修改后的程序应进行规范化，除去修改的痕迹，以便于交流和借鉴，也为以后的软件模块化、标准化打下基础。（6）实现全面软件抗干扰设计。软件抗干扰是单片机应用系统提高可靠性的有利措施。系统总程序清单见附录。4.2主程序设计系统通电后，首先进行初始化操作，然后接收数据，并对接收到的数据进行数据检测，系统调用显示子程序和报警子程序，随后进行报警呼叫显示，在医护工作人员接收到呼叫信息后，按下复位按键，则系统又返回到了初始状态。本病床呼叫系统的主程序流程序如图4.1所示。图4.1主程序流程图4.3系统程序设计无线通讯统程序包括发射程序与接收程序，根据不同的流程图设计不同的程序，下面将详细介绍。4.3.1发射程序当有按键按下时，编码芯片编辑相应的键值并通过发射模块发送出去。发射程序流程图如图4.2所示：图4.2发射流程图4.3.2接收程序接收子程序设计完成的功能就是扫描解码芯片的地址位，接收解码芯片的数据位和有效传输确认位，判断出发送过来的相应键值。由于解码芯片的地址接地，只要遥控电路中连接到编码芯片数据位的键值设置高，解码芯片相应的数据位就会高。遥控接收子程序可以直接接收判断，不再需要定位地址位置。当有信号输入到解码芯片时，单片机开始读取解码芯片的数据，判断键值，然后亮起相应的指示灯并报警。接收流程图如图4.3所示：图4.3接收流程图4.4数据检测模块程序设计当系统通电后，对与主机相连的PT227的D0-D3引脚进行扫描，判断各引脚电平的高低情况，系统就数据进行类型分析，判断数据类型，从而进行相应的显示报警。数据检测模块的程序流程图如图4.4所示。图4.4数据检测模块程序流程图4.5显示报警模块程序设计显示报警模块由主机控制蜂鸣器以及LCD1602进行报警。LCD的显示速度比较慢，在执行每一条自己另之前一定要确认LCM的标志BF是否为0，如果BF等于1，数据或命令不能传送，因此，数据的读写必须先判定“忙标志”，显示报警程序流程图如图4.5所示。图4.5显示报警程序流程图

第五章系统仿真5.1PRTEUS简介Proteus软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。5.2无病人呼救时的仿真结果点击“运行”按钮，系统开始运行，并在液晶屏上显示“Calling”表示没有病人求救，如图4.2所示。图4.2没有通讯时液晶显示结果5.3有病人呼救时的仿真结果当某一房间的病人按下求救按钮（如按下4键）时液晶屏提示值班人员的显示，如图4.3所示。图4.3号房间第5床的病人求救当按下“清除”键后，在没有病人求救的情况下，液晶屏幕会再次出现“一切正常”。与运行开始时的结果是一致的。5.4有多个病人呼救时的仿真结果当有多个病人同时按键时，液晶显示屏上以一定的时间间隔循环显示各个病人的病房，病床信息以及按键时间。其仿真结果见图4.4，图4.5（这里假设只有三个病人呼救）图4.42号房间第4床位的病人求救图4.53号房间第3床位的病人求救当按下“清除”键后，在没有病人求救的情况下，液晶屏幕会再次出现“一切正常”。与运行开始时的结果是一致的。5.5电路性能分析电路的性能直接影响到整个产品的质量。无线通信系统的特点之一是小型化，这意味着组件的密度非常高，使得组件之间的干扰非常突出。如果电磁干扰信号处理不当，整个电路系统可能无法正常工作。因此，如何防止和抑制emi，提高emc已成为pcb电路设计中一个非常重要的问题。同一电路，不同的PCB设计结构，其性能指标会相差很大。一般在电路中形成干扰的基本要素有二个：（1）干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号。（2）传播路径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。（3）敏感器件，指容易被干扰的对象。如：单片机。由于论文设计的无线通讯系统在PCB板上存在着敏感的元器件，因此，在PCB设计时必须尽量完善地考虑电磁兼容问题。针对各类干扰源，提出抗干扰设计的基本原则：抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的抗干扰性能。（1）抑制干扰源抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的dU/dt,dI/dT。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。抑制干扰源的常用措施如下：1）给电源加滤波电路，注意电容、电感引线要尽量短。2)注意高频电容的布线，连线应靠近电源端并尽量粗短，否则，等于增大了电容的等效串联电阻，会影响滤波效果。3)布线时避免90度折线，减少高频噪声发射。（2）传导干扰的抑制按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。切断干扰传播路径的常用措施如下：1)充分考虑电源对单片机的影响。2)注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。3)电路板合理分区，尽可能把干扰源与敏感兀件远离。4)单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小相互干扰。大功率器件尽可能放在电路板边缘。（3）提高敏感器件的抗干扰性能提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声的拾取，以及从不正常状态尽快恢复的方法。提高敏感器件抗干扰性能的常用措施如下：1)布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声。2)布线时，电源线和地线要尽量粗。除减小压降外，更重要的是降低祸合噪声。3)对十单片机闲置的工/0口，不要悬空，要接地或接电源。其它的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。

结论论文设计了病床无线通讯看台服务通信系统，通过钻研无线发射与接收研究背景及其基本原理，深入了解STC89C52、PT2262/2272等芯片的特性及工作方式，结合DF发射电路及集成模块超外差接收模块RX3310A，进行了系统的硬件设计。深入钻研C语言知识，了解了C语言的基本设计步骤及实现方法，进行系统的软件设计。并使用PROTEL99SE制作硬件PCB，并通过在WaveE2000编译器下调试程序进行系统软件的调试。与传统的病房呼叫系统相比，本病房呼叫系统具有优先级判断功能，解决了同一时刻出现多人呼叫的紧急情况，提醒医护工作人员按照呼叫病人的病情严重程度进行救治和护理，提高工作人员的工作效率，有效的保障病人的生命健康。本病房呼叫系统采用了无线通信技术，很大程度上简化了复杂的逻辑电路，便于安装和维护。但是，本系统还是不够完善，还有可以改进的地方，比如说，在此病床呼叫系统的设计基础上，加上呼叫视频通信技术，即在病人按下呼叫按键，医护人员接收到呼叫后，可与病房中的病人或者其陪护进行视频通话，医护人员能清楚的知道发出呼叫信息的病人所需要的帮助是什么（例如：病人病情突变导致病人感觉不适、陪护人员向医护人员咨询照顾该病时的注意事项或者病人正在输的吊瓶中没有药了，需要换吊瓶等不同的请求），从而对症下药，节省不必要的时间，提高医护工作人员的工作效率。通过半年的学习及设计，基本了解基于单片机的病床无线通讯看台服务通信系统的设计方法，掌握了无限通信技术的基本知识及设计理论，熟悉了STC89C52单片机的原理及性能特点，熟练掌握了PROTEL99SE制作PCB图，通过设计基本达到了预期的设计目标，设计的病床无线通讯看台服务通信系统具有快捷、高效、稳定等特点，在服务性行业的有较好的应用前景。

参考文献[1]慧泉，赵喆，刘鸣.无线遥控电路的原理与应用[J].实验室科学，2007，（4）：66-68.[2]周应龙，胡凤翔.无线遥控技术应用中的几个问题[J].电子质量，2005，（4）：36-39.[3]张为民.CS-51系列单片机系统及其应用[M].北京：高等教育出版社，2004：98-102.[4]求是科技.8051系列单片机C程序设计完全手册[J].人民邮电出版社，2006.（4）：399-420.[5]林邦杰，陈明.汇编语言程序设计[M].北京：中国铁道电子电路出版社，2003：105-107.[6]秦实宏.单片机原理与应用技术[M].北京：中国水利水电高等教育出版社，2005：352-355.[7]中国工业遥控网.工业无线遥控器的优点和应用领域[J].电子与自动化，2004，（1）：7-20.[8]窦振中.单片机外围器件实用手册[M].北京：北京航空学院出版社，2004：250-255.[9]夏继强、沈德金.单片机实验与实践指导（二）[J].北京：北京航空学院出版社，2001：88-89.[10]雷思孝.单片机原理及实用技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004：56-58.[11]孟贵华.电子元器件选用、使用、一本通[J].北京中国电力出版社，2006，（2）：27-49.[12]肖来胜、冯建兰、夏术泉.单片机技术实用教程[M].武汉：华中科技大学出版社，2004：193-196.[13]胡辉.单片机原理及应用设计[M].北京：中国水利水电出版社，2005.126-228.[14]H.-G.Brachtendorf,G.Welsch,R.Laur.Anoveltimefrequencymethodforthesimulationofthesteadystateofcircuitsdrivenbymutli-tonesignals[J].inproceedingsoftheIEEEISCAS,2017.[15]AlbertLeon-Garcia,IndraWidjaja.RadioFrequencyandMicrowaveApplications[M].CommunicationNetworks:FundamentalConceptsandKeyArchitectures.PrenticeHall,2016.

致谢本论文是在导师的谆谆教诲和指导下完成的，从选题、构思到定稿无不渗透着导师的心血和汗水；导师渊博的知识和严谨的学风使我受益终身，在此表示深深的敬意和感谢。这次写论文的经历也会使我终身受益，我感受到，做论文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程。没有认真学习和钻研，自己就不可能有研究的能力，就不可能有自己的研究，就不会有所收获和突破。希望这个经历，在今后的学习和生活中能够继续激励我前进。另外，还要特别感谢我的家人，他们时刻关心我，给我提供了学习的机会，时时刻刻为我鼓劲、为我加油，进而促使我不断成长和进步。同时，也要感谢寝室的室友以及所有关心我的朋友，感谢他们陪伴我走过了很多美好的时光，在我遇到困难时他们关心我、帮助我。在完成毕业论文的过程中，很多朋友都给了我无私的帮助和支持，在此表示由衷的谢意！最后，因本人水平有限，论文肯定还有不少不足之处，恳请各位老师批评指正，我希望可以有机会继续去完善，我将不断努力继续充实自己。

附录1整体电路图

附录2元件清单序号名称型号规格数量序号名称型号规格数量1单片机STC89C51114发光二极管红22编码芯片PT2262115电源12V13译码芯片PT2272116插针44发射头集成电路117USB电源线15接收头集成电路118按键66电阻10K1019外置天线12.2K620导线若干4.7M贴片1820K贴片17排阻10K18蜂鸣器19液晶显示屏1602110电位器10k111三极管S90121S9013412电容30pf310uf113万用板5*717*91

附录3源程序#include<reg52.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar#include<intrins.h>typedefbitBOOL；sbitrs=P2^5；sbitrw=P2^6；sbitep=P2^7；sbitroom1=P1^3；sbitroom2=P1^2；sbitroom3=P1^1；sbitroom4=P1^0；bitflag1=1；bitflag2=1；bitflag3=1；bitflag4=1；sbitspeak=P1^7；sbitK1=P1^6；ucharnum=0；/****************************延时程序****************************/voiddelay（ucharms）{//延时子程序 uchari； while（ms--） { for（i=0；i<250；i++）； }}voidlongdelay（uchars）//长延时{ while（s--） { delay（20）； }}/************************LCD模块******************************************/BOOLlcd_bz（）//测试LCD忙碌状态{ BOOLresult； rs=0； rw=1； ep=1； result=（BOOL）（P0&0x80）；returnresult；}voidwrite_cmd（ucharcmd）//写指令{ while（lcd_bz(）)； rs=0； rw=0； ep=0； P0=cmd； ep=1； ep=0；}voidwrite_addr（ucharaddr）//写地址{ write_cmd（addr|0x80）；}voidwrite_byte（uchardat）//写字节{ while（lcd_bz(）)； rs=1； rw=0； delay（3）； ep=0； P0=dat； ep=1； delay（1）； ep=0；}voidlcd_init（）//初始化{ write_cmd（0x38）； delay（5）； write_cmd（0x08）； delay（5）； write_cmd（0x01）； delay（5）； write_cmd（0x06）； delay（5）； write_cmd（0x0c）； delay（5）；}voiddisplay（ucharaddr,ucharq）//在某一地址上显示一字节{ delay（5）； write_addr（addr）；write_byte（q）； delay（3）； }voidshoww（）//问候语函数{ lcd_init（）；