無線病房呼叫器(燈顯指示)設(shè)計報告.doc

無線病房呼叫器設(shè)計報告一、 研究背景隨著住院病人越來越多，在醫(yī)院里，為了能及時為患者服務，每張病床的床頭都有一個按鈕，需要時病人按下床頭的按鈕，護理站即通過聲光報警的方式顯示哪一個床位的病人在呼叫，這就是所謂的病房呼叫系統(tǒng)。病房呼叫系統(tǒng)可以用有線連接的方式實現(xiàn)，缺點是布線復雜，維修麻煩。而病房無線呼叫系統(tǒng)則具有安裝方便，無需布線等優(yōu)點，其應用也越來越廣。它有以下幾個明顯的特點：(1) 應用編譯碼器專用集成電路及單片機進行控制操作，可以實現(xiàn)多點的無線呼叫。(2) 呼叫者按動按鈕后，系統(tǒng)在顯示呼叫者病床號的同時電路發(fā)出報警。(3) 如果有多處呼叫同時進行，先呼叫的信號優(yōu)先鎖存顯示，保證系統(tǒng)能夠有續(xù)的進行。(4) 無線呼叫系統(tǒng)有效的隔離掉電氣干擾，增加系統(tǒng)操作的安全可靠性。二、 硬件設(shè)計1、設(shè)計框圖本研究設(shè)計多路無線病房呼叫器，包括發(fā)射機(從機)部分和接收主機部分。從機框圖如圖1所示。呼叫按鍵PT2262編碼315MHz射頻發(fā)射圖1 從機框圖病房中每個床位都設(shè)置一個不同編號的按鈕，該按鈕通過PT2262地址編碼，然后經(jīng)過發(fā)射電路進行發(fā)射。在發(fā)射部分，系統(tǒng)利用撥碼開關(guān)或跳線來控制地址位和數(shù)據(jù)位（二進制）信息的設(shè)置，再通過編碼電路進行編碼和并串轉(zhuǎn)換把地址位和數(shù)據(jù)位信息變換成一串脈沖信號，最后由無線發(fā)射電路發(fā)射出去。如圖2所示為接收顯示主機工作原理框圖。從天線中接收到的信號會直接進入解碼電路，解碼電路會先把接收到信號中的地址位與本地的地址位進行比較，如果地址位比較正確，就會把接收到數(shù)據(jù)信息傳送給由單片機，單片機電路則會根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進行一系列動作：根據(jù)接收地址點亮相應報警燈并觸發(fā)音樂報警電路。如果在地址位的比較中出現(xiàn)誤差，解碼電路不會送出任何信息，單片機電路也不會有任何響應。8952單片機系統(tǒng)PT2272編碼315MHz接收床號燈報警顯示音樂報警圖2 接收顯示主機框圖2、315MHz射頻發(fā)送與接收模塊考慮到射頻電路收發(fā)的穩(wěn)定性，本設(shè)計使用射頻收發(fā)模塊實現(xiàn)，其中發(fā)送模塊電路原理如圖3所示，模塊外型如圖4所示。 圖3 發(fā)送模塊電路圖 圖4 發(fā)送模塊外形圖DF數(shù)據(jù)發(fā)射模塊的工作頻率為315M，采用聲表諧振器SAW穩(wěn)頻，頻率穩(wěn)定度極高，當環(huán)境溫度在2585度之間變化時，頻飄僅為3ppm/度。特別適合多發(fā)一收無線遙控及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。聲表諧振器的頻率穩(wěn)定度僅次于晶體，而一般的LC振蕩器頻率穩(wěn)定度及一致性較差，即使采用高品質(zhì)微調(diào)電容，溫差變化及振動也很難保證已調(diào)好的頻點不會發(fā)生偏移。DF發(fā)射模塊未設(shè)編碼集成電路，而增加了一只數(shù)據(jù)調(diào)制三極管Q1,這種結(jié)構(gòu)使得它可以方便地和其它固定編碼電路、滾動碼電路及單片機接口，而不必考慮編碼電路的工作電壓和輸出幅度信號值的大小。比如用PT2262等編碼集成電路配接時，直接將它們的數(shù)據(jù)輸出端第17腳接至DF數(shù)據(jù)模塊的輸入端即可。接收模塊使用315MHz超再生式接收模塊，其電路原理如圖5所示，外型如圖6所示。圖5 超再生式接收電路原理圖 圖6 超再生式接收電路外形圖DF接收模塊的工作電壓為5伏，靜態(tài)電流4毫安，它為超再生接收電路，接收靈敏度為105dbm，接收天線最好為2530厘米的導線，最好能豎立起來。接收模塊本身不帶解碼集成電路，因此接收電路僅是一種組件，只有應用在具體電路中進行二次開發(fā)才能發(fā)揮應有的作用，這種設(shè)計有很多優(yōu)點，它可以和各種解碼電路或者單片機配合，設(shè)計電路靈活方便。其優(yōu)點在于：(1) 天線輸入端有選頻電路，而不依賴1/4波長天線的選頻作用，控制距離較近時可以剪短甚至去掉外接天線。(2) 輸出端的波形相對比較干凈，干擾信號為短暫的針狀脈沖，所以抗干擾能力較強。(3) DF模塊自身輻射極小，加上電路模塊背面網(wǎng)狀接地銅箔的屏蔽作用，可以減少自身振蕩的泄漏和外界干擾信號的侵入。(4) 采用帶骨架的銅芯電感將頻率調(diào)整到315M后封固，這與采用可調(diào)電容調(diào)整接收頻率的電路相比，溫度、濕度穩(wěn)定性及抗機械振動性能都有極大改善。可調(diào)電容調(diào)整精度較低，只有3/4圈的調(diào)整范圍，而可調(diào)電感可以做到多圈調(diào)整?？烧{(diào)電容調(diào)整完畢后無法封固，因為無論導體還是絕緣體，各種介質(zhì)的靠近或侵入都會使電容的容量發(fā)生變化，進而影響接收頻率。另外未經(jīng)封固的可調(diào)電容在受到振動時定片和動片之間發(fā)生位移；溫度變化時熱脹冷縮會使定片和動片間距離改變；濕度變化因介質(zhì)變化改變?nèi)萘?；長期工作在潮濕環(huán)境中還會因定片和動片的氧化改變?nèi)萘?，這些都會嚴重影響接收頻率的穩(wěn)定性，而采用可調(diào)電感就可解決這些問題，因為電感可以在調(diào)整完畢后進行封固，絕緣體封固劑不會使電感量發(fā)生變化。3、PT22622272編解碼電路數(shù)據(jù)編碼采用編碼芯片PT2262實現(xiàn)，解碼采用PT2272芯片。PT2262是臺灣普城公司生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗低價位的通用編解碼電路，芯片內(nèi)部帶有振蕩器、系統(tǒng)內(nèi)部包含載波振蕩、定時器、地址解碼器、編碼脈沖發(fā)生器和控制邏輯電路,外圍電路簡單,使用方便，其管腳如圖7所示，內(nèi)部邏輯如圖8所示。 圖7 PT2262芯片引腳 圖8 PT2262內(nèi)部邏輯PT2272解碼器是對應的8位解碼接收器，管腳排列如圖9所示。當PT2262發(fā)出的編碼與PT2272預置的編碼相同時，它的17腳就會輸出高電平。第14腳為輸入端，第15腳、第16腳是振蕩器，外接電阻值為幾百千歐即可。圖9 PT2272芯片引腳4、電路原理圖(1) 發(fā)射電路圖10 發(fā)射電路圖發(fā)射電路由2粒3V紐扣電池供電。只有當發(fā)射按鍵K1按下時系統(tǒng)才會接通電源，因此功耗極低。發(fā)射機地址A0A7預置為全0，而數(shù)據(jù)線D0D3通過跳線設(shè)定。不同的數(shù)據(jù)D0D3對應不同的發(fā)射機編號。(2) 接收電路接收電路如圖11所示。通過超再生式接收模塊接收的信號送入PT2272解碼電路。當PT2272的地址引腳A0A7和信號中的地址相同時，VT端輸出高電平，同時接收信號中的數(shù)據(jù)被送入數(shù)據(jù)引腳D0D3上。圖11 接收電路圖(3) 單片機電路本設(shè)計選用宏晶公司高性能單片機STC89C52，該芯片為52內(nèi)核8位單片機，兼容Intel等52內(nèi)核單片機，支持ISP下載，適用于常用檢測控制電路。由STC89C52組成的單片機系統(tǒng)原理圖如圖12所示。圖中P1.0P1.3得到接收電路的數(shù)據(jù)D0D3信號，P1.6接VT信號。當VT有效，即有呼叫時，單片機從P1.0P1.3引腳讀出發(fā)射子機編號，再觸發(fā)報警和顯示電路。K3鍵為取消鍵，當呼叫已經(jīng)被處理，取消鍵按下則熄滅相應的報警燈。圖12 單片機電路圖(4) 顯示電路顯示部分采用16只LED報警燈，顯示16路不同的呼叫號。顯示燈與單片機接口電路如圖13所示。當接收到某路呼叫信號時，單片機控制相應管腳輸出低電平，則點亮相應的報警燈。圖13 燈顯與單片機接口電路(4) 音樂報警電路音樂報警電路采用16首曲目的門鈴芯片TQ33A，該芯片內(nèi)置音頻驅(qū)動電路，可以直接連接揚聲器播放音樂。圖14 音樂報警電路(5) 供電及程序下載電路本設(shè)計采用USB接口供電，電源電壓5V。同時，USB接口通過內(nèi)含PL2303芯片的轉(zhuǎn)換電路對單片機進行程序編寫。其電路原理如圖15所示。圖15 供電及程序下載電路三、 軟件編程1、軟件流程圖本設(shè)計接收模塊單片機軟件主程序流程圖如圖16所示。圖16 單片機主程序流程圖2、主程序 下面介紹main.c主程序編寫，其他程序略。(1) 頭文件和一些宏定義#include typedef unsigned char U8; /* 無符號8位整型變量 */typedef signed char S8; /* 有符號8位整型變量 */typedef unsigned int U16; /* 無符號16位整型變量 */typedef signed int S16; /* 有符號16位整型變量 */typedef unsigned long U32; /* 無符號32位整型變量 */typedef signed long S32; /* 有符號32位整型變量 */typedef float F32; /* 單精度浮點數(shù)（32位長度） */typedef double F64; /* 雙精度浮點數(shù)（64位長度） */(2) 管腳、常量、變量定義和函數(shù)聲明/定義16個LED燈sbit Led0=P00;/sbit Led1=P01;/sbit Led2=P02;/sbit Led3=P03;/sbit Led4=P04;/sbit Led5=P05;/sbit Led6=P06;/sbit Led7=P07;/sbit Led8=P27;/sbit Led9=P26;/sbit Led10=P25;/sbit Led11=P24;/sbit Led12=P23;/sbit Led13=P22;/sbit Led14=P21;/sbit Led15=P20;/定義無線接收信號sbit FlagIn = P16;sbit Bell = P36;/定義標識volatile bit FlagCall = 0; /有呼叫信號volatile bit FlagKeyPress = 0; /有鍵按下/-定義變量-/U16 temp;U16 Counter;U8 din;/-函數(shù)聲明-/void Data_Init();void Timer0_Init();void INT0_Init(void);void Timer0_ISR (void);void main();(3) 各子程序/數(shù)據(jù)初始化void Data_Init() P1 = 0xff; Counter = 0; din = 0; FlagIn = 1; Bell = 0;/定時器0初始化void Timer0_Init()ET0 = 1; /允許定時器0中斷TMOD = 1; /定時器工作方式選擇TL0 = 0x06; TH0 = 0xf8; /定時器賦予初值TR0 = 1; /啟動定時器/定時器0中斷void Timer0_ISR (void) interrupt 1 using 0TL0 = 0x06;TH0 = 0xf8; /定時器賦予初值Counter +;/*if (Counter = 200)*/外部中斷初始化函數(shù)void INT0_Init(void) IT0 = 1; /負邊沿觸發(fā)中斷 EX0 = 1; /允許外部中斷0/按鍵中斷處理void INT0_ISR (void) interrupt 0 /取消鍵按下，所有指示燈熄滅Led0 = 1;Led1 = 1;Led2 = 1;Led3 = 1;Led4 = 1;Led5 = 1;Led6 = 1;Led7 = 1;Led8 = 1;Led9 = 1;Led10 = 1;Led11 = 1;Led12 = 1;Led13 = 1;Led14 = 1;Led15 = 1;/* 名稱 : Main()* 功能 : 主函數(shù)*/void main() EA = 0;Timer0_Init(); /定時器0初始化INT0_Init(); /外部中斷初始化 Data_Init();EA = 1;while(1) /檢測是否有無線接收信號 if (FlagIn = 1) Bell = 1; /播放音樂 din = P1 & 0x0f; /定義區(qū)分發(fā)射機的16種發(fā)射數(shù)據(jù)碼所點亮的燈，可以根據(jù)自己需要定義。 switch (din) case 15: /1111 Led15 = 0;break; case 14: /1110 Led14 = 0;break; case 13: /1101Led13 = 0;break; case 12: /1100 Led12 = 0;break; case 11: /1011 Led11 = 0;break; case 10: /1010 Led10 = 0;break; case 9: /1001 Led9 = 0;break; case 8: /1000 Led8 = 0;break; case 7: Led7 = 0; break; case 6: Led6 = 0;break; case 5: Led5 = 0;break; case 4: Led4 = 0; break; case 3: Led3 = 0; break; case 2: Led2 = 0; break; case 1: Led1 = 0; break; case 0: Led0 = 0; break; else Bell = 0; /音樂播放信號歸0 四、 下載與調(diào)試當程序在uVision環(huán)境下編寫完成，并編譯生成.hex文件后，就可以下載并進行調(diào)試了。1、 USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動安裝打開USB驅(qū)動文件夾下的PL2303_Prolific_DriverInstaller_v130.exe安裝文件，按提示安裝USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動程序。安裝完成后，插入USB下載線后，在開始-控制面板-打印機和其他硬件-設(shè)備管理器，在“端口”分支下有（Prolific USB-to-Serial Comm Port(COMX)。X表示串口號，如果沒有說明USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動沒有安裝，須重新安裝。記住括號里的COM口號。圖17 成功安裝USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動示意圖2、 下載程序打開STC單片機下載軟件文件夾，點擊運行STC_ISP_V481.exe程序，出現(xiàn)如下界面。圖18 下載軟件正確選擇MCU 類型，COM口（與剛才安裝的COM號一致），最高波特率和最低波特率都選2400bps或者1200bps （下載線內(nèi)PL2303芯片所限，沒辦法?。?，并打開正確的.hex數(shù)據(jù)文件。點擊“Download/下載”按紐，窗口出現(xiàn)提示：Chinese:正在嘗試與 MCU/單片機 握