課程設(shè)計——醫(yī)院住院病人呼喊器.docx

1、電子技術(shù)課程設(shè)計報告 醫(yī)院住院病人“呼喊”器 學(xué) 院： 機(jī)械與電子工程 年級專業(yè)： 機(jī)械電子工程專業(yè)* 班 學(xué) 號： * 姓 名： * 指導(dǎo)教師： 郭文川 完成時間： 2011.1.10 成 績： 中國 陜西 楊凌醫(yī)院住院病人“呼喊”器摘 要為了讓醫(yī)院能夠最好的為病人服務(wù)，減少醫(yī)護(hù)人員的巡查次數(shù)和工作量，醫(yī)院住院病人呼喊器十分必要的。應(yīng)用本設(shè)計可使病人及時通知醫(yī)生，并使醫(yī)生能夠通過顯示器和報警聲很快的知道求助病人的確切床位，從而及時搶救。以555構(gòu)成的單穩(wěn)觸發(fā)器為核心，用5秒呼叫模塊，優(yōu)先編碼顯示模塊，呼叫顯示模塊來設(shè)計的病房呼叫系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有優(yōu)先級，造價低廉，能確保呼叫信息不流失，終端數(shù)碼

2、管顯示呼叫地址，聲音報警等功能。關(guān)鍵詞：呼喊器；555定時器；優(yōu)先編碼顯示Room Call SystemAbstractIn order to let the hospital can best service to patients and reduce the search times and medical personnel, hospital patient cry workload is very necessary. Use this design can make patient promptly notify the doctor, and make the doctor

3、can pass a display and alarm sound immediately that help the patient's exact beds, thus timely rescue. The design, in order to form a single stable flip-flop 555 as the core, with a 5 second call module, priority code display module, the call display module is used to be hospital patient cry wor

4、kload. The system has priority, low cost, to ensure that the call information is not lost, terminal digital display call address, voice alarm and other functions.Keyword：Pager；Flip-flop 555； Priority code display目錄1. 設(shè)計任務(wù)11.1 設(shè)計目的和意義11.2 設(shè)計要求及任務(wù)12. 系統(tǒng)設(shè)計12.1 總體方案設(shè)計12.1.1 工作原理12.1.2 系統(tǒng)組成22.2 各單元模塊功能介紹

5、及電路設(shè)計32.2.1 5秒呼叫模塊32.2.2 呼叫顯示模塊62.2.3 優(yōu)先顯示模塊72.2.4 所需5V直流穩(wěn)壓電源電路模塊103. 電路仿真及測試103.1 電路仿真103.2 系統(tǒng)功能測試104. 實習(xí)總結(jié)11參考文獻(xiàn)13附錄141. 設(shè)計任務(wù)1.1 設(shè)計目的和意義為了讓醫(yī)院能夠最好的為病人服務(wù)，減少醫(yī)護(hù)人員的巡查次數(shù)和工作量，醫(yī)院住院病人呼喊器十分必要的。應(yīng)用本設(shè)計可使病人及時通知醫(yī)生，并使醫(yī)生能夠通過顯示器和報警聲很快的知道求助病人的確切床位，從而及時搶救。本設(shè)計的病房呼叫系統(tǒng)是應(yīng)用555計時器邏輯門電路，采用數(shù)字、模擬電路的一些基礎(chǔ)原件來，來實現(xiàn)的具有優(yōu)先級的結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便

6、病房呼叫系統(tǒng)。當(dāng)有病人進(jìn)行呼叫時，系統(tǒng)會自動先處理具有優(yōu)先級別的病房的編號，同時產(chǎn)生光信號和5秒鐘的聲音信號。另外在產(chǎn)生信號的同時系統(tǒng)會顯示呼叫病人的病房編號。這樣醫(yī)護(hù)人員可以根據(jù)呼叫信號的優(yōu)先級別及時對每一位呼叫病人進(jìn)行救治。當(dāng)有多個病人同時進(jìn)行呼叫時，系統(tǒng)會根據(jù)優(yōu)先級別自動呼出當(dāng)前呼叫中的最高級別呼叫信號而對其它低級別的呼叫信號進(jìn)行自動保存，在當(dāng)前的最高級呼叫信號被醫(yī)護(hù)人員完成后，按下清零后，自動輸出所保存信號呼叫中最高級別的呼叫，直到每位病人處理完畢。1.2 設(shè)計要求及任務(wù)設(shè)計一種有線“呼喊”器，供住院病人“呼喊”醫(yī)護(hù)人員時使用。其基本功能要求如下：1. 住院病人可通過按動自己的床位按扭

7、開關(guān)向醫(yī)護(hù)人員發(fā)出“呼喊”信號；2. 一旦有病人發(fā)出“呼喊”信號，醫(yī)護(hù)人員值班室設(shè)置的顯示器即顯示出該病人的床位編號，同時揚(yáng)聲器發(fā)出信號提示值班人員；3. 設(shè)計“呼喊”器所需的直流穩(wěn)壓電源。2. 系統(tǒng)設(shè)計我們通過查閱相關(guān)資料，對各個模塊進(jìn)行獨立分析。其中包括5秒呼叫模塊、呼叫顯示模塊、優(yōu)先顯示模塊、所需5V直流穩(wěn)壓電源等各模塊。我們通過對比和總結(jié)，結(jié)合實際能力，選擇和搭配了如下的硬件模塊結(jié)構(gòu)。2.1 總體方案設(shè)計2.1.1 工作原理用鎖存器鎖存，再用一個8線-3線優(yōu)先編碼器74LS148D對病房號編碼，再用譯碼器74LS48D譯出最高級的病房號。當(dāng)有病房號呼叫時，通過譯碼器和邏輯門觸發(fā)（由55

8、5構(gòu)成的單穩(wěn)觸發(fā)器）從而控制蜂鳴器發(fā)出5秒鐘的呼叫聲。呼叫信號控制晶閘管從而控制病房報警燈的關(guān)亮。若有多個病房同時呼叫，待醫(yī)護(hù)人員處置好最高級的病房后，由人工將系統(tǒng)復(fù)位（手動）。系統(tǒng)工作流程圖如圖1所示。呼叫信號譯碼器數(shù)碼管顯示手動復(fù)位蜂鳴器邏輯門電路圖1 工作流程圖2.1.2 系統(tǒng)組成根據(jù)設(shè)計要求可設(shè)計出如下合理的邏輯門電路。病房呼叫系統(tǒng)的邏輯門電路如圖2所示。它由模擬開關(guān)、優(yōu)先編碼器、鎖存器、數(shù)碼管、邏輯門、信號燈、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、蜂鳴器組成。模擬病房號通過優(yōu)先編碼器顯示優(yōu)先級最高的病床號。并且通過鎖存器儲存起來，按清零鍵清除已處理的信號。呼叫顯示模塊5秒呼叫模塊復(fù)位按扭鎖存優(yōu)先顯示模塊病房

9、圖2 病房呼叫系統(tǒng)的邏輯方框圖2.2 各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計2.2.1 5秒呼叫模塊圖3 5秒呼叫模塊截圖5秒呼叫模塊截圖如圖3所示。利用555集成時基電路組成脈沖啟動型單穩(wěn)態(tài)電路，產(chǎn)生定長時間的震蕩信號驅(qū)動蜂鳴器呼叫。配以相應(yīng)參數(shù)的阻容器件，可將振蕩時間準(zhǔn)確的控制在要求的5秒鐘。此電路由74LS20D雙4輸入與非門、74F02D或門、555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和蜂鳴器組成。開關(guān)初始狀態(tài)為全低電平，將開關(guān)的所有輸入端經(jīng)與非門后接入555的觸發(fā)輸入端，再由555的輸出端接蜂鳴器。當(dāng)無病房呼叫時，模擬開關(guān)無低電平輸入給邏輯門。由于由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器是低電平觸發(fā)，且無觸發(fā)時輸出低電平。所

10、以此時蜂鳴器無聲音。只要有病房呼叫時，555將接入低電平，觸發(fā)器被觸發(fā)，進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)狀態(tài)中。其輸出5秒的高電平，則蜂鳴器呼叫5秒鐘。呼叫時間5秒即為單穩(wěn)態(tài)的暫態(tài)時間。由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)的暫態(tài)（即輸出高電平時間）公式算得。Th=RCLn3 =454×103×10×10-6×1.1=5 s這里取470k的標(biāo)準(zhǔn)電阻。 （1）555定時器555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，其電路原理圖如圖4。一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 CMOS 工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應(yīng)的雙定時器 556/7556。555 定時

11、器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，輸出驅(qū)動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。圖4 555定時器555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓

12、控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的反相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。（2） 蜂鳴器蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報警器、電子玩具、汽車電子

13、設(shè)備、電話機(jī)、定時器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。我們本次設(shè)計就是用這種設(shè)備來模擬，它的外形常見的有以下幾種，如圖5所示。一般呈圓柱狀，下面兩針長短不同，長的就為正極，短為負(fù)極，我們只要在正負(fù)極加上正向電壓其便可以發(fā)出聲響。圖5 常見蜂鳴器外形（3）74LS20D74LS20D為雙4輸入與非門，由兩組4輸入端與非門（正邏輯）構(gòu)成，其引腳圖管腳圖如圖6所示。74LS20D的輸入輸出邏輯表達(dá)式為Y=ABCD。圖6 74LS20D引腳圖管腳圖2.2.2 呼叫顯示模塊圖7 呼叫顯示模塊截圖呼叫顯示模塊截圖如圖7所示。利用發(fā)光二極管的特性，使發(fā)光二極管串聯(lián)在電源上，使用呼叫信號控制相應(yīng)的發(fā)光二極管，當(dāng)有病房呼

14、叫信號來時，二極管發(fā)光報警，直到人為復(fù)位清零。當(dāng)無呼叫時，呼叫開關(guān)都處在斷開狀態(tài)，二極管不亮。當(dāng)有呼叫時，相應(yīng)的模擬開關(guān)會接通低電平，這時二極管兩端有足夠的正向壓降且有足夠的觸發(fā)電壓，滿足導(dǎo)通的條件，管子導(dǎo)通，小燈發(fā)光報警，信號觸發(fā)出穩(wěn)定的報警輸出，直到人為處理。該電路總共采用8路，分別代表8個病床，如果想要擴(kuò)展，可在該基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展。此處為了便于設(shè)計，采用8路按鈕開關(guān)。另外，該開關(guān)電路優(yōu)先級是不同的，代表著病人的病危程度，以便及時搶救，即優(yōu)先級由07逐級遞減，0級為最高級，病人病情最嚴(yán)重，病房級別最高。也就是說如果某一高級病床呼叫，在報警期間，其他較低級開關(guān)無效。我們設(shè)計的報警時長是5s。我

15、們此處設(shè)計的是簡易裝置，如果需要優(yōu)先級或者可查詢，可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行軟硬件的擴(kuò)展，實現(xiàn)所需功能。2.2.3 優(yōu)先顯示模塊圖8 優(yōu)先顯示模塊截圖優(yōu)先顯示模塊截圖如8。本設(shè)計采用各個呼叫信號通過優(yōu)先編碼器進(jìn)行采集輸入信號并編碼再通過鎖存器進(jìn)行鎖存再送入譯碼器的方法。此方法簡單實用，易于實現(xiàn)。用可編程邏輯控制電路，在應(yīng)用中能非常方便有效的控制，而且對于以后附加功能的實現(xiàn)、電路功能的擴(kuò)展很方便，只是需要掌握一定的編碼優(yōu)先位及相應(yīng)電路的應(yīng)用，在熟悉可編程控制電路的應(yīng)用的情況下也是可行的，而且對于實用來說更有意義。此電路由模擬開關(guān)、優(yōu)先編碼器74LS148D，74F02D、譯碼器74LS48D、數(shù)碼管等組成

16、。2.2.3.1 74LS48優(yōu)先編碼器74LS48 為有內(nèi)部上拉電阻的BCD七段譯碼器/驅(qū)動器，共有54/7448、54/74LS48 兩種線路結(jié)構(gòu)型式。其邏輯圖和功能表分別如圖9和表1所示。圖9 74LS48邏輯圖表1 74LS48功能表2.2.3.2 74LS1488 線3 線優(yōu)先編碼器 簡要說明：148為 8 線3 線優(yōu)先編碼器，共有 54/74148 和 54/74LS148 兩種線路結(jié)構(gòu)型式，148 將 8 條數(shù)據(jù)線（07）進(jìn)行 3 線(4-2-1)二進(jìn)制（八進(jìn)制）優(yōu)先編 碼，即對最高位數(shù)據(jù)線進(jìn)行譯碼。其管腳圖和功能表分別如10圖和表2所示。圖10 74LS148管腳圖表2 74L

17、S148功能表2.2.3.3 數(shù)碼顯示器在數(shù)字測量儀表和各種數(shù)字系統(tǒng)中，都需要將數(shù)字量直觀地顯示出來，一方面供人們直接讀取測量和運算的結(jié)果；另一方 面用于監(jiān)視數(shù)字系統(tǒng)的工作情況。因此，數(shù)字顯示電路是許多數(shù)字設(shè)備不可缺少的部分。數(shù)碼顯示器是用來顯示數(shù)字、文字或符號的器件，現(xiàn)在已有多種不同類型的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字設(shè)備中，目前數(shù)碼顯示器件正朝著小型、低功耗、平面化方向發(fā)展。數(shù)碼的顯示方式一般有三種：第一種是字形重疊式，它是將不同字符的電極重疊起來，要顯示某字符，只須使相應(yīng)的電極發(fā) 亮即可，如輝光放電管、邊光顯示管等。第二種是分段式，數(shù)碼是由分布在同一平面上若干段發(fā)光的筆劃組成，如熒光數(shù)碼管等。

18、第三種是點陣式，它由一些按一定規(guī)律排列的可發(fā)光的點陣所組成，利用光點的不同組合便可顯示不同的數(shù)碼。數(shù)字顯示方式目前以分段式應(yīng)用最普遍，圖5.3.6表示七段式數(shù)字顯示器利用不同發(fā)光段組合方式，顯示015等阿拉伯?dāng)?shù)字。在實際應(yīng)用中，1015并不采用，而是用2位數(shù)字顯示器進(jìn)行顯示。其七段數(shù)字顯示器發(fā)光組合圖如下所示，它是通過譯碼器對其A.B.C.D.E.F.G段二極管的明暗進(jìn)行控制，最后使得其顯示出一定的數(shù)字模式，如圖11所示。圖11 七段數(shù)字顯示器顯示數(shù)字2.2.4 所需5V直流穩(wěn)壓電源電路模塊圖12 所需5V直流穩(wěn)壓電源電路模塊截圖集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖12中電源部分所示，這是一個輸出正5

19、V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。IC采用集成穩(wěn)壓器7805，C1、C2分別為輸入端和輸出端濾波電容，RL為負(fù)載電阻。當(dāng)輸出電較大時，7805應(yīng)配上散熱板。另外，XSC1用來觀察電源輸出電壓的波形是否穩(wěn)定。3. 電路仿真及測試3.1 電路仿真此電路我們需要調(diào)試的東西不多，首先將各個模塊連接到一起后,注意檢查各個部分是否連接正確和連接端是否連接好。 注意我們所需要的芯片參數(shù)是否正確，電解電容的極性是否連接正確，在測試看看各管腳的電平是否符合我們理論上達(dá)到的值，同時觀察各個集成器件的各個管腳的電平變化情況，以及數(shù)碼顯示器的顯示是否正確.如有不正確的就將其逐個問題解決了再進(jìn)行后面的調(diào)試，直到所有問題都解決了

20、為止。各模塊連接好之后就可以對電路進(jìn)行調(diào)試了。首先觸發(fā)一個病人信號，看是否產(chǎn)生聲、光報警，并且聲音響5秒，數(shù)碼管是否顯示對應(yīng)的病人編號；直到完成了此功能，進(jìn)行下一向調(diào)試。下一向調(diào)試觸發(fā)多個病人信號，同樣看是否產(chǎn)生聲、光報警，并且聲音響5秒，數(shù)碼管是否顯示最優(yōu)先的病人編號；如能完成此功能那么它是正確的。3.2 系統(tǒng)功能測試在有多個呼叫信號同時產(chǎn)生時，對已有的最高級別信號進(jìn)行清零，觀察系統(tǒng)是否能夠?qū)κＳ嘈盘栔械淖罡呒墑e信號進(jìn)行優(yōu)先呼叫?；蛘咴谠泻艚行盘柕幕A(chǔ)上再輸入一個最高級別的呼叫信號，觀察系統(tǒng)是否能將此最高呼叫信號優(yōu)先呼叫。此設(shè)計是用于醫(yī)院病人的緊急呼叫，它的功能如下：1.當(dāng)病人按下呼救信號

21、按鈕，呼救燈亮，同時顯示病人編號，蜂鳴器發(fā)出5秒呼救聲，等待醫(yī)護(hù)人員來護(hù)理。2.按照病人的病情劃分出優(yōu)先級別，有多個病人同時呼救時，系統(tǒng)優(yōu)先顯示最高級別的呼救編號。3.當(dāng)醫(yī)護(hù)人員處理完最高級別呼救后，按下清零鍵，系統(tǒng)按優(yōu)先等級先后顯示其他病人編號。系統(tǒng)仿真結(jié)果顯示圖見圖13。4. 實習(xí)總結(jié)“電子技術(shù)課程設(shè)計”是電子技術(shù)課程的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是對我學(xué)習(xí)電子技術(shù)的綜合性訓(xùn)練。我非常珍惜這次做課程設(shè)計的機(jī)會.本設(shè)計是為在病人緊急需要時能很快進(jìn)行救治的呼叫系統(tǒng),增強(qiáng)醫(yī)護(hù)人員更好的監(jiān)護(hù)病人。此系統(tǒng)的優(yōu)點特色在于可以設(shè)立呼叫優(yōu)先等級而不是單純的病人呼叫，這樣避免在有多個病人同時呼叫時，醫(yī)護(hù)人員不知道應(yīng)該先救治哪個。利用本系統(tǒng)設(shè)立呼叫等級后，當(dāng)有多個呼叫信號時，呼叫系統(tǒng)會自動先顯示最高級別的呼叫，使病情嚴(yán)重的病人得到優(yōu)先救治。同時系統(tǒng)自動鎖存其它的呼叫信號，在高級別呼叫清零后自動對其它信號進(jìn)行顯示呼叫。這樣讓所有病人都能夠獲得救治，這種由醫(yī)院根據(jù)病人病情設(shè)立的具有呼叫等級的控制系統(tǒng)可有效控制因病人突發(fā)病情而醫(yī)護(hù)人員卻未能及時救治導(dǎo)致病人病情嚴(yán)重甚至死亡的嚴(yán)重后果。同時這種病情嚴(yán)重者優(yōu)先的呼叫系統(tǒng)也體現(xiàn)了人性的美德和醫(yī)院救人的精神。在設(shè)計初期我遇到了很多困難，感覺對課題無從下手，不知道從何開始，當(dāng)我查閱了大量資