基于单片机的无线病床呼叫系统.doc

无线病床呼叫系统 专 业 电 气 自 动 化 学生姓名 匡 策 意 班 组 13自动化01 学 号 201310070115 指导教师 袁 泉 完成日期 I 目 录 第一章 绪 论 1 1.1课题设计的背景及意义 1 1.2设计要求及预期目标 1 1.3设计可行性 1 1.4 设计方案及步骤 2 第二章 系统硬件设计 3 2.1 系统原理框图 3 2.2 单片机STC89C51芯片简介 3 2.3 硬件模块设计 7 2.3.1无线发射模块 7 2.3.2无线接收模块 9 2.3.3液晶显示模块 11 2.3.4声音报警模块 12 2.3.5应答电路 13 第三章 系统软件设计 15 3.1设计的软件环境简介 15 3.1.1 Keil_c51 15 3.1.2 Protel99SE 15 3.2 主函数程序设计 18 3.3 初始化程序设计 18 3.4 延时子程序设定 22 3.5 液晶显示子程序 22 结束语 24 参考文献 25 致谢 26 附录 27 附录一：Protel原理图 27 附录二：C语言源程序 28 基于单片机的无线病床呼叫系统 摘 要 随着科技的发展，无线应用技术已经渗透到生活的各个领域，无线传输技术也越来越成熟。本设计是将无线传输技术应用到临床上的研究型课题，实现基于单片机的无线传输模块构成的无线多路病床呼叫系统。 本文以STC89C51单片机为控制核心，通过无线发射模块发射传输信号，无线接收模块接收信号，经STC89C51处理后显示输出,从而实现病人与医护的无线远距离沟通。本病床呼叫系统能够实现100米的远距离发射接收，也能绕过障碍物传输，其性能稳定、占用空间小、使用材料少、传输速度快、距离远，能够满足临床应用的要求。 关键词： 单片机STC89C51，无线传输模块，病床呼叫 **学院毕业设计说明书 第一章 绪 论 1.1课题设计的背景及意义 目前大多医院的病床呼叫系统采用有线传输方式，有线传输占用空间较大，耗材多，而且不易移动，因此现今需要对病床呼叫系统进行升级，近年来在我国无线领域有了大的进展，这为此提供了有力的技术支持。有的一些简易无线发射接收模块传输距离近，效率低，可靠性差，不适合用于产品的设计。 本设计是基于单片机实现的医用无线多路病床呼叫系统，分为无线发射模块、无线接收模块、单片机控制模块、显示模块、呼叫报警部分和复位应答部分。本系统通过无线电实现信号的传递，单片机作为控制部件协调处理整个系统的工作，实现无线信号的远距离传输，减少了材料的耗费，安装简单，使医患沟通更加灵活，是无线网络技术在医学临床上的大胆应用，具有创新性。 1.2设计要求及预期目标 设计要求：设计出稳定高效的运行系统，并且有一定的抗干扰能力，能够实现多路呼叫且互不干扰。距离在100m范围内，实现多路无线病床呼叫，并留有扩展空间。 预期目标：病人按呼叫键时，无线发射器发射信号，无线接收器接收无线信号，通过单片机控制处理，护士值班室发出呼叫警报，同时1602液晶上显示相应的床位号，当护士按键应答，呼叫报警停止，液晶显示以应答，警报由定时器控制关闭。当有多个病人呼叫没有及时应答时，对应显示各床床位号，同时报警。 1.3设计可行性 有线呼叫器受位置的制约不能很好的达到医患沟通，无线呼叫系统就显示其很大的优越性，可移动，不受位置制约，现今无线传输技术有了突飞猛进的发展，技术越来越成熟，普遍应用到生活、娱乐、学习和军工等领域，这为无线传输技术与医学临床的结合提供了技术支持。在校期间也学习了与单片机相关的课程，有了一定的理论基础。因此，本课题具有可行性，能够得到实现。 27 1.4 设计方案及步骤 针对单片机的无线病床呼叫系统，制定以下方案及步骤： 第一步，根据设计目的构想设计的原理图框架，学习设计中要用到的知识，如无线发射模块的原理、编码解码，单片机C语言编程设计，液晶1602的显示，使用的芯片引脚工作原理， Protel软件使用等。 第二步，对硬件模块进行设计。如无线发射模块、无线接收模块、1602显示模块、声音呼叫模块。在Protel中绘制原理图。 第三步，对系统软件进行设计。如主函数程序设计、初始化程序设计、延时子程序设计、液晶显示子程序设计、定时器中断服务子程序设计。 第二章 系统硬件设计 2.1 系统原理框图 根据单片机的无线病床呼叫系统要求初步绘制出系统原理框图如图2-1所示。 应答按键 发射模块 接收模块 液晶显示 单片机 声音报警 图2-1 系统原理框图 2.2 单片机STC89C51芯片简介 STC89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C51为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 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4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X51 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。 图2-2 STC89C51单片机引脚图 单片机是美国STC公司最新推出的一种新型51内核的单片机。片内含有Flash程序存储器、SRAM、UART、SPI、PWM等模块。 （一）STC89C51主要功能、性能参数如下： （1）内置标准51内核，机器周期：增强型为6时钟，普通型为12时钟; （2）工作频率范围：0~40MHZ，相当于普通8051的0~80MHZ; （3）STC89C51RC对应Flash空间：4KB; （4）内部存储器（RAM)：512B; （5）定时器\计数器：3个16位； （6）通用异步通信口（UART）1个； （7）中断源:8个； （8）有ISP(在系统可编程）\IAP(在应用可编程),无需专用编程器\仿真器； （9）通用I\O口：32\36个； （10）工作电压：3.8~5.5V； （11）外形封装：40脚PDIP、44脚PLCC和PQFP等。 （二）STC89C51单片机的引脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 I/O口作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据，而是把端口锁存器的内容读入到内部总线，经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线。上面图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器CPU将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作。这是由硬件自动完成的，不需要我们操心，1然后再实行读引脚操作，否则就可能读入出错，为什么看上面的图，如果不对端口置1端口锁存器原来的状态有可能为0Q端为0Q^为1加到场效应管栅极的信号为1，该场效应管就导通对地呈现低阻抗，此时即使引脚上输入的信号为1，也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的1信号读入后不一定是1。若先执行置1操作，则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入，由于在输入操作时还必须附加一个准备动作，所以这类I/O口被称为准双向口。89C51的P0/P1/P2/P3口作为输入时都是准双向口。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 （三）STC89C51单片机最小系统： 最小系统包括单片机及其所需的必要的电源、时钟、复位等部件，能使单片机始终处于正常的运行状态。电源、时钟等电路是使单片机能运行的必备条件，可以将最小系统作为应用系统的核心部分，通过对其进行存储器扩展、A/D扩展等，使单片机完成较复杂的功能。 STC89C51是片内有ROM/EPROM的单片机，因此