非常好的简易病房呼叫系统项目报告书

'二级项目报告书项目名称：简易病房呼叫系统负责人：参加成员：指导教师：完成时间：2011年9月10日摘要19 本次的课程设计是要设计一个病房呼叫系统。该系统能对6张病床进行统一监护，能够对不同优先级的呼叫进行优先响应处理，对发出呼叫的病床都有其对应灯进行提示，还能显示优先级最高的呼叫病床号，并由蜂鸣器发出呼叫声，当护士接受到信号，便赶到优先级最高的病人房间，把该床的灯熄灭，从而显示次优先级的病床，以此类推。该设计主要是用多个开关、74LS148优先编码器、74LS47译码器、74LS04反向器、七段共阳LED数码管、蜂鸣器、发光二极管和若干个逻辑门电路来实现的。关键词：病房呼叫系统，优先级，逻辑门电路AbstractThemissionofthiscourseistodesignasystemofwardcalling.Thissystemcanreflectsixwards"situationatthesametimeandshowtheward"scallingdependondifferentlevelandthenursecandealwithitforthehighestcalling.WehavesixLEDandanixietubetoshowdifferentward.Thebuzzercancatchtheattentionofnurse.Whenthenursereceivethesign,shecangototakecareofthepatientassoonaspossible.Thissystemhassomeswitches,74LS148PriorityEncoder,74LS47Decoder,74LS04reverser,LEDDigitronandsoon.Keywords:Theward"scallingsystem；Priority；LogicGates目录19 1.项目总体设计目标及设计方案（附系统总体框图）51.1项目总体设计目标51.2设计思路及方案51.2.1设计思路51.2.2设计方案61.3.系统总体框图72.各部分电路设计及工作原理82.1病房按键部分82.2编码器部分92.3数码管显示部分102.4指示灯的部分112.5蜂鸣器部分122.6电源部分133.仿真结果及分析153.1电路设计153.2仿真结果163.3仿真分析174.项目设计和调试中存在的主要问题及采取解决方法174.1电路设计中主要存在的问题及解决方法174.2仿真过程中主要存在的问题及解决方法185.项目的创新之处及其是否可进行功能扩展195.1项目创新之处195.2功能扩展196.所用元器件一览表（元器件型号、功能、数量、成本核算）197.组内详细分工情况及完成情况207.1组内分工207.2完成情况21参考文献2219 1.项目总体设计目标及设计方案（附系统总体框图）1.1项目总体设计目标本项目的设计目标是制作一个六路的简易病房呼叫系统，主要目的是制造出一个能够满足实现医院能及时照顾病人的功能的系统。目前这样的呼叫系统在医院里已经是十分常见的了，几乎所有的病房里都配备了这样的呼叫系统。当病人有危急情况出现时，通过按安装在床边的呼叫按钮，若床边的警示灯点亮，则表明呼叫成功，此时在护士值班台那边能发出呼叫的声音以及数码管显示呼叫病房号，根据病人的病情来设置显示的优先级别以确保病情最重的病人最先得到医治等等。这个系统是十分实用并且高效的，因而设计它是非常有意义的。以下是设计一个简易病房呼叫系统所要满足的要求：l能满足来自6个病房的呼叫，设置6个病房呼叫开关；l当有多个病房同时呼叫时，护士值班室显示优先级别最高的病房且发出呼叫声；通过亮灯显示病房的呼叫。l对低优先级的呼叫暂不理睬，处理完高优先级的呼叫，再进行低优先级呼叫的处理l增加的功能：蜂鸣器的呼叫报警功能l可以通过多个芯片的连接来满足数量更多的病房的呼叫1.2设计思路及方案1.2.1设计思路19 首先，要明确病房呼叫系统的最终目的。这次项目主要是通过控制六个开关高低电平的切换来使七段数码管显示对应的数字，从而模拟出实际生活中医院对病房管理的方式。其次，因为系统有六条线路，所以我们就利用了8线3线编码器74LS148其中的六线进行编码，从而控制对应的病房号。其主要作用是控制病房号的优先级别。接着，因为我们选用了共阳七段数码管，所以我们就选择了74LS47共阳译码器来驱动数码管，它是3线8线译码器。再者，因为需要发光二极管的亮灯来提示对应病床号的呼叫，二极管具有单向导电性，而按键为低电平导通74ls148，所以我们选择了74LS04反相器来控制发光二级管的熄灭与点亮。最后，我们还加了一个蜂鸣器作为报警呼叫器，当病人按下病房里的按钮时，对应的警示灯就会点亮，此时蜂鸣器就会发出报警声，关闭蜂鸣器不会影响数码管的显示。我们的项目是设计六路的呼叫线路，而且还要考虑各个线路的优先级别，下面我就模拟一个场景来讲解一下我们项目的工作流程：假设现在医院里的护士值班台要照顾六个病房的病人，编号分别是1、2、3、4、5、6，护士值班台安装有一个蜂鸣器以及六盏对应各病房的灯。工作上班时间，蜂鸣器是一直开着的，只有当病人按下病房里的呼叫按钮时它才会报警。如果只有一个病房发起呼叫，即只有一盏灯亮，护士可以去到对应的病房里把灯关了，处理完病人的事情就可以了。如果同时亮了几盏灯，数码管此时只显示优先级最高的病房号，等护士去处理该病房的病人时，关掉按钮，数码管接着显示此优先级的病房号，等护士处理完事情后返回值班台即可看到下一个要处理的病房号，以此类推。1.2.2设计方案用74LS148优先编码器来控制和实现病房呼叫的优先级别显示，用74LS47七段字形译码器接LED数码管来用数字显示最高优先级的病房号，用74LS04反向器来控制警示灯的亮和熄灭，用发光二级管来作为病人呼叫时的警示灯，用蜂鸣器来作为报警器。19 1.3.系统总体框图YYN开始电源灯点亮按键触发系统开始运作点亮相应的警示灯，蜂鸣器报警关蜂鸣器去处理数码管显示的优先级别最高的病房关掉该病房的按钮，熄灭对应的警示灯，处理病人的事情返回护士值班台数码管还有显示数字吗？打开蜂鸣器，等待处理下一次的呼叫是否有按键按下？结束N19 2.各部分电路设计及工作原理2.1病房按键部分此处设计选择这种单刀拨动开关，接通1脚为高电平，接通3脚为低电平。原先本来打算用轻触型按键开关，但是用这种开关的话，由于按键按下后会自动弹起，不能将电平一直保持，所以要保持电平的话需要接触发器，而后数据清零还要另外加清零电路，设计比较繁琐复杂，对于简易病房的设计我们力求简单实用，于是便选择了这种拨动开关，既节约了成本也避免了设计复杂电路的麻烦。19 2.2编码器部分该部分选用74ls148优先编码器，此编码器为8线-3线编码器，可以实现对8个输入的优先选择，我们这里只需要用到6个病房的输入，另外两个引脚接高电平。74ls148的引脚图19 74ls148的真值表2.3数码管显示部分此部分我们选用共阳数码管，对应的芯片选用驱动共阳数码管的74ls47。开始的设计中我们计划选用CD4511驱动共阴的数码管，但是为了保护数码管的LED灯，我们必须加上7个限流电阻，这样在设计上和成本上都不划算，所以我们改用了共阳数码管。19 74ls47对应的数码管显示74ls47的功能表2.4指示灯的部分由于74ls148编码器输入管脚为低电平有效，故当拨动开关接低电平是电路接通，此时需要接上一个反相器来接通共阴发光二极管。19 74LS04的管脚图及原理图2.5蜂鸣器部分此部分设计比较简单，只是用一个NPN三极管来驱动蜂鸣器，蜂鸣器接开关的目的在于，当有多个病房同时呼叫时，护士可以先把刺耳的蜂鸣声关闭后（数码管仍显示呼叫病房号），再去处理病人。由于此部分与发光二极管是串联起来的，经我们在面包板上进行实物连接发现，虽然蜂鸣器能正常发声，但是二极管的亮度却明显暗了很多，经过多次的实验，我们最终决定给每个二极管加上560欧的上拉电阻，电路图如下:19 2.6电源部分电源部分较为简单，两脚电源端为外接5V稳压电源的输入。至于外接的5V稳压电源，我们是做在另外单独出来的板子上的，这样的好处是：单独出来的稳压电源实用性较高，不仅可以用于本项目，还可以用在其他需要5V电源的项目中，避免做每块板子都要另外设计5V稳压模块，降低了制作成本，体现了节约资源节约成本的思想。19 5V稳压电源采用L7805模块总电路图19 3.仿真结果及分析3.1电路设计3.2仿真结果19 3.3仿真分析19 本次电路设计，主要通过利用所学到的74LS系列逻辑芯片以及共阳数码显示管，仿真出如图（一）中的电路。按下开关后，病床呼应电路上端一直处于接通状态，当某病人按下按键后，该病床开关打向另一边，使对应的分支电路处于断开状态。由于警示灯LED与逻辑非门串联，当逻辑非门左端输入为0，则逻辑非门右端输出1，接通呼叫电路，使警示灯LED发亮和蜂鸣器呼叫。另外，利用74LS系列的逻辑芯片，使显示管显示优先级数字。数字越低，优先级越高，则即使在多个按键按下后，护士也能清楚知道哪位病人更加急需帮助或者救援。待护士帮助该病人，直接把按键恢复至原来的位置即可。4.项目设计和调试中存在的主要问题及采取解决方法4.1电路设计中主要存在的问题及解决方法l呼叫系统功率小。刚开始设计电路的时候，本来是利用电阻直接串联至警示灯LED电路中。然而multisim仿真软件中的仿真电路时有明显的发亮，但是通过实物连接电路后发觉由于输出功率较小，警示灯LED发亮程度较低甚至不亮，需要进一步的修改。后通过上拉电阻，加大通过LED的电流从而提高输出功率，使警示灯LED发光.l利用555定时器设计蜂鸣器电路。本想通过利用555定时器去控制蜂鸣器，但是由于将两者连接，mutisim软件均告之有错误，因此改用三极管直接连接蜂鸣器，使其在按下按键后能够发出响声。l数字仿真时，当没有任何人按键时，数码管显示所产生的数字是7，对应的数字是0111，这与实验要求所产生的数字0也就是对应的BCD码0000相矛盾。由于现有知识有限，暂不能解决该问题。l原仿真电路本是利用4511BD译码器连接共阴数码显示管。不过后来由于实验器材的有限，只有共阳数码显示管，则通过已学知识和曾经做过的实验去改至为利用74LS47译码器连接共阳数码显示管4.2仿真过程中主要存在的问题及解决方法l项目开始设计时由于查找的资料有限，用CD4511驱动共阴数码管，但后来发现用74ls47驱动共阳数码管会给设计上带来方便，因为接共阴数码管的话还要给七段LED接限流电阻，而共阳数码管只需要在共阳端接一个限流电阻，节省了材料。l19 之前的设计是给74ls47,74ls148以及74ls04三个集成电路单独供电，这样连接的实验结果是：当按键全未接通时，数码管显示为7。虽然我们设计的系统只有六个病房，即使数码管显示7对整个系统也没有太大影响，因为系统中没有7号病房，护士可以不予理睬，但是如果有更好的方法就更好。于是再三查看三个集成电路的管脚功能以及真值表，最后采用把74148的EO端直接接7447的电源端，当按键未接通时EO端为低电平，数码管不显示，当按键按下时，EO端为高电平，电压在7447供电范围内，7447稳定工作，数码管显示对应的病房按键。l蜂鸣器报警部分本来计划是采用两片555定时器来实现滴滴声报警，但是软件硬件实验结果都不成功，最后决定采用比较简洁的方法，直接用一个三极管驱动蜂鸣器实现连续发声的蜂鸣声。l接上蜂鸣器后，由于蜂鸣器和发光二极管是串联的，实验现象为蜂鸣器正常工作，但发光二极管就明显的暗了很多，于是给每个发光二极管都接上了510欧的上拉电阻，问题迎刃而解。5.项目的创新之处及其是否可进行功能扩展5.1项目创新之处l采用直拨开关呼叫，而不是采用轻触按键呼叫，免去了设计D触发器的电路，也免去了按键清零的设计步骤，节省了设计时间，也节省了成本。l采用三极管驱动蜂鸣器，而不是555集成电路，简化了复杂的电路，同样可以达到声音报警的效果。l采用共阳数码管，而不是采用共阴数码管，省去了6个限流电阻，使设计更加简洁，同时也节约了成本。l74ls148的EO输出端直接接74ls47的电源供电端，当没有按键按下时，EO端为低电平，74ls47不工作，数码管无显示；当有按键按下时，EO端为高电平，74ls47正常工作，数码管显示对应的病房号。如果74ls47单独接电源端供电的话，当没有按键按下时，数码管显示为7，容易让护士产生误解以及不便。l每个按键对应一个发光二极管，当按键接通时，二极管会被点亮，当按键未接通时，二极管熄灭。这样，当按键出现物理原因的损坏而不能正常接通时，病人可以通过观察二极管的亮灭来判断按键是否接通，避免了“虚按”的情况出现。5.2功能扩展病房的增加的同时，本系统可以通过多个74148编码器的连接实现多路的输入以及对应的优先权判断和现实病房号。19 6.所用元器件一览表（元器件型号、功能、数量、成本核算）名称型号功能数量（个）成本核算（元）电阻470欧限流10.1560欧上拉60.6220欧限流20.2直拨按键三脚二档病房呼叫61六角自锁按键7*7接通关闭蜂鸣器11.5三极管9011驱动蜂鸣器10.5集成电路74ls148优先编码器1474ls473-8译码器1474ls04反相器14七段数码管5106BS显示病房号12发光二极管5mm红色病房按键指示灯635mm绿色电源灯10.5覆铜板单面15*20印制PCB15电路板铜柱3mm支撑电路板42电线细的连接PCB跳线用若干2排针小的电源输入输出端60.5电解电容470uf25v5v稳压用225v稳压管L7805稳压输出5v12整流二极管1N4007整流10.5洞洞板10*7稳压输入端12总计37.407.2完成情况19 组内每位成员都能尽自己的力量，按时完成工作。有时碰到一些比较难的问题，组内成员会互相帮助，发挥团队精神通力合作。虽然在最初我们确定采用单片机作为主要的元件，但由于项目要求用数电知识来做，因此我们需要对电路图等做较大的修改，大家的仿真等也要重新来过。大家再次对分工进行了调整，也在较短时间内改进了各项工作，确保在规定的时间内完成。本项目除了完全达到任务书所提的基本要求外，还增加了蜂鸣器报警的模块，系统用5v供电能稳定安全地工作。参考文献[1]康华光.电子技术基础.北京：高等教育出版社，1999年[2]彭华林等编.数字电子技术.长沙：湖南大学出版社，2004年[3]金唯香等编.电子测试技术.长沙：湖南大学出版社，2004年[4]侯建军.数字电路实验一体化教程.北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社，2005年[5]阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，2001年[6]黄培根Multisim10虚拟仿真和业余制版实用技术北京：电子工业出版社2008年19'