单片机病房呼叫系统全面设计指南

单片机病房呼叫系统设计

摘要：

一般来说，病房呼叫系统是方便于病人患者与医护人员灵活沟通的一种呼叫系统，是解决医护人员与病人患者之间信息反馈的一种手段。病床呼叫系统的好坏直接关系到病人患者的生命安危，像今年的新冠型肺炎，没有一个灵活可靠的医疗系统真的不行。
本课题的任务是设计出基于STM32单片机的病床呼叫系统以及对它的各项功能进行控制的控制系统。系统设计包括矩阵键盘，LCD12864液晶显示器显示电路，在该设计中每个病房都有一个按键，当患者有需要时，按下按键，此时值班室的显示屏可显示此患者的床位号，多人使用时可实现循环显示，医护人员按下“响应”键取消当前呼叫。值班室与病房终端利用zigbee无线通信技术进行信息传输。值班人员可以从LCD12864显示器显示病床的信息，护士站可以快速掌握消息。软件部分用C语言进行编程，采用模块化设计思想。该系统硬件电路简单，子程序具有通用性，完全符合设计要求。
关键词：STM32，病床呼叫系统，zigbee， LCD12864

绪论

1.1课题研究背景
一般来说，病房呼叫系统是方便于病人患者与医护人员灵活沟通的一种呼叫系统，是解决医护人员与病人患者之间信息反馈的一种手段。病床呼叫系统的好坏直接关系到病人患者的生命安危，像今年的新冠型肺炎，没有一个灵活可靠的医疗系统真的不行。像今年的新冠型肺炎，没有一个灵活可靠的医疗系统真的不行[1]。
现在市场上逐渐出现功能不一样的病房呼叫系统，总体可以分为两种形式，一种是有线，另一种是无线。有线的在一些乡镇医院经常看到，需要铺线路，相对来说比较麻烦，而且看起来也不太美观。无线就少了铺线路的麻烦，无线还有好处就是不会干扰到其他线路，所以也比较安全。本设计运用zigbee技术实现无线设计，针对小型医院展开设计的。在每个病房配用一个呼叫机实现无线和语音通话功能。
病房呼叫系统大大地方便病人和护士之间的沟通交流，减少因为呼叫不到而导致一些问题。现在科技越来越发达，也可以和监控系统一起使用。病房呼叫系统的使用就是病人有需要的时候，按下呼叫的按键，护士可以在值班室通过显示屏来观看病人信息，用呼叫机实现语音通话沟通。

系统总体方案

基于STM32病床呼叫系统设计。本系统设计包括矩阵键盘、LED点阵显示电路，在本次设计中每个病房都有一个按键，病人在需要的时候，按下按键，这时候值班室里的显示屏可显示该病人的床位号，多人使用时可实现循环显示，医护人员按下“响应”键取消当前呼叫。如下图2-1所示。
处理器：STM32F103C8T6单片机。
传感器：zigbee模块CC2530 3个。
显示器：LCD12864块。

图2-1 系统总体框图

硬件电路设计

3.1单片机STM32及最小系统
本次设计采用的是STM32F103C8T6单片机芯片，它比起其他的芯片也是有许多优势，它是ARM Cortex-M3 内核，而且它可以适应的温度比较广，能在零下40度正运行，也能在高温85度运行内置振荡器，供电的电压相对比较小，只需要2V-3.6V即可[4]。还具有传输速度快，容量大的特点。STM32F103C8T6核心板内部电路图如下图3-1所示。

图3-1 STM32单片机核心板内部原理图

系统软件的设计

4.1软件和工作分析
对于本次的软件设计部分，主要是通过程序编程来完成。我们会依次进行主程序、语音、键盘、显示和无线传输来编程设计。这里要应用到C语言编程，在keil uVision5环境里运行。
C语言是最常用的编程语言，我们运用到单片机可以进行C语言的开发[10]。它有很多的优点：语言简单、灵活的表达、生成的代码质量高、可直接操控电脑硬件等。uVision5的开发过程如下：
首先要新建一个工程并命名，使它生成一个新的项目，选择芯片类型并对开发工具进行配置，做好必要的准备。
接着是通过汇编指令进行编程，从而编写好程序。
然后就是将编好的程序通过编译器进行编译成汇编语言，将它生成目标文件后去仿真，有错误就会反馈继续修改。
最后程序仿真后没问题，就可以下载到单片机，这样我们就可以在硬件上执行所设置的功能，如果出错，程序就不准确，就需要进行修改，直到运行成功。
4.2 主程序设计
主程序程序描述：
首先要对各存储单元进行初始化，给它们设定定时初值，紧接着判断清零键，看是否被按下，若按下，则清零，然后接着继续扫描键盘，如果扫描到键盘有键按下时，就要调用计数显示子程序，循环显示病床号时，要判断标志位是否为1，若为1，则表示已经按下，则不响应，如为0，就要调用循环显示病床号子程序，循环显示病床号，接着定时一秒。最后，清除定时一秒，准备下一次的定时

系统调试

5.1硬件的焊接
1.焊前准备
在进行焊接动工之前，必须要认认真真研究电路板装配图，根据图纸上所需要的元件，进行相关型号、规格和数量进行核查，各线路之间也要严格排查是否存在接触不良等问题。
2.焊接顺序
首先安装的是电阻，再者是电容器，接着是相关的二极管和三极管，最后是各大集成电路等，最后剩下的那些器件按照由小到大进行焊接安装。
3.对元器件焊接要求
（1）电容器焊接
一般对电容器焊接，一定要注意正负极，先找出正负极再进行焊接，因为正负极接反之后，容易出现短路，在安装的过程中，要先安装玻璃釉电容器、有机介质电容器、瓷介质电容器，最后装电解电容器。
（2）二极管的焊接
二极管的焊接，首先要明确阴阳极的方向，每个二极管上面都有标注，并且安装时候标注要朝外看得清楚。对于焊接时间主要是控制2S,这个是针对最短的引线来说的。
（3）三极管焊接
针对三极管的焊接，正常焊接过程中是需要引线的，引线需要用镊子夹住，这样防止烫伤。当需要大量散热的时候，就需要装散热片，那么接触面就需要平整光滑才能添加。当需要进行绝缘设置的时候，就需要添加绝缘薄膜。管脚一般是利用塑料导线与电路板连接在一起。
（4）集成电路
电路的形成主要是将各个部件焊接在电路板上，每个部件所在的位置，所需要的型号，引脚的位置都是尤为重要的[14]。首先要将两只引脚焊接稳定一边，然后再焊接另外一边，从左到右，从上到下顺序进行焊接操作。当出现参差不齐的引脚时候，就需要进行齐根剪。
（5）LCD12864使用注意事项：
1）要尽量减少对整个装置增加外力，否则部件容易受到损害导致屏幕不显示；
2）坚决不可以利用工具敲击显示屏，一旦显示屏出现裂痕，那么显示效果就会出现错乱；
3）当出现液晶显示屏爆裂并且掉落，要及时清理并不要直接用手接触，这样会影响身体健康。如果有接触到，要立即有酒精消毒，然后用清水清洗多次后用纸巾擦干；
4）对于液晶显示屏的清洗，一般都是利用棉花蘸少量石油苯轻微擦拭清楚表面的垃圾物。清洗一定要使用不可溶的洗剂，否则偏光片会受损；
5）液晶显示屏要原理静电地方，避免烧坏电路CMOS电路；
6）该显示屏不能放在高温或者湿度大的环境中，这样器件会容易受损，一般适用温度为0℃-35℃，湿度低于70%的环境中。
7）一般情况下，有太阳光照射的地方，显示屏都不能存放；
8）在使用过程中接通电源，那么相应其他模块不嫩动；
9）显示屏要有稳定的电压和电流，并且控制在一定的温度下，不然电路中的LCD模块将会被受损。