医院住院病人“呼喊”器的设计

医院住院病人“呼喊”器的设计

1.设计思路

1.1随着无线科技的发展和应用，医护呼叫系统可以摆脱线缆的束缚，实现即时通讯，移动接收呼叫信息。调频无线医院呼叫器是在调频无线技术基础上，结合了编码译码控制和计算机软件技术，根据医院的规模，内部业务流程和管理需求开发的全新呼叫系统。本系统采用低辐射，低功率，高无线接收灵敏度，零电磁干扰的FM无线编码技术，发射功率不足手机的1/10，完全满足医院的低无线电辐射要求。

1.2要实现该系统的功能，所需模块包括：呼叫模块，数码显示模块，5V直流稳压电源电路模块，蜂鸣器发声模块。住院病人可通过按动自己的床位按钮开关向医护人员发出“呼喊”信号一旦有病人发出“呼喊”信号，医护人员值班室设置的显示器即刻显示出该病人的床位编号，同时扬声器发出声响信号提示值班人员。

2.设计方案

2.1系统工作流程

用锁存器锁存，再用一个8线-3线优先编码器74LS148D对病房号编码，再用译码器74LS48D译出最高级的病房号。当有病房号呼叫时，通过译码器和逻辑门触发（由555构成的单稳触发器）从而控制蜂鸣器发出5秒钟的呼叫声。呼叫信号控制晶闸管从而控制病房报警灯的关亮。若有多个病房同时呼叫，待医护人员处置好最高级的病房后，由人工将系统复位（手动）。

2.2设计原理框图

数码管显示 呼叫信号 译码器 逻辑门电路 扬声器 手动复位

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图1 工作流程图 3.单元电路设计

3.1 呼叫模块

图2 5秒呼叫模块截图

（1）555定时器

555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，其电路原理图如图4。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。

图3 555定时器

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555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3

555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。 （2） 蜂鸣器

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。我们本次设计就是用这种设备来模拟，它的外形常见的有以下几种，如图5所示。一般呈圆柱状，下面两针长短不同，长的就为正极，短为负极，我们只要在正负极加上正向电压其便可以发出声响。

图4 常见蜂鸣器外形

（3）74LS20D

74LS20D是一个四输入一输出的与非门组合的芯片，逻辑功能是完成四个输入的逻辑与非计算功能，1、2、4、5脚输入，6脚输出，13、12、10、9脚输入，8脚输出，3、11两个脚空的，7脚接GND，14脚接Vcc，其引脚图管脚图如图6所示，74LS20D的输入输出逻辑表达式为Y=/ABCD。

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图5 74LS20D真值表和逻辑符号

3.2按钮开关电路

图6 按钮开关电路

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3.3 数码显示模块

图7 七段数字显示器显示数字

3.4优先显示模块

图8 优先显示模块截图

此电路由模拟开关、优先编码器74LS148D，74F02D、译码器74LS48D、数码管等组成。

(1) 74LS48D优先编码器

74LS48 为有内部上拉电阻的BCD－七段译码器/驱动器，共有54/7448、54/74LS48 两种线路结构型式。其逻辑图和功能表分别如图9和表1所示。

图9 74LS48逻辑图

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表1 74LS48功能表

(2) 74LS148

8 线－3 线优先编码器 简要说明：148为 8 线－3 线优先编码器，共有 54/74148 和 54/74LS148 两种线路结构型式，148 将 8 条数据线（0－7）进行 3 线(4-2-1)二进制（八进制）优先编 码，即对最高位数据线进行译码。其管脚图和功能表分别如10图和表2所示。

图10 74LS148管脚图

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表2 74LS148功能表

3.5所需5V直流稳压电源电路模块

图11 所需5V直流稳压电源电路模块截图

4.电路工作原理及参数计算 4.1 5秒呼叫模块

利用555集成时基电路组成脉冲启动型单稳态电路，产生定长时间的震荡信号驱动蜂鸣器呼叫。配以相应参数的阻容器件，可将振荡时间准确的控制在要求的5秒钟。此电路由74LS20D双4输入与非门、74F02D或门、555构成的单稳态触发器和蜂鸣器组成。开关初始状态为全低电平，将开关的所有输入端经与非门后接入555的触发输入端，再由555的输出端接蜂鸣器。当无病房呼叫时，模拟开关无低电平输入给逻辑门。由于由555构成的单稳态触发器是低电平触发，且无触发时输出低电平。所以此时蜂鸣器无声音。只要有病房呼叫时，555将接入低电平，触发器被触发，进入暂稳态状态中。其输出5秒的高电平，则蜂鸣器呼

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叫5秒钟。呼叫时间5秒即为单稳态的暂态时间。由555构成的单稳态的暂态（即输出高电平时间）公式算得：

Th=RCLn3 =454×103×10×10-6×1.1=5 s （ 这里取470k的标准电阻） 4.2 按钮开关电路模块

该电路总共采用8路，分别代表8个病床，如果想要扩展，可在该基础上进行扩展。此处为了便于设计，采用8路按钮开关。另外，该开关电路优先级是不同的，代表着病人的病危程度，以便及时抢救，即优先级由0~7逐级递减，0级为最高级，病人病情最严重，病房级别最高。也就是说如果某一高级病床呼叫，在报警期间，其他较低级开关无效。

4.3 数码显示模块

在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观地显示出来，一方面供人们直接读取测量和运算的结果；另一方 面用于监视数字系统的工作情况。因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。

数码显示器是用来显示数字、文字或符号的器件，现在已有多种不同类型的产品，广泛应用于各种数字设备中，目前数码显示器件正朝着小型、低功耗、平面化方向发展。

数码的显示方式一般有三种：第一种是字形重叠式，它是将不同字符的电极重叠起来，要显示某字符，只须使相应的电极发 亮即可，如辉光放电管、边光显示管等。第二种是分段式，数码是由分布在同一平面上若干段发光的笔划组成，如荧光数码管等。第三种是点阵式，它由一些按一定规律排列的可发光的点阵所组成，利用光点的不同组合便可显示不同的数码。数字显示方式目前以分段式应用最普遍，图5.3.6表示七段式数字显示器利用不同发光段组合方式，显示0～15等阿拉伯数字。在实际应用中，10～15并不采用，而是用2位数字显示器进行显示。其七段数字显示器发光组合图如下所示，它是通过译码器对其A.B.C.D.E.F.G段二极管的明暗进行控制，最后使得其显示出一定的数字模式，如图11所示。

4.4优先显示模块

本设计采用各个呼叫信号通过优先编码器进行采集输入信号并编码再通过锁存器进行锁存再送入译码器的方法 4.45V直流稳压电源电路模块

集成稳压器的典型应用电路如图12中电源部分所示，这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。IC采用集成稳压器7805，C1、C2分别为输入端和输出端滤波电容，RL为负载电阻。当输出电较大时，7805应配上散热板。另外，XSC1用来观察电源输出电压的波形是否稳定。

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5.整体电路图

U21 A V1220 Vrms 50 Hz 0° T142U1LM7805CTXSC1D1124 1B4B423C11mFC2100nFC3100µFR1560ΩR3510ΩR5510ΩR6R7510ΩR8R9510ΩR10510ΩLED1R2560Ω161312111091514VCCOAOBOCODOEOFOGR4510ΩU3ABCD~LT~RBI~BI/RBOGND71263548169761415VCCA0A1A2GSEOD0D1D2D3D4D5D6D7EIGND10111213123458510Ω510ΩR12R13560Ω560ΩR14560ΩR11560ΩR15560ΩU4R16560Ω74LS48D74LS148DU6A>=1U7A>=1U574F02D74F02DJ16ALED3按键 = 7 J1ALED4按键 = 6 J10ALED5按键 = 5 J11ALED6U9555_TIMER_RATEDVCCOUTRSTDISTHR按键 = 4 J12AR26470ΩU81AVCC1B2DNC2C1CNC11D2B1Y2AGND2YLED7按键 = 3 J13AU10SONALERT200 Hz GNDLED8U11A>=1TRICON74LS20DC410nF74F02DC510µF按键 = 2 J14ALED9按键 = 1 J15ALED10按键 = 0

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6.小结

通过本次课程设计，我综合运用相关课程中所学到的理论知识完成了‘医院住院病人呼喊器’这一设计课题；通过查阅手册和相关文献资料，培养了我们独立分析和解决问题的能力；进一步熟悉常用芯片和电子器件的类型及特性，并掌握合理选用器件的原则：学会电路的安装与调试；进一步熟悉电子仪器的正确使用；学会撰写课程设计的总结报告；培养了严肃认真的工作作风和严谨的科学态度。在设计初期我遇到了很多困难，感觉对课题无从下手，不知道从何开始，当我查阅

了大量资料和询问了老师同学后，才开始有些眉目。起初我不知道怎样区分病人的优先级；当多信号同时呼叫时，对较低等级的呼叫信号不知道怎么处理，才能保证当高级别的信号被清零后，低级别的信号能及时的由系统自动呼出等等。这些问题苦恼了我很长的时间，后来才在我翻阅相关书籍和浏览相关网站时找到了解决问题的办法，才知道这些问题的解决方法。这也使我对学习的认识有了更深入的了解，对理论联系实际有了更加深刻的体会。

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