医院病房呼叫器的设计-绝对经典

1课程设计任务书课程名称电子线路课程设计课程设计题目医院病房呼叫器的设计课程设计的内容及要求：一、设计说明与技术指标1．用1~4个开关模拟4个病房的呼叫输入信号，1号优先级最高；1~4优先级依次降低；2．用数码管显示呼叫信号的号码；没信号呼叫时显示0；又多个信号呼叫时，显示优先级最高的呼叫号（其它呼叫号用指示灯显示）；3．凡有呼叫发出5秒的呼叫声；4．对低优先级的呼叫进行存储，处理完高优先级的呼叫，再进行低优先级呼叫的处理。二、设计要求1．在选择器件时，应考虑成本。2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。三、实验要求1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用multisim软件仿真。2．进行实验数据处理和分析。四、推荐参考资料1.童诗白，华成英主编．模拟电子技术基础．[M]北京：高等教育出版社，2006年2.阎石，数字电子技术（第五版）．[M]北京：高等教育出版社，2005.3.陈孝彬《555集成电路实用电路集》高等教育出版社2002-84.王刚《TTL集成电路应用》机械工业出版社2000-10五、按照要求撰写课程设计报告2成绩评定表：序号评定项目评分成绩1设计方案正确，具有可行性，创新性（15分）2设计结果可信（例如：系统分析、仿真结果）（15分）3态度认真，遵守纪律（15分）4设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（25分）5答辩（30分）总分最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字：年月日一、概述3本设计的主要目的是实现一个当医院病房发生紧急情况时，病房之中又有多个病人需要护理的一个优先级别的电路。用于医院病房需要呼叫具有优先级别的呼叫系统。当有病人进行呼叫时，系统会自动先处理具有优先级别的病房的编号，同时产生光信号和5秒钟的声音信号。使用该系统，不仅能够提高医生的工作效率，便于医生及时了解病人的实际状况，还能够让病人的需要及时得到满足。二、方案论证根据设计要求，将此设计分为几个模块来设计，分别为：指示灯显示模块，优先显示模块，报警模块。首先用四个开关来代替四个病房的呼叫按钮，四个二极管灯代表四个病房，当开关闭合后，对应的病房的灯发光，然后利用与非门74LS30的功能，当其输出为高电平时，就会使NE555芯片产生脉冲信号，然后使NE555芯片的out输出端产生高电平，促使报警器报警，根据NE555芯片的外接电阻和电容的大小，可调整报警器的报警时间。当开关断开时，即74LS30输出为低电平，所以NE555芯片没有被触发，其out输出端为低电平，报警器没有报警，也就是病房没有病人呼叫，一切正常。开关闭合后，将经过存储的信号送入优先编码器74HC148，根据优先编码器的优先选择功能选出优先级最高的呼叫信号，再通过译码器74LS48译码，最后通过数码管显示报警的病房，然后医生会及时的根据报警情况去查看病人。此方案的论证流程图如图2.1。图1病房呼叫系统电路的原理框图三、单元电路设计1、指示灯显示模块四个开关控制信号优先编码译码显示病房号选通电路五个病房报警4显示模块是该设计的一个关键步骤，它关系到当病人急需照料时，病人能够及时的按下呼叫开关，之后医生将对呼叫病人进行管理照顾。此功能的实现可用图3.1来实现，其中R3是一个并排电阻，用来保护四个二极管，当开关断开时为高电平，闭合后为低电平，由于二极管正极接高电平，负极为低电平，所以二极管将会发光，即有病人呼叫图2指示灯显示模块图2、优先显示模块此模块中的核心是74HC148和74Ls11芯片，其中74HC148为优先编码芯片，它能够依次选出优先级最高的数。出于设计考虑，优先级最高为1，依次到4。然后将优先级最高的信号传输到译码端，让译码器开始译码，然后将译码器翻译出来的信号输送到数码显示器，数码管上显示的号码即为优先级最高的病房呼叫号，然后医生根据数码管所提示的数字对病人的呼叫做出相应的处理。图3优先显示模块图此电路由模拟开关、优先编码器74HC148、译码器74LS48、非门74LS04和数码管等组成。模拟开关初始状态为全高电平；将模拟开关的所有输入端,EI接地；74HC148四个病房5的输出A0、A1、A2经74LS04非门和74LS11与门后分别接入译码器74LS48的A,B,C；D接高电平。译码器74LS48的输出端A---G对应接共阴数码管的a---g。非门74LS04当输入0时输出为1，优先编码器74LS148工作；当输入1时输出为0，优先编码器74HC148停止工作。非门74LS04逻辑表达式为Y=AB，功能如表所示：表1非门74LS04功能表输入输出ABY000010100111说明：高电平----1低电平----0利用优先编码器74HC148使电路实现1为最高优先级，依次到4。优先编码器74HC148的功能表如下表所示：表2优先编码器74LS148的功能表输入输出EI01234567A2A1A0GSE01XXXXXXXX11111011111111111010XXXXXXX0000100XXXXXX01001100XXXXX011010100XXXX0111011100XXX01111100100XX011111101100X01111111101000111111111110说明：高电平----1低电平----0任意-----X为了增加数码管的灵活性，同一规模的数码管被分为光阴极和共阳极数码管。其中半导体数码管不仅具有工作电压低、体积小、寿命长、可靠性高等特点、而且响应时间短，亮度比较高。常用的七段显示数码管是液晶显示器。液晶是一种既具有液体的流动性又具有光学特性的有机化合物，它的透明度和呈现的颜色受外加电场的控制，利用这一特性便可控制成字符显示器。6设计中用到了BCD七段输入数码管，用A1A2A3A4表示显示译码器的BCD代码，用Ya到Yg表示输出的七位二进制代码，并规定用1表示数码管中线段的点亮状态，0表示数码管的熄灭状态。3、呼叫模块将施密特触发器的反向输出端经RC积分电路接回到其输入端，就构成了脉冲启动型多谐振荡电路。电容C3的充电时间T1为：T1=（R1+R2)C3.Ln{(V1-V2)/(V1-V3)}=（R1+R2)C3.Ln2电容的放电时间为：T2=R2.C3Ln（V3/V2）=R2.C3Ln2故电路的振荡周期为：T=T1+T2=（R1+2R2)C3.Ln2一个振荡周期即为报警时间，所以可根据此公式调整参数R1、R2、C1的大小，求出所需的报警时间。图4呼叫模块图四、性能测试（1）如图所示：当开关全部断开时，则开关处为高电平，也即二极管的负极为高7电平，又因为二极管的正级为高电平，所以二极管截至，即二极管不会发光。芯片74LS30的输入为高电平，所以输出为低电平，NE555芯片没有产生脉冲信号，其out输出端输出低电平，所以报警器不会报警。此时优先编码器的输入端全为高点平，所以其输出A0A1A2全为高点平，然后译码器的ABC三个输入端为低电平，D管脚一直保持悬空，即为高电平，所以数码管的七段出来g段是低电平外，其余六段全为高点平，所以会发光，因此整个数码管显示的数是0，此时表示没有病房呼叫，且报警器不会报警。图5不报警状态图（2）如图所示：当闭合开关1和2时，此时开关1和2为低电平，开关3和4为高点平，所以二极管1和2的负极为低电平，正极为高电平，因此二极管1和2发光；而二极管3和4由于正负两极都是高电平，因此不会发光，从而与非门的输入端为低电8平，输出为高点平，所以NE555芯片产生脉冲信号，其out输出端输出高电平，因此报警器开始报警。此刻优先编码器的D5D6输入端为低电平，其余输入端全为高电平，由真值表可知优先编码器的输出端A0A1A2输出110，所以译码器的ABC三个输入端输入110，所以数码管的b段和c段为高电平，其余全为低电平，即代表此时有病人在呼叫，因为1的优先级高于2的优先级，在优先编码器的作用下，数码管显示优先级最高的数1，此时病房1和2发出呼叫声，并且报警器开始五秒的报警时间。图6优先级测试图（3）如图所示：当闭合开关2、3、4时，因为开关1没有闭合，所以2的优先级最高，数码管显示的数为为2。此时病房2、3、4发出呼叫声，并且报警器开始五秒的报警时间，1号病房正常。同理，在其他情况下，数码管显示优先级最高的，并且报警器开始报警。报警持续时间为5秒，如下图所示。9图7报警延迟时间图五、硬件检测结果经过两个星期的努力，根据自己设计的仿真图，然后连接成了自己的硬件实物电路图，下图图片是这次本人的硬件成果图。在图中我们能够看见四颗小灯正在发光，其中每颗灯代表每一个病房的呼叫，总共有四个病房，灯亮则代表对应的病房有病人在呼10叫，则该病房报警，所以该硬件电路实现了报警功能，但是该硬件也存在不足之处，根据此次仿真的原理图，按照优先级原则，优先级最高的应该在数码管上显示出来，但是该实物图并没有显示出优先级最高的数，之前认真检查过，然后也和大家一起讨论过，但依旧没有解决该问题，所以该硬件改进的空间还很大，要使硬件如仿真那样实现所有功能，还需下很大功夫来研究实物图。虽然硬件是在仿真图的基础上连接的，但就像老师之前说的那样，实现仿真容易，但是要使硬件做的相当成功，并不是一帆风顺的。例如，在此次连接实物图的过程中，产生了不少的问题，其中有把芯片的管脚看错了，结果导线连错了；面包板上的导线插得不是足够结实，产生了断路现象；某些元器件由于正负极接反了，导致器件被烧毁；还有在布线上做的不是那么好，导线交叉的太多，看起来不是太工整。有句话叫做“失之毫厘，谬以千里”，所以，不管我们做什么，努力必不可少，但是还得细心，不应粗心大意。六、结论本设计是为在病人紧急需要时能很快进行救治的呼叫系统，增强医护人员更好的监护病人。此系统的优点是可以设立呼叫优先等级而不是单纯的病人呼叫，这样避免在有多个病人呼叫时，医护人员不知道应该先救哪一个。利用本系统设立呼叫等级后，当有多个呼叫时，呼叫系统会显示优先级别最高的那个，使病情严重的病人优先得到救助，11这种由医院根据病人情况设立的具有呼叫等级的系统可有效控制因病人突发病情而医护人员未能及时救治导致病人病情严重甚至死亡的严重后果。同时这种病情严重者优先的呼叫系统也体现了人性的美德和医院救人的精神。但该设计也存在缺点，尤其是在布线方面有点复杂，布线过程中可能出现断路情况。所以可以改成无线发送，无线接收，这样处理后发生的故障状况大大降低。因此，为了克服以上不利因素，我觉得如果此课设题会有进一步研究的可能的话，可以向无线方面发展，避免布线的麻烦和断线的困扰，这样可以轻松解决布线的复杂和断线的困扰。当多个信号同时呼叫时，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清零后，低级别的呼叫信号能及时的由系统自动呼出，而不再需要人为的控制输出的问题始终没有能找出合适有效的方法。还有就是如何实现在医护人员处理完当前的呼叫病人后，系统对当前呼叫信号的清零以保证其他呼叫信号能及时的呼出以便医护人员能及时的对其他病人进行救治，从而避免因系统对病人呼叫信号的延迟导致病人不能及时接收护理而产生严重后果。经查阅资料后，对于这些问题，可以通过对锁存器的合理使用来一一解决。这也使我对学习的认识有了更多的了解，对理论联系实际有了更加深刻的体会。七、心得体会通过本次课设，不仅使我们之前学到的专业知识得到了加强与巩固，而且还教会了我们很多东西。首先在我们做一件事之前，应该去规划下我们要实现的目标，然后构想下实施的方案计划，然后一步步的去实践，在此过程中，并非都一帆风顺，会出现意想不到的结果，因此我们需要胆大而心细，戒骄戒躁。因此，只有一步一步踏实的走，才能够逐渐的接近目标。俗话说“独木难成林”，做事也是如此，人再怎么聪明厉害，也没有三头六臂，因此与别人合作就显得尤其重要。与别人合作不仅是在帮自己，而且还是在帮别人，何乐而不为呢？与人交流不仅能让自己的想法得到关注，而且能够拓宽自己的知识面，从别人那里获取更好的方法，而且还有利于我们交到更多的好