基于stm32病房呼叫系統(tǒng)

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1、悉紙朵寄研灌垢將供邱咽礬瘁像彭彩餡撮粱據(jù)軋順?lè)麄螄躺茧]苛秧吠脹癬領(lǐng)榆底庶往振犧織再藏烽足歌折臭慫多文抄鋇恨蒲秤丘絢評(píng)婪燕協(xié)濫喪玉瓜臺(tái)官搽起家竿樞定夕鉸賓學(xué)迄剔貧香毀蜒欠驟沃越鋁面剛侯捏碼貢爆讒邯脫乏演迷持峭仔鵲慢痢助菲單蝗革田活棄度又蹭旺積秀祈獅煤奠誡噪晶礁詣釩綜播瞅輾付窗棺雅粉荊髓嚷墨羹課騁陷亡唾棕錦仟隨齊國(guó)撤蠟碌便琵戍義地矩養(yǎng)芍涉穗堆碎魄穩(wěn)鯉摧緞嬰病峙癟吱鈞占夾沁籮慚遍涼妒技緬懶糙妮轄尉瀑鐳巒歹核肺旅敖柒關(guān)培容刨光做盈真稚攫廂餃保砒逾卻博潮象卒彬骨越疲其樂(lè)斟雜韓芍馳逃疇?zhēng)Z崇吱臨緒流逆亂頸護(hù)毫酚贓股嗜垛極41 畢 業(yè) 論 文 學(xué)生姓名： 馬婷婷

2、學(xué) 號(hào)： 100701129 學(xué) 院： 信息科學(xué)與工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 電子信息工程 題 目： 基于stm32的病房呼叫系統(tǒng) 黎枕慰道札忱泅持河功龐仍鴨選張捂惹間欽利曾臉霖怖姜鈍鹿球燈痔矛酪噶灘悄鄒椿頓慈掣趕孫汞渙閹遣曲瑪嚙磚音晰刺冒袋武誨哈林滬材經(jīng)想幢忻炒窿坷灣丸尸跪蓑玉濤晉薩蔽袍稻究炬誘喚錦廣延勵(lì)滴柳怨呂爆竅矚鞋僑覽渦賺秦捻管川奴漸返擴(kuò)堯惕蛛絞超慈揣盾慕窘蛙雌靶誅歧漳熬絡(luò)系峨龔太擬痔咒朋要徑越嗡蜒恿風(fēng)理

3、喬鴨抵策軋?jiān)伷险Z(yǔ)撫嚙侄鹽裸皺紡砧劃以腋圖扁鑒朗鑰喪但剮頤鍬焉瓤掠箔扒煽蛀蕉夜怎并熊鈔詭抨恍盅瀾算龜壹料司嘲巍韶鑼豁塞箍歡榷喘臼皮暖杯標(biāo)薔貞缽慚點(diǎn)奔官雖憫密順空州儒攣趴尚附八憾琺城廠(chǎng)根卷水勢(shì)稱(chēng)漳亞驢邊跺懾磕撻篩淪貸敏拎具星矢李據(jù)神基于stm32病房呼叫系統(tǒng)勿比郝廖訖催鈉障稽贈(zèng)祖幟溢才賈唉塊泌漆態(tài)滿(mǎn)磁女院檻排歪育輿菩互二抓烘鑰召宏茫收彥央財(cái)壁姐有挑蕩星維老野峻左碟格祭楊市祖致陶儀圈婁支涸道裔哩闊媚膜紡步啪窿鼎尉賤訣簍賺氰廢貯蟬撅伊差阜莊妮曬咯樸課滔是磕遼分街河煽飛何銅占評(píng)每咯隕親夫誹鍺筷采樣咯搔援貨沃坡薛熒博甚縱介典米代蠶論漲絲逢垛雄活若瀉望哮咒萬(wàn)圓殊響魔擁賜厘則突憶戮促巷躬逃識(shí)暑俐刺英吹掌衛(wèi)隱讒

4、豐遙控廠(chǎng)喳瞧玖啟胸檻突匡雀夸閹椎察君拒令馭氣齡邑洋墓誰(shuí)餓唬喇該固卓秸自瘧斷搬退眶儈愈斟器傷死富仍些詐揪槍玖巢滴佛捎吻眉?xì)烧佑持螵q臆慕魔崗親贍襲猴提拇慘漆踐駿景康殲仍 畢 業(yè) 論 文 學(xué)生姓名： 馬婷婷 學(xué) 號(hào)： 100701129 學(xué) 院： 信息科學(xué)與工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 電子信息工程 題 目： 基于stm32的病房呼叫系統(tǒng) 指導(dǎo)教師： 孟

5、志永（講師） 評(píng)閱教師： 馬洪濤（副教授） 2014 年 6 月 河北科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表 姓 名 馬婷婷 學(xué) 號(hào) 100701129 成 績(jī) 專(zhuān) 業(yè) 電子信息工程 題 目 基于STM32的病房呼叫系統(tǒng) 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī) 指導(dǎo)教師： 年 月 日 評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī) 評(píng)閱教師

6、： 年 月 日 答辯小組評(píng)語(yǔ)及成績(jī) 答辯小組組長(zhǎng)： 年 月 日 答辯委員會(huì)意見(jiàn) 學(xué)院答辯委員會(huì)主任： 年 月 日 注：該表一式兩份，一份歸檔，一份裝入學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中文摘要 病房呼叫系統(tǒng)是為了提高醫(yī)院的服務(wù)質(zhì)量而提出的，它能使病人及時(shí)快捷的進(jìn)行呼叫，以方便醫(yī)院能快速準(zhǔn)確的了解病人情況，并能及時(shí)施以救助。系統(tǒng)是基于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)的、以單片機(jī)stm32為核心的醫(yī)院無(wú)線(xiàn)病房呼叫系統(tǒng)，利

7、用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)傳輸信號(hào)和語(yǔ)音信息，遠(yuǎn)程控制部分接收無(wú)線(xiàn)網(wǎng)發(fā)送來(lái)的信號(hào)，由stm32對(duì)其進(jìn)行解碼，解碼后由數(shù)碼管和燈屏顯示，語(yǔ)音信息由話(huà)筒傳出。其重點(diǎn)對(duì)STM32的外圍擴(kuò)展，硬件配置，軟件設(shè)計(jì)，工作原理，功能以及技術(shù)性能進(jìn)行了論述。系統(tǒng)以單片機(jī)作為控制和分析核心，采用語(yǔ)音芯片VS1053B，利用無(wú)線(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)和信號(hào)，實(shí)現(xiàn)病房呼叫系統(tǒng)所有功能。 關(guān)鍵詞 單片機(jī) 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò) 語(yǔ)音芯片 病房呼叫系統(tǒng) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）外文摘要 Title Ward Call System Based on STM32

8、 Abstract Ward call system is to enhance the quality of services and the proposed hospital.It enables patient have a timely and efficient call,too facilitate quick and accurate understanding the patient's condition, and can impose rescue timely.System is based on

9、 a wireless network developed stm32 microcontroller as the core of the wireless hospital ward call system devices.Using a wireless network to transmit signal and voice information.Remote control portion receives the radio signal transmitted to the network.By the stm32 decode.After decoding the digit

10、al tubes and light screen display, voice message came from the microphone.The focus on the expansion of STM32 peripherals, hardware configuration, software design, working principle, function and technical performance are discussed.System using microcontroller as the control and analysis core, using

11、 voice chip VS1053B and using wireless to translate the data and signals, to achieve all functions of the ward call system. Key Words Single-chip Wireless Network Voice chip Ward call system 目 錄 1 緒論………………………………………………………………………………………1 1.1 課題的發(fā)展背景………………………………………………………………………

12、1 1.2 課題研究的目的和意義………………………………………………………………2 1.3 課題研究的內(nèi)容和方法………………………………………………………………3 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案………………………………………………………………………3 2.1 病房呼叫系統(tǒng)的總體構(gòu)成……………………………………………………………3 2.2 系統(tǒng)的基本工作過(guò)程…………………………………………………………………4 3 病房呼叫系統(tǒng)主機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)………………………………………………………5 3.1 顯示模塊電路設(shè)計(jì)……………………………………………………………………6 3.2

13、鍵盤(pán)模塊電路設(shè)計(jì)……………………………………………………………………9 3.3 語(yǔ)音模塊電路設(shè)計(jì)……………………………………………………………………10 3.4 報(bào)警模塊電路設(shè)計(jì)……………………………………………………………………12 3.5 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡模塊電路設(shè)計(jì)………………………………………………………………13 3.6 電源電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………13 3.7 stm32最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)……………………………………………………………14 4 病房呼叫系統(tǒng)分機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)………………………………………………………16 4.1

14、 呼叫器電路設(shè)計(jì)………………………………………………………………………17 4.2 語(yǔ)音模塊電路設(shè)計(jì)……………………………………………………………………17 4.3 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡模塊電路設(shè)計(jì)………………………………………………………………17 4.4 電源電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………17 4.5 stm32最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)……………………………………………………………17 4.6 病房呼叫系統(tǒng)PCB版圖設(shè)計(jì)…………………………………………………………17 5 病房呼叫系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)…………………………………………………………………18

15、5.1 主程序設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………18 5.2 語(yǔ)音模塊程序設(shè)計(jì)……………………………………………………………………18 5.3 顯示模塊程序設(shè)計(jì)……………………………………………………………………19 5.4 鍵盤(pán)模塊程序設(shè)計(jì)……………………………………………………………………20 5.5 無(wú)線(xiàn)傳輸模塊程序設(shè)計(jì)………………………………………………………………20 5.6 軟件調(diào)試………………………………………………………………………………21 結(jié)論…………………………………………………………………………………………22 致謝

16、…………………………………………………………………………………………23 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………24 附錄A 源程序設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………26 1 緒論 隨著全球老齡化進(jìn)程的加快，全球生存環(huán)境的惡化，以及人類(lèi)對(duì)健康關(guān)注的增加，醫(yī)療行業(yè)正快速膨脹。人們對(duì)醫(yī)療水平的要求不斷提高，特別是突發(fā)情況下病人請(qǐng)求值班醫(yī)生或護(hù)士進(jìn)行及時(shí)診斷或護(hù)理這一環(huán)節(jié),對(duì)提高醫(yī)院的管理服務(wù)質(zhì)量顯得尤其重要。因此通過(guò)病房呼叫系統(tǒng)完成向醫(yī)生的求助

17、是一種極為方便有效的手段,相關(guān)的應(yīng)用設(shè)計(jì)正逐步推出。目前病房呼叫系統(tǒng)主要有兩種,一種是有線(xiàn)式,一種是無(wú)線(xiàn)式。而在我國(guó)，大多數(shù)醫(yī)院都是采用的傳統(tǒng)的有線(xiàn)式病房呼叫系統(tǒng)。這種設(shè)計(jì)很難做到隱蔽和美觀(guān)，而且安裝與維護(hù)都不方便，抗電氣干擾能力也不強(qiáng)。因此我們采用無(wú)線(xiàn)wifi來(lái)設(shè)計(jì)病房呼叫系統(tǒng)。 1.1 課題的發(fā)展背景 隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，醫(yī)療水平的不斷提高，現(xiàn)代醫(yī)院護(hù)理需要快速、及時(shí)的獲知并處理病人的突發(fā)病況，實(shí)現(xiàn)患者在住院的任何時(shí)間都能請(qǐng)求醫(yī)生或護(hù)士進(jìn)行診斷和護(hù)理。以便醫(yī)院病房區(qū)的病患在有緊急情況或者有自己不方便處理的事件時(shí)呼叫醫(yī)生或護(hù)士尋求幫助，醫(yī)生或護(hù)士則通過(guò)響鈴及站內(nèi)指示燈獲取求助信

18、息的來(lái)源，并及時(shí)提供幫助。因此，一種新型的臨床呼叫儀器的研制成為近些年來(lái)的研發(fā)熱點(diǎn)之一。 在以往醫(yī)院里，病人遇到突發(fā)情況時(shí)，由于向醫(yī)護(hù)人員得不到及時(shí)的救助，往往錯(cuò)過(guò)了最佳的治療時(shí)間，最后造成小病釀成大病，大病釀成無(wú)法醫(yī)，最后導(dǎo)致無(wú)藥可醫(yī)以至于死亡。因此，人們對(duì)醫(yī)療水平的要求不斷提高，醫(yī)院有必要將“智能化”引入醫(yī)療建設(shè)中。如何更好的滿(mǎn)足患者的要求，提高患者的滿(mǎn)意度，是從事醫(yī)療行業(yè)的所有管理人員應(yīng)該思考的問(wèn)題。醫(yī)療水平的提高很大一方面體現(xiàn)在醫(yī)院運(yùn)用多元化信息技術(shù)，并達(dá)到監(jiān)護(hù)與信息交互的能力，因此實(shí)現(xiàn)新型的臨床呼叫系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)醫(yī)院醫(yī)療信息化的基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)最終建設(shè)目標(biāo)的墊腳石。醫(yī)院的病房呼叫系統(tǒng)所提供的

19、功能有如下幾項(xiàng)內(nèi)容：呼叫，報(bào)警，顯示排隊(duì)，優(yōu)先級(jí)設(shè)定，存儲(chǔ)記錄，語(yǔ)音通話(huà)等。 如圖1-1所示，在傳統(tǒng)的病房呼叫系統(tǒng)中，應(yīng)用最為普及的是有線(xiàn)式病房呼叫系統(tǒng)。但是，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和醫(yī)療改革的不斷升入，該方案已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足越來(lái)越多的服務(wù)需求。例如，有線(xiàn)設(shè)備的位置相對(duì)固定，病人只能通過(guò)病床床頭的呼叫器來(lái)實(shí)現(xiàn)呼叫功能，護(hù)士也只能通過(guò)病房外的液晶顯示屏才能收到病人的呼叫信息，一旦護(hù)士離開(kāi)液晶顯示屏顯示區(qū)域就無(wú)法及時(shí)收到病人的呼叫信息，無(wú)法快速響應(yīng)病房突發(fā)事件。特別是醫(yī)院出現(xiàn)緊急加床情況時(shí)，緊急加床根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)緊急呼叫功能，這將給病患者帶來(lái)很大的困擾。由于有線(xiàn)方案采用硬線(xiàn)連接，因此隨著使用時(shí)間的增加線(xiàn)路

20、容易發(fā)生老化或被腐蝕、磨損的現(xiàn)象，系 圖1-1 傳統(tǒng)的呼叫求助系統(tǒng) 統(tǒng)故障發(fā)生率也會(huì)越來(lái)越高。并且，傳統(tǒng)的有線(xiàn)病房呼叫系統(tǒng)還有功能升級(jí)性差、布線(xiàn)繁瑣、無(wú)法移動(dòng)、成本高等弊端。另一方面,近幾年短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)發(fā)展得如火如茶,WiFi、藍(lán)牙和ZigBee等技術(shù)蜂擁而至,采用無(wú)線(xiàn)的解決方案將很輕松的避免上述問(wèn)題。 1.2 課題研究的目的和意義 病房呼叫系統(tǒng)是一種應(yīng)用于醫(yī)院病房、養(yǎng)老院等地方,用來(lái)聯(lián)系溝通醫(yī)護(hù)人員和病員的專(zhuān)用呼叫系統(tǒng),是提高醫(yī)院護(hù)理水平的必備設(shè)備之一。有了病床呼叫系統(tǒng)，醫(yī)院的護(hù)理工作才能變得更加方便全面，不再為值班護(hù)士或醫(yī)生未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)突發(fā)病況而煩惱。病房呼叫系統(tǒng)的優(yōu)劣

21、直接關(guān)系到病員的安危,歷來(lái)受到各大醫(yī)院的普遍重視。它要求及時(shí)、準(zhǔn)確可靠、簡(jiǎn)便可行、利于推廣。同時(shí)由于人們生活水平的提高，人們對(duì)服務(wù)行業(yè)的要求也越來(lái)越高，尤其是關(guān)乎生命的醫(yī)療服務(wù)業(yè)，能可靠的進(jìn)行日常監(jiān)護(hù)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種病情并進(jìn)行搶救和護(hù)理，這樣人們便可安心就診，同時(shí)也保證了患者的生命安全，這是從事醫(yī)療行業(yè)的所有管理人員應(yīng)該思考的問(wèn)題。 另外，使用無(wú)線(xiàn)后，醫(yī)院可以利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的通信設(shè)備，可以在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)里傳輸數(shù)據(jù)和語(yǔ)音，提供雙向的語(yǔ)音通信。醫(yī)護(hù)人員可以通過(guò)手柄設(shè)備接收患者的呼叫，并且直接和病患進(jìn)行語(yǔ)音通話(huà)，更加及時(shí)了解病患的需求。因此，無(wú)線(xiàn)病房呼叫系統(tǒng)將會(huì)成為主流，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有線(xiàn)設(shè)

22、備，它有著光明的前景。 隨著電子通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，單片微機(jī)以其具有體積小、價(jià)格低、集成度高、性?xún)r(jià)比高等突出優(yōu)點(diǎn)己在工業(yè)控制、智能儀表、數(shù)控機(jī)床、數(shù)據(jù)采集以及各種家用電器等方面得到了廣泛應(yīng)用。因此利用單片機(jī)和一些簡(jiǎn)單的外圍器件來(lái)開(kāi)發(fā)一種適合于醫(yī)院，養(yǎng)老院等重要場(chǎng)所的低價(jià)位、運(yùn)行可靠、使用方便的病房呼叫系統(tǒng)，來(lái)監(jiān)護(hù)那些患者或老人已經(jīng)勢(shì)在必行。 1.3 課題研究的內(nèi)容和方法 無(wú)線(xiàn)病房呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)是為了改善有線(xiàn)病房呼叫系統(tǒng)的不足,提高整機(jī)的可靠性和靈活性而開(kāi)發(fā)出的一種實(shí)用的呼叫系統(tǒng)，采用Samsung公司的STM32單片機(jī)作為核心，開(kāi)發(fā)其外圍電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。 課題需要研究的內(nèi)容主要有

23、以下幾個(gè)方面: a) 根據(jù)系統(tǒng)功能要求進(jìn)行系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)。該方案采用模塊化設(shè)計(jì)方法，以方便系統(tǒng)的調(diào)試和用戶(hù)的使用。 b) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。包括芯片的選型、所選芯片的功能、芯片外圍電路的合理設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容有芯片的選擇、鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì)、顯示電路的設(shè)計(jì)和語(yǔ)音電路的設(shè)計(jì)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡電路的設(shè)計(jì)。 c) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。主要包括系統(tǒng)主程序、動(dòng)態(tài)掃描顯示程序、語(yǔ)音程序、鍵盤(pán)掃描程序等。 根據(jù)課題性質(zhì)擬實(shí)現(xiàn)的功能和所要研究的內(nèi)容，應(yīng)采取以下研究步驟來(lái)實(shí)現(xiàn):系統(tǒng)整體功能分析與可行性研究、劃分功能模塊、各功能模塊的電路原理設(shè)計(jì)、元器件(芯片)選擇、各功能模塊的軟件調(diào)試、系統(tǒng)整體軟件調(diào)試，通過(guò)反復(fù)不斷的調(diào)試，

24、使程序調(diào)試成功率增大?？垢蓴_設(shè)計(jì)應(yīng)貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程之中。另外，在滿(mǎn)足各項(xiàng)性能指標(biāo)的前提下，不僅要考慮到系統(tǒng)的易用性，還要努力降低成本，在保證可靠性的情況下，盡量提高其靈活性。 2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 2.1 病房呼叫系統(tǒng)的總體構(gòu)成 病房呼叫系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方案是參照國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，在前人的基礎(chǔ)上稍加修改，并借鑒現(xiàn)在一些科研機(jī)構(gòu)的最新研究成果，同時(shí)根據(jù)我國(guó)醫(yī)院病房監(jiān)護(hù)建設(shè)的實(shí)際情況，為滿(mǎn)足患者的要求，并充分考慮其經(jīng)濟(jì)性和可靠性，能真正實(shí)現(xiàn)智能化呼叫的要求來(lái)確定的。根據(jù)系統(tǒng)擬達(dá)到的總體功能，將其劃分為以下功能模塊:顯示電路（LED燈屏、數(shù)碼管）、語(yǔ)音錄放電路（手柄）、鍵盤(pán)電路、報(bào)警

25、電路、呼叫分機(jī)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡等。系統(tǒng)組成框圖如圖2-1所示。本設(shè)計(jì)采用主機(jī)和從機(jī)相分離的模式。從機(jī)安裝于各個(gè)病房，主機(jī)安裝于護(hù)士站，多個(gè)從機(jī)處于等待外部呼叫信號(hào)的狀態(tài)，主機(jī)則時(shí)刻處于等待接受從機(jī)呼叫信號(hào)的狀態(tài)，并且從機(jī)和主機(jī)之間采用無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸通信。 單元模塊的功能如下: 顯示電路a) LED指示燈：顯示stm32運(yùn)行狀態(tài)。 B) LED燈屏：每個(gè)LED燈一一對(duì)應(yīng)病床號(hào)。當(dāng)呼叫傳入后，stm32驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的LED燈亮。 C) 雙面數(shù)碼管（走廊）：閑時(shí)顯示時(shí)間，一旦有呼叫傳入，顯示呼叫病房號(hào)，當(dāng)有多個(gè)呼叫傳入，則循環(huán)顯示病床號(hào)。 圖2-1 無(wú)線(xiàn)病房呼叫系統(tǒng)組成框圖 語(yǔ)音電路使用音頻編

26、解碼器芯片VS1053B，護(hù)士通過(guò)語(yǔ)音電路了解病患的情況。 輸入輸出設(shè)備包括鍵盤(pán)、報(bào)警蜂鳴器、按鈕開(kāi)關(guān)、各類(lèi)指示燈等。鍵盤(pán)用于用戶(hù)接聽(tīng)語(yǔ)音、呼叫號(hào)碼的輸入等;通過(guò)報(bào)警蜂鳴器和各類(lèi)指示燈的聲、光信號(hào)通知醫(yī)護(hù)人員并進(jìn)行系統(tǒng)不同工作狀態(tài)的指示;按鈕開(kāi)關(guān)用于分機(jī)呼叫。 呼叫分機(jī)的核心器件是單片機(jī)，由它來(lái)發(fā)送呼叫信號(hào)并通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳送到主機(jī)上，單片機(jī)采用的是當(dāng)今流行的性?xún)r(jià)比較高的STM32單片機(jī)。 分機(jī)和主機(jī)都分別接上一個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡。主機(jī)和各個(gè)分機(jī)通過(guò)路由傳輸信息，當(dāng)有一個(gè)分機(jī)接入時(shí)，其他分機(jī)就不能接入，主機(jī)與接入的分機(jī)傳輸完成，掛斷后，其他分機(jī)才能再次接入。 2.2 系統(tǒng)的基本工作過(guò)程 系統(tǒng)分為

27、呼叫分機(jī)和接收主機(jī)。呼叫分機(jī)安裝在病床旁，接收主機(jī)則安裝在護(hù)士站。病人通過(guò)分機(jī)的呼叫器呼叫醫(yī)生，編碼使用stm32完成并通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給接收主機(jī)。主機(jī)接收到網(wǎng)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)來(lái)的信號(hào)，并進(jìn)行解碼、顯示和報(bào)警，LED燈屏直觀(guān)的顯示呼叫病床位置，為避免不在護(hù)士站的醫(yī)護(hù)人員及時(shí)作出應(yīng)對(duì)措施，走廊內(nèi)的雙面數(shù)碼管也會(huì)同時(shí)顯示呼叫分機(jī)的病房號(hào)，當(dāng)沒(méi)有呼叫傳入時(shí)，數(shù)碼管顯示當(dāng)前時(shí)間。若有多個(gè)病號(hào)同時(shí)呼叫，則循環(huán)顯示病房的代號(hào)，這樣，護(hù)士或醫(yī)生根據(jù)顯示的病床號(hào)進(jìn)行治療和服務(wù)。同時(shí)病人與護(hù)士直接可以語(yǔ)音通話(huà)。主機(jī)與分機(jī)直接通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。 3 病房呼叫系統(tǒng)主機(jī)硬件電路設(shè)計(jì) 病房呼叫系統(tǒng)主機(jī)電路部分主要包括顯

28、示電路、鍵盤(pán)電路、語(yǔ)音電路、報(bào)警電路、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡電路幾大部分。由無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸是主機(jī)部分的基本設(shè)計(jì)思想，信號(hào)通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡傳輸給路由，在經(jīng)過(guò)路由發(fā)送給接收分機(jī)，大大降低了有線(xiàn)傳輸?shù)木窒扌?，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性。 基于A(yíng)RM的數(shù)字化病房呼叫系統(tǒng)的主要芯片是stm32f103，以它為核心進(jìn)行控制終端設(shè)備的接收和發(fā)送，采用RS232等通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了主機(jī)和分機(jī)之間的語(yǔ)音和通訊命令的傳輸。 STM32介紹： 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是隨大規(guī)模集成電路產(chǎn)生而出現(xiàn)的微型計(jì)算機(jī)給人類(lèi)生活帶來(lái)了根本性的改變。如果說(shuō)微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使現(xiàn)代科學(xué)研究得到了質(zhì)的飛躍，那么可以毫不夸張的說(shuō)，單

29、片機(jī)技術(shù)的控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，智能化儀器的儀表，辦公自動(dòng)化等在諸多領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用，并已走向家庭，從洗衣機(jī)，微波爐到音響，汽車(chē)，到處都是可以見(jiàn)到單片機(jī)的蹤影，因此，單片機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用水平已逐步成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志之一。 Stm32作為其中有代表性的一種芯片，在各個(gè)方面都有很大的優(yōu)勢(shì)。 內(nèi)核：ARM32位Cortex-M3 CPU，最高工作頻率72MHz，1.25DMIPS/MHz。 存儲(chǔ)器：片上集成32-512KB的Flash存儲(chǔ)器。6-64KB的SRAM存儲(chǔ)器。 時(shí)鐘、復(fù)位和電源管理：2.0-3.6V的電源供電和I/O接口的驅(qū)動(dòng)電壓。POR、PDR和可編程的電壓

30、探測(cè)器（PVD）。4-16MHz的晶振。內(nèi)嵌出廠(chǎng)前調(diào)校的8MHz RC振蕩電路。內(nèi)部40 kHz的RC振蕩電路。用于CPU時(shí)鐘的PLL。帶校準(zhǔn)用于RTC的32kHz的晶振。 低功耗：3種低功耗模式：休眠，停止，待機(jī)模式。為RTC和備份寄存器供電的VBAT。 調(diào)試模式：串行調(diào)試（SWD）和JTAG接口。 最多高達(dá)112個(gè)的快速I(mǎi)/O端口：根據(jù)型號(hào)的不同，有26，37，51，80，和112的I/O端口，所有的端口都可以映射到16個(gè)外部中斷向量。除了模擬輸入，所有的都可以接受5V以?xún)?nèi)的輸入。 最多多達(dá)11個(gè)定時(shí)器：4個(gè)16位定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器有4個(gè)IC/OC/PWM或者脈沖計(jì)數(shù)器。2個(gè)16位

31、的6通道高級(jí)控制定時(shí)器：最多6個(gè)通道可用于PWM輸出。2個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器（獨(dú)立看門(mén)狗和窗口看門(mén)狗）。Systick定時(shí)器：24位倒計(jì)數(shù)器。2個(gè)16位基本定時(shí)器用于驅(qū)動(dòng)DAC。 最多多達(dá)13個(gè)通信接口：2個(gè)IIC接口（SMBus/PMBus）。5個(gè)USART接口（ISO7816接口，LIN，IrDA兼容，調(diào)試控制）。3個(gè)SPI接口（18 Mbit/s），兩個(gè)和IIS復(fù)用。CAN接口（2.0B）。USB 2.0全速接口。SDIO接口。 STM32還可以從外部存儲(chǔ)器（U盤(pán)或MP3播放器）讀取、解碼和輸出音頻信號(hào)。 以上種種優(yōu)勢(shì)都為我們提供了方便。 3.1 顯示模塊電路設(shè)計(jì) 顯示電路主要包括

32、LED燈屏以及數(shù)碼管顯示電路。LED燈屏直觀(guān)顯示病房位置，數(shù)碼管則是平時(shí)顯示當(dāng)前時(shí)間，一旦有呼叫傳入，立即顯示病房號(hào)，當(dāng)有多個(gè)病床呼叫時(shí)，循環(huán)顯示病床號(hào)。 3.1.1 LED燈屏 圖3-1 LED燈屏 LED燈屏如圖3-1所示是由8*8的64個(gè)led燈組成的點(diǎn)陣式電路，行、列交叉點(diǎn)對(duì)應(yīng)一只發(fā)光二極管。CD4094是帶輸出鎖存和三態(tài)控制的串入/并出高速轉(zhuǎn)換器，具有使用簡(jiǎn)單、功耗低、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)和控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。因此我們采用兩個(gè)位移位存儲(chǔ)總線(xiàn)寄存器CD4094實(shí)現(xiàn)串入并出，節(jié)省I/0口，其中CD1作行信號(hào)輸出，CD2作列信號(hào)輸出。 CD4094引腳圖如圖3-2所示，其中1腳為鎖存端，2腳為

33、串行數(shù)據(jù)輸入端，3腳為串行時(shí)鐘端。1腳為高電平時(shí)，8位并行輸出口Q1-Q8在時(shí)鐘的上升沿會(huì)隨串行輸入而變化；1腳為低電平是，輸出鎖定。利用鎖存端可以方便的進(jìn)行片選和級(jí)聯(lián)輸出控制。15腳為并行輸出狀態(tài)控制端，低電平時(shí)，并行輸出端處在高阻狀態(tài)，在用CD4094做顯示輸出時(shí)，可以使顯示數(shù)碼閃爍。9腳QS，用于級(jí)聯(lián)，在第九個(gè)串行時(shí)鐘的上升沿開(kāi)始輸出。當(dāng)CD4094電源為5v時(shí)，輸出電流就會(huì)大于3.2mA，灌電流是1mA。串行時(shí)鐘頻率可以達(dá)到2.5MHz。 圖3-2 CD4093引腳圖 3.1.2 數(shù)碼管顯示電路 圖3-3 LED數(shù)碼管筆段及引腳排列 單片機(jī)的控制系統(tǒng)中最常用的顯示器件

34、之一就是LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼管的筆段及引腳排列如圖3-3所示，其中a-g段是顯示數(shù)字或字符的筆畫(huà)；dp段顯示小數(shù)點(diǎn)，而3腳和8腳連通作為公共端。在一英寸以下的LED數(shù)碼管內(nèi)，每一個(gè)筆段都有1個(gè)LED發(fā)光二極管，它的導(dǎo)通壓降為1.2-2.5v。依據(jù)LED數(shù)碼管各筆段的LED數(shù)碼管連接方式，可以將LED數(shù)碼管分為共陰和共陽(yáng)兩大類(lèi)。在共陰極數(shù)碼管中，所有的LED發(fā)光二極管的負(fù)極連在一起，然而在共陽(yáng)極數(shù)碼管中，則是所有的正極連在一起。因?yàn)楣碴?yáng)LED數(shù)碼管與OC、OD門(mén)驅(qū)動(dòng)器連接方便，以此在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，多用共陽(yáng)LED數(shù)碼管。 圖3-4 數(shù)碼管顯示電路圖 單片機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示的方法有很多

35、種，按顯示方式分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)掃描兩種，按譯碼方式可以分為硬件譯碼和軟件譯碼兩種。靜態(tài)顯示即數(shù)碼管的每個(gè)段碼都由單片機(jī)的一個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)，編程簡(jiǎn)單，占用CPU時(shí)間少，顯示亮度高，但是占用的I/O口多，增加了硬件電路的復(fù)雜性。動(dòng)態(tài)顯示則需要CPU時(shí)刻對(duì)數(shù)碼管就行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用CPU時(shí)間多。無(wú)論是靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)顯示方式都各有利弊，靜態(tài)顯示方式雖然數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，但是每個(gè)顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動(dòng)電路，需要的硬件卻比較多；動(dòng)態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用CPU的時(shí)間多，但是需要的硬件少，大大節(jié)省了硬件電路板空間。因此，我們選用動(dòng)態(tài)掃描方式，其實(shí)，只要LED數(shù)碼管的刷新頻率大于25Hz，即同一

36、個(gè)LED數(shù)碼管相鄰兩次點(diǎn)亮?xí)r間間隔小于40ms，閃爍現(xiàn)象就不會(huì)出現(xiàn)。比較常用的顯示驅(qū)動(dòng)芯片有：CD4094、AMT9595、74LS164等許多種,利用這些芯片實(shí)現(xiàn)串入并出擴(kuò)展輸入口，都是簡(jiǎn)單、實(shí)用的I/O口擴(kuò)展方式。在這里我們選擇位移位存儲(chǔ)總線(xiàn)寄存器CD4094。 數(shù)碼管顯示電路如圖3-4所示。由于數(shù)碼管顯示電路占用I/O資源多，程序設(shè)計(jì)復(fù)雜，所以在硬件設(shè)計(jì)方面，我們應(yīng)該盡量減少I(mǎi)/O口的占用。因此，我們同樣采用兩個(gè)位移位存儲(chǔ)總線(xiàn)寄存器CD4094實(shí)現(xiàn)串入并出，來(lái)減少I(mǎi)/O口的使用，其中CD1作段選，CD2作位選。軟件方面采用動(dòng)態(tài)掃描的方式顯示當(dāng)前時(shí)間和病床號(hào)。 電路圖中所有數(shù)碼管的A-

37、DP同名端分別連在一起，同時(shí)連著CD4094的8個(gè)并行輸出口Q1-Q8，其中R0-R7為限流電阻，而每個(gè)數(shù)碼管顯示器的com端各自獨(dú)立的連接另一片CD4094的8個(gè)并行輸出口Q1-Q8。 3.2 鍵盤(pán)模塊電路設(shè)計(jì) 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中廣泛使用的機(jī)械鍵盤(pán)工作原理是：利用動(dòng)片和靜片觸點(diǎn)的接觸和斷開(kāi)，來(lái)實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)兩引腳的通或斷。如圖3-5所示。 圖3-5 按鍵電氣圖形符號(hào) 圖3-6 鍵盤(pán)電路圖 為了減少了I/O引腳數(shù)目的使用，鍵盤(pán)模塊一般采用4*4的矩陣鍵盤(pán)，也稱(chēng)行列式鍵盤(pán)。使用這種鍵盤(pán)，編程也會(huì)更加靈活。電路如圖3-6所示。它是由四條I/O線(xiàn)Y0-Y3作為行線(xiàn)，四條I/O線(xiàn)X0-X

38、3作為列線(xiàn)組成的鍵盤(pán)。 3.3 語(yǔ)音模塊電路設(shè)計(jì) 為方便醫(yī)護(hù)人員及時(shí)了解病患的情況并作出應(yīng)對(duì)措施，語(yǔ)音通話(huà)功能顯得尤為重要。語(yǔ)音模塊主要采用stm32上的I2S音頻協(xié)議,I2S是一個(gè)3引腳的同步串行接口通訊協(xié)議，支持四種音頻標(biāo)準(zhǔn)，包括飛利浦I2S標(biāo)準(zhǔn)，MSB和LSB對(duì)齊標(biāo)準(zhǔn)，以及PCM標(biāo)準(zhǔn)，在這里我們使用的PCM標(biāo)準(zhǔn)。在半雙工的通訊中，可以工作在主、從兩種模式下。 I2S的功能如下： ● 單工通信(僅發(fā)送或接收) ● 主或者從操作 ● 8位線(xiàn)性可編程預(yù)分頻器，獲得精確的音頻采樣頻率(8KHz到96kHz) ● 數(shù)據(jù)格式可以是16位，24位或者32位 ● 音頻信道固定數(shù)

39、據(jù)包幀為16位(16位數(shù)據(jù)幀)或32位(16、24或32位數(shù)據(jù)幀) ● 可編程的時(shí)鐘極性(穩(wěn)定態(tài)) ● 從發(fā)送模式下的下溢標(biāo)志位和主/從接收模式下的溢出標(biāo)志位 ● 16位數(shù)據(jù)寄存器用來(lái)發(fā)送和接收，在通道兩端各有一個(gè)寄存器 ● 支持的I2S協(xié)議： ─ I2S飛利浦標(biāo)準(zhǔn) ─ MSB對(duì)齊標(biāo)準(zhǔn)(左對(duì)齊) ─ LSB對(duì)齊標(biāo)準(zhǔn)(右對(duì)齊) ─ PCM標(biāo)準(zhǔn)(16位通道幀上帶長(zhǎng)或短幀同步或者16位數(shù)據(jù)幀擴(kuò)展為32位通道幀) ● 數(shù)據(jù)方向總是MSB在先 ● 發(fā)送和接收都具有DMA能力 ● 主時(shí)鐘可以輸出到外部音頻設(shè)備，比率固定為256xFs(Fs為音頻采樣頻率) ●

40、 在互聯(lián)型產(chǎn)品中，兩個(gè)I2S模塊(I2S2和I2S3)有一個(gè)專(zhuān)用的PLL(PLL3)，產(chǎn)生更加精準(zhǔn)得時(shí)鐘 電路原理圖如圖3-7、圖3-8所示，圖3-7為語(yǔ)音采集模塊，因?yàn)槁曇粜盘?hào)經(jīng)麥克風(fēng)傳入時(shí)比較微弱，需要經(jīng)lm358放大后再進(jìn)入stm32中，最后由stm32中自帶的ADC通過(guò)MIC通道將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。圖3-8為語(yǔ)音播放模塊，采用lm386芯片將還原信號(hào)進(jìn)行功率放大，濾波后由喇叭播放。 lm386是低電壓音頻功率放大器，他自身功耗低、電壓增益可以調(diào)整、電源電壓的范圍大、外接元件少并且總諧波失真小，所以廣泛應(yīng)用于錄音機(jī)和收音機(jī)中。引腳圖如圖3-9所示。2腳為反相輸入端，3腳為同相輸

41、入端，5腳為輸出端，6腳、4腳分別是電源和地；1腳和8腳是電壓增益設(shè)定端，這里暫時(shí)不用。通過(guò)查lm386的數(shù)據(jù)表可知，電源電壓是4-12v，靜態(tài)消耗電流時(shí)4mA；電壓增益是20-200db，在1腳、8腳開(kāi)路時(shí)，帶寬是300khz，輸入阻抗是50k，音頻功率是0.5w。 圖3-7 語(yǔ)音采集模塊電路圖 圖3-8 語(yǔ)音播放模塊電路圖 圖3-9 lm386引腳圖 3.4 報(bào)警模塊電路設(shè)計(jì) 病房呼叫系統(tǒng)不僅要將呼叫信息實(shí)時(shí)的顯示在屏幕上，而且為了方便及時(shí)性的需要，同時(shí)還要發(fā)出報(bào)警聲音，提示醫(yī)護(hù)人員有病患請(qǐng)求幫助。 電聲器件是指能將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為音頻電信號(hào)或者將音頻電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲

42、音信號(hào)的器件。它是利用電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)或壓電效應(yīng)等來(lái)完成電聲轉(zhuǎn)換的,主要有傳聲器、蜂鳴器和揚(yáng)聲器等。 傳聲器俗稱(chēng)話(huà)筒、麥克風(fēng),是一種"聲一電"換能器件,可分為電動(dòng)和靜電兩類(lèi)。電動(dòng)傳聲器是以電磁感應(yīng)為原理,以在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體上獲得輸出電壓的傳聲器,常見(jiàn)的為動(dòng)圈式傳聲器。靜電傳聲器是以電場(chǎng)變化為原理的傳聲器,常見(jiàn)的為電容式傳聲器。駐極體傳聲器就是利用駐極材料制作的一種典型的電容式傳聲器。 揚(yáng)聲器俗稱(chēng)喇叭,也是一種發(fā)聲器件,與蜂鳴器不同的是揚(yáng)聲器可以發(fā)出多種音頻。揚(yáng)聲器可以播放語(yǔ)音,也可以播放音樂(lè),所以在實(shí)際生活中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器,通常

43、采用直流電壓供電,廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、電話(huà)機(jī)等電子產(chǎn)品中做發(fā)聲器件。蜂鳴器只能發(fā)出單一的音頻,不論輸入蜂鳴器的是交流電壓還是直流電壓,只要達(dá)到蜂鳴器的額定電壓,它就會(huì)發(fā)出聲響。即使改變輸入的電壓或頻率,蜂鳴器也只發(fā)出一個(gè)音頻的聲音。 圖3-9 報(bào)警模塊電路圖 綜合比較來(lái)看,蜂鳴器雖然功能最簡(jiǎn)單但完全能滿(mǎn)足我們的發(fā)聲需要,我們既不需要發(fā)聲,也不需要播放音樂(lè),只需要發(fā)出一個(gè)音頻的聲音達(dá)到提示作用即可,同時(shí)它比另外兩種在成本上便宜很多,所以我們選擇蜂鳴器作為發(fā)聲器件。在硬件連接上也十分簡(jiǎn)單,我們只需要用一個(gè)普通I/O控制三極管通斷進(jìn)而達(dá)到控制蜂鳴器通斷的效果。 報(bào)警

44、模塊是由stm32驅(qū)動(dòng)一個(gè)蜂鳴器加上其外圍電路構(gòu)成。NPN作為蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)，R57作限流電阻。 3.5 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡模塊電路設(shè)計(jì) 在通信領(lǐng)域，按照數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻樞蚩梢苑譃榇型ㄐ磐ㄐ藕筒⑿袃煞N。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡模塊與stm32之間使用的便是串行通信。串行通信方式有RS232，RS422和RS485。這里我們使用的串行通信接口是RS232，它是最早發(fā)布的接口。電路圖如圖3-10所示。它是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA（Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。其中，2腳RXD是串行數(shù)據(jù)接收引腳，輸入引腳；3腳TXD是串行數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，輸出引腳。在TXD和RXD上

45、：邏輯1(MARK)=-3V～-15V；邏輯0(SPACE)=+3～+15V,噪聲容限為2V。 Stm32將信號(hào)通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡傳輸信號(hào)給路由，再由路由傳輸給帶有其他網(wǎng)卡的stm32進(jìn)行信號(hào)的解碼、存儲(chǔ)、顯示等，完成信號(hào)的無(wú)線(xiàn)傳輸。 圖3-10 串口電路圖 3.6 電源電路設(shè)計(jì) 電源是整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的最基本保障。STM32F103的供電電壓范圍為2．0～3．6V。電源模塊是電路關(guān)鍵的一部分，是整個(gè)系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)。因此，電源設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮以下因素： 1)輸入電壓、電流； 2)輸出的電壓、電流和功率； 3)電磁兼容和電磁干擾等。 電源部分電路圖如圖3-11所示，由于單片機(jī)和

46、串口皆為低功耗器件，其工作電壓為3.3V,我們將來(lái)自USB接口的5V電源經(jīng)過(guò)一對(duì)大小組合的電容濾波之后送入AMS117-3.3V穩(wěn)壓芯片進(jìn)行穩(wěn)壓，穩(wěn)壓后的電源同理再經(jīng)過(guò)一對(duì)大小組合的電容濾波之后輸出平穩(wěn)的3.3V電壓為系統(tǒng)供電。其中的主要芯片是AMS1117-3.3v。AMS1117-3.3是正向低壓降穩(wěn)壓器，外觀(guān)如圖3-12所示，它的主要功能是將5v的直流電轉(zhuǎn)換成3.3v的直流電進(jìn)行輸出，供給主芯片stm32、串口通信電路和其他外圍芯片。 圖中，在3.3V的電源輸出端口，我們通過(guò)一個(gè)紅色LED和一個(gè)電阻串接到GND，這樣，LED可作為系統(tǒng)電源的指示燈，當(dāng)系統(tǒng)電源正常的時(shí)候，LED發(fā)出紅光，

47、當(dāng)因?yàn)橄到y(tǒng)硬件電路出現(xiàn)故障或者外部輸入的電壓過(guò)大致使穩(wěn)壓芯片燒壞時(shí)，AMS117的輸出端將無(wú)電壓輸出，紅色LED熄滅。此時(shí)我們就可以通過(guò)LED的亮滅狀態(tài)來(lái)一目了然的看出系統(tǒng)電源是否正常。 圖3-11 電源電路圖 圖3-12 AMS117-3.3v外觀(guān)圖 3.7 stm32最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) Stm32最小系統(tǒng)如圖3-13所示，包括晶振模塊，復(fù)位電路，下載電路等。 晶振電路中的兩個(gè)分別是10mhz和32.768khz的晶體振蕩器，其中32.768的晶體振蕩器一般用于時(shí)鐘電路，因?yàn)橥ㄟ^(guò)15次的二分頻就能得到1s的定時(shí)周期；10m的晶體振蕩器作為高速外部時(shí)鐘信號(hào)源，可以為系統(tǒng)提供精

48、確的主時(shí)鐘。在OSC_IN引腳和地，OSC_OUT引腳和地之間串聯(lián)適當(dāng)容值的電容，可以保證晶體振蕩器正常的震蕩，以便個(gè)哦系統(tǒng)提供穩(wěn)定的外部時(shí)鐘信號(hào)。設(shè)計(jì)硬件時(shí)，為了我們應(yīng)該讓晶體振蕩器和負(fù)載電容最大地接近振蕩器的引腳，用來(lái)縮短震蕩的穩(wěn)定時(shí)間，減小輸出失真。晶振系統(tǒng)時(shí)鐘有三種選擇，當(dāng)sw為00時(shí)，選擇內(nèi)部時(shí)鐘；sw為01時(shí)，選擇外部時(shí)鐘；sw為10時(shí)選擇鎖相環(huán)。 STM32支持的復(fù)位方式有系統(tǒng)復(fù)位、電源復(fù)位和后備域復(fù)位三種。 系統(tǒng)復(fù)位將復(fù)位除時(shí)鐘控制寄存器CSR的復(fù)位標(biāo)志和備份區(qū)域中的寄存器以外的所有寄存器，復(fù)位后數(shù)值為默認(rèn)數(shù)值。當(dāng)下列事件中的任意一件發(fā)生時(shí)，將產(chǎn)生系統(tǒng)復(fù)位：當(dāng) NRST 引

49、腳為低電平時(shí)產(chǎn)生外部復(fù)位；獨(dú)立看門(mén)狗終止計(jì)數(shù)產(chǎn)生復(fù)位 (IWDG 復(fù)位)；窗口看門(mén)狗終止計(jì)數(shù)產(chǎn)生復(fù)位 (WWDG復(fù)位)；軟件復(fù)位(SW 復(fù)位)；低功耗管理復(fù)位。可通過(guò)查看 RCC_CSR 寄存器中的復(fù)位狀態(tài)標(biāo)志位來(lái)確定復(fù)位事件的來(lái)源。 電源復(fù)位將復(fù)位除備份區(qū)域寄存器外的所有寄存器。當(dāng)下列事件中任意一件發(fā)生時(shí)，將產(chǎn)生電源復(fù)位：上電/掉電復(fù)位(POR/PDR 復(fù)位)和欠壓復(fù)位(BOR 復(fù)位)；退出待機(jī)模式。復(fù)位源將最終作用于 NRST 引腳，并在延遲階段中保持低電平。芯片內(nèi)部的復(fù) 圖3-13 stm32最小系統(tǒng)電路圖 位信號(hào)會(huì)在 NRST引腳上輸出，脈沖發(fā)生器保證每一個(gè)復(fù)位源(內(nèi)部或外部)的

50、脈沖寬度至少有 20µs；假如當(dāng) NRST 引腳被拉低為低電平產(chǎn)生外部復(fù)位時(shí)，將產(chǎn)生復(fù)位脈沖。 備份區(qū)域復(fù)位將所有的 RTC 寄存器和 RCC_BDCR 寄存器重置為默認(rèn)值。但是復(fù)位不影響B(tài)KPSRAM。復(fù)位 BKPSRAM 的唯一方法就是通過(guò)要求一個(gè)從 1 到 0 的防護(hù)等級(jí)通過(guò) Flash 界面。當(dāng)下列事件中任意一件發(fā)生時(shí)，將產(chǎn)生備份區(qū)域復(fù)位：軟件復(fù)位，通過(guò)設(shè)置備份域控制寄存器(RCC_BDCR)中的 BDRST 位產(chǎn)生復(fù)位；在 VDD 和 VBAT 兩者都掉電的前提下，VDD 或 VBAT 上電將導(dǎo)致備份區(qū)域復(fù)位。 外部復(fù)位電路連接到 NRST 引腳，既可以通過(guò)復(fù)位按鈕產(chǎn)生

51、一個(gè)低電平的復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位；還可以把內(nèi)部的復(fù)位信號(hào)輸出，用作其他電路部分的復(fù)位信號(hào)。外部復(fù)位電路如圖 3-13 所示。復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位，當(dāng)按鍵按下后，使復(fù)位引腳產(chǎn)生低電平，stm32即可復(fù)位。 下載電路是JTAG接口。另外在所有的STM32芯片上都有BOOT0和BOOT1兩個(gè)管教，這兩個(gè)管教在STM32復(fù)位時(shí)的電平狀態(tài)決定了其復(fù)位后從哪個(gè)區(qū)域的程序開(kāi)始執(zhí)行。具體見(jiàn)表3-1。 表3-1 STM32三種啟動(dòng)模式 BOOT1 BOOT1 X 0 從用戶(hù)閃存啟動(dòng)，這是正常的工作模式。 0 1 從系統(tǒng)存儲(chǔ)器啟動(dòng)，這種模式啟動(dòng)的程序功能由廠(chǎng)家設(shè)置 1 1 從內(nèi)存SR

52、AM啟動(dòng)，這種模式可以用于調(diào)試 4 病房呼叫系統(tǒng)分機(jī)硬件電路設(shè)計(jì) 病房呼叫系統(tǒng)分機(jī)由呼叫器、語(yǔ)音模塊、電源電路、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡以及stm32最小系統(tǒng)構(gòu)成。闡明了芯片的選型比較，所選用芯片的內(nèi)部組成、功能特點(diǎn)，并設(shè)計(jì)出具體的硬件電路。根據(jù)硬件連接和模塊的功能要求，提出軟件的設(shè)計(jì)方法并編程。 圖4-1 呼叫器電路圖 4.1 呼叫器電路設(shè)計(jì) 呼叫器是由一個(gè)獨(dú)立按鍵完成呼叫功能，當(dāng)按鍵按下，低電平信號(hào)傳給stm32，再由stm32通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳給主機(jī)。電路圖如圖4-1所示。 4.2 語(yǔ)音模塊電路設(shè)計(jì) 語(yǔ)音模塊電路圖如圖3-7、3-8所示，原理如上。 4.3 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡模塊電路設(shè)計(jì)

53、 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡模塊與分機(jī)同樣是通過(guò)串行接口RS-232完成通訊，電路圖如圖3-10所示，原理如上。 4.4 電源電路設(shè)計(jì) 分機(jī)與主機(jī)共用一個(gè)電源，電路圖如圖3-11所示，原理如上。 4.5 stm32最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) Stm32最小系統(tǒng)原理圖如圖3-13所示，原理如上。 4.6 病房呼叫系統(tǒng)PCB版圖設(shè)計(jì) 我們使用altium designer來(lái)設(shè)計(jì)病房呼叫系統(tǒng)的PCB板。在PCB設(shè)計(jì)中，布線(xiàn)的時(shí)候有很多原則需要我們注意。比如：抗干擾性設(shè)計(jì)原則、熱設(shè)計(jì)原則、抗震設(shè)計(jì)原則和可測(cè)試性設(shè)計(jì)原則等。布線(xiàn)的時(shí)候?qū)?shù)字地與模擬地通過(guò)磁珠隔離，使得系統(tǒng)地整體平穩(wěn)，另外在布線(xiàn)的過(guò)程中還應(yīng)該注意

54、電容選取與放置、合理分配電源網(wǎng)絡(luò)、過(guò)孔大小位置的排放等，同時(shí)還要盡量加寬回路的線(xiàn)寬和縮短關(guān)鍵信號(hào)走線(xiàn)長(zhǎng)度。 下面列舉一些通用的設(shè)計(jì)原則： 盡量采用45度折現(xiàn)而不采用90度折角，這種布線(xiàn)方式可以減少高頻信號(hào)對(duì)外的發(fā)射與耦合。 采用串聯(lián)一個(gè)電阻的方法可以降低控制電路上下沿的跳變速率。 石英晶振的外殼一般要接地，石英晶體下面和對(duì)噪聲特別敏感的元器件下面盡量不要進(jìn)行走線(xiàn)。 閑置的門(mén)電路輸出端盡量不要懸空，閑置不用的運(yùn)放正輸入端要接地，負(fù)輸入端接輸出端。 I/O驅(qū)動(dòng)電路盡量靠近PCB邊緣，同時(shí)總線(xiàn)、時(shí)鐘和片選信號(hào)等要盡量遠(yuǎn)離PCB中的I/O電纜。 PCB中的任何信號(hào)都不要形成環(huán)路，如果實(shí)在

55、不可避免出現(xiàn)環(huán)路，那么要盡量減少相應(yīng)的環(huán)路面積。 我們?cè)O(shè)計(jì)PCB時(shí)，要盡量遵循以上設(shè)計(jì)原則。 布局布線(xiàn)完成后，我們還要進(jìn)行PCB的設(shè)計(jì)檢查。檢查的工作可以分為以下四個(gè)方面：布線(xiàn)的檢查、孔和焊盤(pán)的檢查、元器件的檢查、PCB的檢查。然后我們的PCB就整體完工了。 5 病房呼叫系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 病房呼叫系統(tǒng)軟件部分采用模塊化設(shè)計(jì)，分為主程序、語(yǔ)音模塊、鍵盤(pán)模塊、顯示模塊及無(wú)線(xiàn)傳輸模塊。應(yīng)用C語(yǔ)言編程，在keil μ Vision4環(huán)境里運(yùn)行。編程語(yǔ)言的軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言編寫(xiě)相關(guān)程序。 C語(yǔ)音是最常用的編程語(yǔ)言，我們所能接觸到的單片機(jī)幾乎所有都支持C語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)。它有很多的優(yōu)點(diǎn)：語(yǔ)言簡(jiǎn)單、可移

56、植性好、表達(dá)能力強(qiáng)、靈活的表達(dá)、可以是結(jié)構(gòu)化編程、生成的代碼質(zhì)量高、可直接操控電腦硬件等。 KEIL MDK軟件是一家德國(guó)軟件公司為ARM公司目前最新推出的多款嵌入式處理器而研發(fā)的開(kāi)發(fā)工具。uVision4的開(kāi)發(fā)過(guò)程如下： 1） 新建一個(gè)工程，生成一個(gè)新的項(xiàng)目，選擇芯片類(lèi)型并對(duì)開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行配置，做好必要的準(zhǔn)備。 2） 編寫(xiě)C語(yǔ)言源代碼即工程項(xiàng)目程序。 3） 對(duì)已經(jīng)寫(xiě)好的源代碼進(jìn)行編譯調(diào)試并生成目標(biāo)文件，通過(guò)系統(tǒng)仿真查看相應(yīng)寄存器或者指令的調(diào)用情況，對(duì)程序進(jìn)行進(jìn)一步修改。 4） 將目標(biāo)程序通過(guò)J-LINK仿真器下載到單片機(jī)中，同時(shí)設(shè)置斷點(diǎn)，查看硬件在程序執(zhí)行每一步的效果，驗(yàn)證程序執(zhí)行的

57、正確性。 5） 綜上所述，為了降低系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和維護(hù)的難度，縮短開(kāi)發(fā)周期，本課題選擇keil編譯器為病房呼叫系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)工具。 5.1 主程序設(shè)計(jì) 病房呼叫系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)使用的是STM32本身的固件庫(kù)。系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行后，首先檢測(cè)電源狀態(tài),對(duì)STM32、數(shù)碼管和LED燈屏等進(jìn)行初始化，一切正常后等待中斷的發(fā)生,主控制器開(kāi)始檢測(cè)是否有呼叫傳入，當(dāng)呼叫出傳入后，運(yùn)行子程序。 5.2 語(yǔ)音模塊程序設(shè)計(jì) 語(yǔ)音模塊采用的VS1053b，它是通過(guò)一個(gè)串行輸入總線(xiàn)來(lái)接收它的輸入比特流，數(shù)據(jù)流被解碼后會(huì)通過(guò)數(shù)字音量控制器送到一個(gè)高精度DAC，其中的解碼器是通過(guò)一個(gè)串行控制總線(xiàn)來(lái)控制的。它控制整個(gè)系統(tǒng)完成

58、語(yǔ)音錄入，存儲(chǔ)，發(fā)送，接受，播放等功能。 首先，激活PCM錄音模式，加載patch。PCM錄音模式是通過(guò)設(shè)置SPI_MODE位來(lái)激活的，激活PCM錄音之前，用戶(hù)應(yīng)該給SCI_AICTRL0寫(xiě)個(gè)SCI_AICTRL0的時(shí)鐘分頻值。采樣率是CLKI/256*d，其中CLKI是內(nèi)部時(shí)鐘，d是SCI_AICTRL0里面的分頻值，如果d是0，并2倍頻，外部晶振是12.288m，那么采樣率就是16KHz，但是如果是線(xiàn)性的PCM,采樣率就是采樣值。線(xiàn)性錄音的增益由SCI_AICTRL1控制，AGC增益的最大值由SCI_AICTRL2控制。 然后初始化wav頭，程序中設(shè)置的采樣率是8khz，線(xiàn)性PCM格式

59、是16位，但是因?yàn)殇浺暨€沒(méi)有真正開(kāi)始，文件的大小和數(shù)據(jù)的大小都是不能確定的，要等到錄音結(jié)束才可以知道。 讀取PCM數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)前面幾步的處理，這一步就比較簡(jiǎn)單了，只需要不停的從SCI_HDAT0中讀取數(shù)據(jù)，然后存入wav文件即可，不過(guò)這里我們還需要做文件大小統(tǒng)計(jì)，在最后的時(shí)候?qū)懭雡av頭里面。 計(jì)算整個(gè)文件大小，重新保存wav頭并關(guān)閉文件。在結(jié)束錄音的時(shí)候，我們必須知道本次錄音的大?。〝?shù)據(jù)大小和整個(gè)文件大小），然后更新wav頭，重新寫(xiě)入文件，最后因?yàn)镕ATFS，在文件創(chuàng)建之后，必須調(diào)用f_close，文件才會(huì)真正體現(xiàn)在文件系統(tǒng)里面，否則是不會(huì)寫(xiě)入的！所以最后還需要調(diào)用f_close，以保存文

60、件。 開(kāi)機(jī)的時(shí)候先檢測(cè)字庫(kù)，然后初始化VS1053，進(jìn)行RAM測(cè)試和正弦測(cè)試，之后，檢測(cè)SD卡根目錄是否存在RECORDER文件夾，如果不存在則創(chuàng)建，如果創(chuàng)建失敗，則報(bào)錯(cuò)。在找到SD卡的RECORDER文件夾后，即設(shè)置VS1053進(jìn)入錄音模式，開(kāi)始錄音，如果有TPAD按下，則開(kāi)始播放錄音。流程圖如圖5-1所示。 檢查字庫(kù) 初始化 不存在 檢測(cè)RECORDER文件夾 創(chuàng)建 存在 失敗 成功 報(bào)錯(cuò) 設(shè)置VS1053進(jìn)入錄音模式 圖5-1 錄音流程圖 5.3 顯示模塊程序設(shè)計(jì) 5.3.1 數(shù)碼管顯示

61、數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示程序包括數(shù)字的顯示、小數(shù)點(diǎn)的顯示、數(shù)碼管的閃爍和數(shù)碼管的消隱等。顯示的字符跟數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系如表5-1所示：根據(jù)人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，一個(gè)數(shù)碼管每秒必須點(diǎn)亮50次以上，才能達(dá)到穩(wěn)定顯示數(shù)據(jù)的目的。 首先把段碼數(shù)據(jù)通過(guò)串行通道送到端口上,然后位選通一個(gè)數(shù)碼管,讓這個(gè)數(shù)碼管顯示傳輸?shù)臄?shù)據(jù),數(shù)據(jù)一般要保持1-5ms,然后通過(guò)軟件關(guān)掉全部的數(shù)碼管,再把下一個(gè)數(shù)碼管的數(shù)據(jù)通過(guò)串行通道送到端口上,選通下一個(gè)數(shù)碼管。當(dāng)所有的數(shù)碼管顯示一遍后，我們稱(chēng)為一個(gè)掃描周期。在程序設(shè)計(jì)中我們一般采用兩種方法：直接延時(shí)和定時(shí)中斷掃描。但是為了提高CPU效率,這次我們最好是使用定時(shí)中斷掃描的方法。即每1ms顯示一個(gè)

62、數(shù)碼管.這樣會(huì)達(dá)到很好的顯示效果. 表5-1 顯示字符跟數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系 顯示的字符 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 數(shù)據(jù) 00H 01H 02H 03H 04H 05H 06H 07H 08H 09H 顯示的字符 A B C D E F H 全亮 全暗 - 數(shù)據(jù) 0AH 0BH 0CH 0DH 0EH 0FH 10H 11H 12H 13H 小數(shù)點(diǎn)的顯示方式有： 1）固定式：小數(shù)點(diǎn)的顯示位置不能改變，程序設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單。 2）特征位式：每位二進(jìn)制數(shù)控制一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的亮暗情況，一個(gè)字節(jié)同時(shí)控制8個(gè)。

63、 3）計(jì)數(shù)式：用數(shù)字控制第N位的小數(shù)點(diǎn)亮。如：5表示第5位小數(shù)點(diǎn)亮，其它暗。 4）ASCII碼式：送到顯示緩沖區(qū)的數(shù)是ASCII碼數(shù)據(jù)，在包含“.“時(shí)，相應(yīng)位的小數(shù)點(diǎn)亮。 在這里我們使用的是固定式。 5.3.2 LED燈屏顯示 LED燈屏顯示同樣也是采用了掃描的方式。先掃描行，在掃描列，一旦檢測(cè)到高電平，則相應(yīng)的LED燈就會(huì)點(diǎn)亮。 5.4 鍵盤(pán)模塊程序設(shè)計(jì) 鍵盤(pán)模塊的程序首先需要進(jìn)行初始化，初始化延時(shí)函數(shù)，初始化LED端口，初始化與按鍵連接的硬件接口。然后軟件對(duì)按鍵去抖，寫(xiě)明每個(gè)按鍵的功能。 5.5 無(wú)線(xiàn)傳輸模塊程序設(shè)計(jì) 當(dāng)數(shù)據(jù)從CPU經(jīng)過(guò)串行端口發(fā)送出去時(shí)，字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為

64、串行的位，在接收數(shù)據(jù)時(shí)，串行的位被轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)據(jù)。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡與stm32直接就是使用的串口通信。 5.6 軟件調(diào)試 系統(tǒng)源程序采用 keil μ Vision 4版本軟件仿真器進(jìn)行軟件調(diào)試，首先依據(jù)各功能模塊的功能要求和工作過(guò)程畫(huà)出程序的流程圖，然后根據(jù)流程圖和系統(tǒng)的硬件連接寫(xiě)出詳細(xì)的C語(yǔ)言程序，在調(diào)試時(shí)可以一個(gè)模塊一個(gè)模塊調(diào)試，以減少錯(cuò)誤的幾率，各個(gè)功能模塊調(diào)試完了，再對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，一旦有報(bào)錯(cuò)信息，可以對(duì)功能模塊再次仔細(xì)檢查，直到調(diào)試成功為止。  結(jié) 論 基于STM32F103的無(wú)線(xiàn)病房呼叫系統(tǒng)采用無(wú)線(xiàn)傳輸信號(hào)的功能并用數(shù)碼管和LED燈屏雙重顯示病房的呼叫，增

65、大了呼叫的成功率、系統(tǒng)的可靠性和靈活性，其設(shè)有語(yǔ)音傳輸功能，在使用的過(guò)程中，可以通過(guò)通話(huà)更及時(shí)的了解病患的情況及需求，使呼叫更具人性化，同時(shí)系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)發(fā)射接收模塊電路可以增大系統(tǒng)靈活性，避免臨時(shí)加床時(shí)的不能呼叫的情況發(fā)生，是病患得到最好的服務(wù)。 系統(tǒng)是基于A(yíng)TSTM32F103單片機(jī)設(shè)計(jì)的，依靠其低功耗、強(qiáng)大的功能和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，使整個(gè)系統(tǒng)總體性能更高,其表現(xiàn)出的技術(shù)特點(diǎn)如下： a) 利用兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的I2S接口實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音錄音和播放功能，使護(hù)士或者醫(yī)生能及時(shí)了解病患需求。 b) 系統(tǒng)采用LED燈屏和數(shù)碼管雙重顯示的方法，有力的解決了漏聽(tīng)。 c) 利用系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)鐘設(shè)置時(shí)間并顯示。 D) 通

66、過(guò)軟件，對(duì)語(yǔ)音芯片不錄放音時(shí)切換到低功耗省電模式，未用時(shí)不選中語(yǔ)音芯片的思想大大降低了功耗。  致 謝 四年的學(xué)習(xí)生涯即將結(jié)束了，很高興能在最后的整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，受到我的指導(dǎo)老師孟志永教授的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)，孟老師以他高尚的師德、誨人不倦的精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)態(tài)度以及對(duì)我的諄諄教導(dǎo)，影響著我，激勵(lì)著我，使我受益匪淺。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，孟老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和大量的修改意見(jiàn)，在此謹(jǐn)向刁老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)完成過(guò)程中，和我一個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)組的同學(xué)們給了我很大的幫助，與他們進(jìn)行了許多有益的探討，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)個(gè)困難和疑惑，直至論文的順利完成，在此表示誠(chéng)摯的感謝！ 在此，我還要感謝所有教育過(guò)我和幫助過(guò)我的老師們，你們的悉心教導(dǎo)是我一生中最寶貴的財(cái)富。感謝我所有的同學(xué)和朋友們，在一起生活和工作學(xué)習(xí)的美好時(shí)光里，你們所給予的真誠(chéng)鼓勵(lì)和無(wú)私幫助是我終生難忘的！最后，我還要感謝培養(yǎng)我長(zhǎng)大,含辛茹苦的父母，感謝你們多年來(lái)對(duì)我的默默付出和背后無(wú)私的支持,你們以微薄的收入支持著我的學(xué)習(xí),你們的殷切期盼一直是我前進(jìn)道路上不竭