基于STM32的医院呼叫系统设计
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目 录
摘要---------------------------------------------------------------- I
ABSTRACT----------------------------------------------------------- II
1 引言------------------------------------------------------------- 1
1.1 研究背景-------------------------------------------------- 1
1.2 研究目的和意义-------------------------------------------- 1
1.3 研究内容与方法-------------------------------------------- 2
2 系统总体方案设计------------------------------------------------- 3
2.1 无线呼叫系统的总体构成------------------------------------ 3
2.2 系统基本的工作过程---------------------------------------- 4
3 医院呼叫系统硬件电路设计----------------------------------------- 5
3.1 STM32最小系统电路设计------------------------------------- 5
3.2 系统电源电路设计------------------------------------------ 8
3.3 无线收发模块电路设计-------------------------------------- 9
3.4 显示模块电路设计----------------------------------------- 10
3.5 报警模块电路设计----------------------------------------- 12
3.6 键盘模块电路设计----------------------------------------- 12
3.7 语音模块电路设计----------------------------------------- 13
3.8 整体电路设计--------------------------------------------- 15
4 医院呼叫系统软件设计-------------------------------------------- 16
4.1 呼叫系统主程序设计--------------------------------------- 16
4.2 无线收发模块程序设计------------------------------------- 17
4.3 语音模块程序设计----------------------------------------- 18
4.4 显示模块程序设计----------------------------------------- 19
4.5 键盘模块程序设计----------------------------------------- 20
4.6 系统调试------------------------------------------------- 21
5 总结和展望------------------------------------------------------ 22
5.1 总结----------------------------------------------------- 22
5.2 展望----------------------------------------------------- 22
参考文献----------------------------------------------------------- 23
致谢--------------------------------------------------------------- 25
附录--------------------------------------------------------------- 26
1 引言
1.1 研究背景
1.2 研究目的和意义
病房呼叫系统是一种紧急呼叫工具,病患可以向医护人员寻求诊断和帮助,也是提高医院的医疗保健水平的必备设备之一。本系统的设计可以实现病患对护士站的护士的呼叫,......
1.3 研究内容与方法
为了改善有线病房呼叫系统的不足,在无线病房呼叫系统的设计中采用了以STM32为核心研发的呼叫系统。研究内容主要有以下几个方面:
(1)系统方案设计。本系统选用模块化方法进行设计,.....
(2)系统硬件设计。其内容包含单片机的选用、芯片的功能,......
为了实现的该系统设计的功能,按照以下方法来实现整个系统的功能研究和可行性分析:
(4)另一方面,在满足系统性能指标的前提下,不仅要考虑到系统的可用性,.......
2 系统总体方案设计
2.1 无线呼叫系统的总体构成
病房呼叫系统的开发是基于国内外相关技术的发展,同时结合我国医院病房监护的实际情况,以满足病患的要求,并充分考虑其安装成本和稳定性,......
2.2 系统基本的工作过程
3 医院呼叫系统硬件电路设计
病房呼叫系统主要由OLED显示模块、电源模块、键盘模块、语音模块、报警模块和无线收发模块组成,通过无线网卡发送信号是电路主机部分设计的基本构思。......
3.1 STM32最小系统电路设计
STM32最小系统包括控制芯片、电源电路、晶振电路、复位电路、......如图3-1所示。
STM32F103系列芯片的CPU即Cortex--M3内核,除了内核,还设有GPIO、 USART(串口)、ADC、SPI等模块,这些即片上外设。内核与片上外设之间......如表3-1所示。
单片机 |
核心处理器 |
时钟频率 |
存储容量 |
类型 |
STM32F103C8T6 |
ARM® Cortex-M3™ |
72MHZ |
128KB |
闪存 |
STM32芯片主体系统由驱动单元和被动单元构成,其中,......
晶振电路提供了基本的系统时钟为主控制芯片,外围的工作及CPU的工作都根据这个时钟,电容的作用是确保晶振所输出的振动频率是稳定平和的。......具体如表3-2所示。
SW |
SW=00 |
SW=01 |
SW=10 |
系统时钟 |
内部时钟 |
外部时钟 |
锁相环 |
STM32支持三种复位的方式:系统复位、源复位、......
系统复位将复位所有寄存器至它们原本的初始状态。......如表3-3所示。
复位方式 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
系统 复位 |
NRST引脚上的低电平 |
窗口看门狗计数终止 |
独立看门狗计数有终止 |
软件复位 |
低功耗管理复位 |
电源复位重新设置除备份区域外的所有记录,只要有下列事件发生,......如表3-4所示。
复位方式 |
1 |
2 |
电源复位 |
上电复位和掉电复位 |
从待机模式中返回 |
所有这些复位源都作用于NRST引脚上,并在复位延迟期间保持低水平,对于外部复位,......
备份域复位有两个特别的复位,其复位只影响到备份区域,......如表3-5所示。
复位方式 |
1 |
2 |
备份域复位 |
软件复位,备份区域复位可由设置备份域控制寄存器(RCC_BDCR)中BDRST位产生 |
在VDD和VBAT两者掉电的前提下,VDD或VBAT上电将引发备份区域复位 |
下载电路是JTAG接口,原理图如图3-2所示,有四个引脚,作用是给单片机下载程序以及在线调试,它是一种通过专用的JTAG测试工具和调试内部节点[7],.......
管脚 |
模式 |
BOOT1=x BOOT0=0 |
从用户闪存启动,这是正常的工作形式。 |
BOOT1=0 BOOT0=1 |
从系统存储器启动,这种形式启动的程序功能由厂家设置。 |
BOOT1=1 BOOT0=1 |
从内置SRAM启动,这种形式能够用于调试。 |
3.2 系统电源电路设计
电源是整个系统工作的基础,是正常运行最基本的保障。......。
由于单片机和串口均为低功耗器件,其工作电压为3.3V,将接口的5V电源经过一对电容滤波后发送到AMS117-3.3芯片上进行电压稳定,稳压之后同理经过一......如图3-4所示。
3.3 无线收发模块电路设计
有关无线收发模块的设计,选用新型的广泛的2.4GHZ无线收发芯片NRF24L01,采用SPI通信,主打高频率,低功耗,传输可靠性高,可以连接到各种单片......
MCU通过SPI接口,将NRF2......,具体如表3-7所示。
模式 |
PWR_UP |
PRM_RX |
CE |
FIFO 寄存器状态 |
接收模式 |
1 |
1 |
1 |
- |
发射模式 |
1 |
0 |
1 |
数据在TX FIFO寄存器中 |
发射模式 |
1 |
0 |
1-0 |
停在发送模式,直至数据发送完 |
待机模式2 |
1 |
0 |
1 |
TX FIFO为空 |
待机模式1 |
1 |
- |
0 |
无数据传输 |
掉电模式 |
0 |
- |
- |
- |
将NRF24L01无线收发模块分别装于主机和从机。来实现主机和从机之间双向信息的传递,无线收发模块通过串口与STM32之间通信。当病患进行呼叫请求时,......如下图3-5所示。
3.4 显示模块电路设计
为了快速的反馈信息,使显示更加直观,数字化显示的智能仪器是医院不可缺少的部分,因此无线病房系统的采用OLED显示屏,平时若没有呼叫传入时,显示屏显示当前时间......
主机采用OLED显示器,多种接口方式,最多支持五种,只要3.3V电压就可正常工作,它的优点在于OLED显示屏的响应时间短,便于汉字显示的同时显示相关的数字信息。液......如图3-6所示。
OLED采用自发光原理不需要背光源,所需材料少,制作步骤少,......能如表3-8所示。
编号 |
符号 |
引脚阐明 |
1 |
GND |
电源地 |
2 |
VCC |
电源正极 |
3 |
D0 |
时钟引脚 |
4 |
D1 |
数据引脚 |
5 |
Res |
复位引脚 |
6 |
DC |
数据/命令 |
7 |
CS |
片选 |
3.5 报警模块电路设计
无线病房呼叫系统不仅要将呼叫信息实时显示在显示屏上,而且为避免医护人员出现失误或人员紧急等问题的发生,同时蜂鸣器报警来提示医护人员有病患请求帮助,......
蜂鸣器是一种专门发声的器件,通常采用直流电压供电,广泛应用于报警器、定时器等电子领域。只要达到蜂鸣器得额定电压,它就会发出声音,......
报警模块在硬件连接上也十分简单,STM32驱动一个蜂鸣器加上其外围电路构成。......如图3-7所示。
3.6 键盘模块电路设计
键盘按照结构原理科分为两类,一类是触点式开关按键,另一类是无触点式开关按键,......
独立按键式直接用I/O口线构成的单个按键电路,其特点式每个按键单独占用一根I/O口线,每个按键的工作不会影响其他I/O口线的状态。独立式按键电路配置灵活,......电路图如下图3-8所示。
3.7 语音模块电路设计
为及时了解病患的需求,使服务更快捷的同时医护人员也能在短时间内快速作出应对措施,因此,语音通话功能是提高医院工作效率和服务质量的重要部分。......
(1)I2S Philips标准。
(2)MSB对齐标准。
(3)LSB对齐标准。
(4)PCM标准。
在四种不同标准中本系统中我们使用的PCM标准。支持全双工/半双工通信......
语音采集模块如图3-9所示,由于原声音信号经过麦克风传入时比较微弱,要在LM358中放大并发送到单片机STM32,增大声音的音量......
3.8 整体电路设计
本无线病房呼叫系统整体由单片机STM32、OLED显示模块、NRF24L01无线传输、......整体电路原理图如图3-11所示。
4 医院呼叫系统软件设计
该系统的软件设计成可分为主程序的设计、按键模块的设计、语音通话模块的设计、OLED显示模块及双向无线收发模块的设计。系统软件的设计是本系统至关重要的一步,......
4.1 呼叫系统主程序设计
当病房的呼叫系统启动时,先检查电源状态,初始化单片机STM32、OLED显示装置、蜂鸣器、声音传送和所有线路模块,给单片机设定定时初值,一切正常后,......流程图如图4-1所示。
图4-1 主程序流程图
4.2 无线收发模块程序设计
SPI口对NRF24L01输出功率频道进行设置,无线通信功能主要通过NRF24L01......
一套完整的无线通信系统至少需要编写以下两部分程序:NRF24L01发送端程序和NRF24L01接收端程序。其中,发送端通过NRF24L01模块产生2.4G无线信号,同理,......
4.3 语音模块程序设计
语音模块采用I2S音频协议,它是通过一个同步串行通信接口,......
其次,读取PCM数据,从SCI_HDATO中获得数据,......
启动时,首先进行初始化,同时扫描字库,其次在检查SD Kagan目录下......。如图4-3所示。
4.4 显示模块程序设计
OLED是一种宽视角、自发光显示器,是一款显示图像、数字和专用符号而设计的显示屏。......步骤如下,如图4-4所示。
4.5 键盘模块程序设计
程序设计的核心是先逐位查询每根I/O口线的输入状态,......
首先运行该系统,初始值为0,如果为低电平,则表示按下了相应的键盘,.....如图4-5所示。
4.6 系统调试
首先,对无线病房呼叫系统源程序进行调试,根据病房呼叫系统的各模块的功能及工作过程,画出程序流程图,然后根据绘制的程序......
其次,把程序写入到实物中,启动电源,当一号病床呼叫键被按下,无线收发模块接收到从机发来的信号,蜂鸣器报警,对应的指示灯被点亮,......
在系统调试过程中,为了减少出错的几率以节省时间,首先要对一个模块一个模块的进行调试来减少错误率,在每个模块完成调试确保无误的前提下......病房呼叫系统实物图4-6所示。
5 总结和展望
5.1 总结
5.2 展望
致 谢
不悔梦归处,只恨太匆匆。感谢一直不曾放弃的自己,辛苦和眼泪都是成长,在不经意间汇成生命的宽度,语言只能表达万分之一的情感,一楼一宇,一草一木,写尽千山,落笔是你,山水相逢,终有一别,我们后悔有期。
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