病床呼叫系統(tǒng)

1、課程設計(論文)題 目 名 稱 病床呼叫系統(tǒng) 課 程 名 稱 電子技術課程設計 學 生 姓 名 xxxxx 學 號 xxxxxxxx 系 、專 業(yè) xxxxxxx 指 導 教 師 xxxxxxx 2016年 5月31日 摘要 本設計完成的是病房呼叫系統(tǒng)的功能。該設計采用主從結構，監(jiān)控機構放置在醫(yī)生值班室內(nèi)，當病床有呼叫請求時進行聲光報警，并在顯示器上顯示病床的位置。呼叫源（按鈕）放在病房內(nèi)，病人有呼叫請求時，按下請求按鈕，提示鬧鈴響起，向值班室呼叫，并點亮相應床位的指示燈。采用模塊設計思想，分為四個主要功能模塊：呼叫顯示模塊，優(yōu)先選擇模塊，譯碼顯示模塊，以及呼叫模塊。這些模塊共同工作完成本電路

2、的功能實現(xiàn)。 本設計分為四個主要功能模塊：呼叫顯示模塊，優(yōu)先選擇模塊，譯碼顯示模塊，以及呼叫模塊。這些模塊共同工作完成本電路的功能實現(xiàn)。其中運用了8線3線優(yōu)先編碼器74LS148來實現(xiàn)優(yōu)先選擇模塊主要功能，其中運用自己設計的小規(guī)模邏輯門電路，并且運用74LS138譯碼器來進行輸出的控制，本論文闡述了如何利用數(shù)字電路的思想，以及應用proteus仿真軟件設計病房呼叫系統(tǒng)，測試，并實現(xiàn)其功能。 關鍵詞：病房呼叫系統(tǒng)，JK同輸入觸發(fā)器，數(shù)字電路 I 目錄摘要I引言11 設計詳細任務與要求21.1 基本功能21.2 呼叫系統(tǒng)的總體框圖21.3方案設計與論證32 設計方案簡述43 單元電路的設計53.1

3、 按鍵模塊及指示燈模塊的設計53.2 鎖存模塊及清零模塊的設計73.3 顯示模塊及報警模塊的設計93.4 呼叫系統(tǒng)總電路原理圖114 病床呼叫系統(tǒng)的功能說明及仿真結果125 病床呼叫系統(tǒng)設計總結14參考文獻15附錄16II 引言 隨著計算機科學與技術突飛猛進地發(fā)展，用數(shù)字電路進行信號處理的優(yōu)勢也更加突出。為了充分發(fā)揮和利用數(shù)字電路在信號處理上的強大功能，我們可以先將模擬信號按比例轉換成數(shù)字信號，然后送到數(shù)字電路進行處理，最后再將處理結果根據(jù)需要轉換為相應的模擬信號輸出。自20世紀70年代開始，這種用數(shù)字電路處理模擬信號的所謂“數(shù)字化”浪潮已經(jīng)席卷了電子技術幾乎所有的應用領域。病床呼叫系統(tǒng)正是應

4、用了數(shù)字電路實現(xiàn)的。病床呼叫系統(tǒng)是現(xiàn)時代醫(yī)院內(nèi)必不可少的，它是病人呼叫醫(yī)生護士的進行診斷或護理的緊急呼叫工具，是提高醫(yī)院和護理病房水平的必備設備之一。呼叫系統(tǒng)的優(yōu)劣關系到病員生命的安危，所以醫(yī)院對此是非常重視的，它要求及時，準確，可靠，操作簡單方便病員使用。本設計采用一般的數(shù)字電路控制整個系統(tǒng)來完成運行，監(jiān)控機構放在醫(yī)生護士值班室內(nèi)，當病床進行呼叫時，值班室內(nèi)會顯示出是哪一床位在呼叫，與此同時還會伴隨著喇叭的提醒。這個系統(tǒng)會優(yōu)先讓值班室內(nèi)看到病情較為嚴重的病員的呼叫，當護士或醫(yī)生看到有人呼叫時，記住床位后，便可以清零那個病員的呼叫。1 設計詳細任務與要求1.1 基本功能 （1）呼叫功能：能實現(xiàn)

5、7個病房對護士站的呼叫，病人有情況時，按一下自己床邊的呼叫按鍵就能呼叫護士； （2）顯示功能：有病房呼叫時，護士站的數(shù)碼管顯示器上會顯示相應的床位號；無呼叫時顯示器上無顯示； （3）報警功能：有病房呼叫時，護士站的喇叭會發(fā)出一響一停的報警聲，同時，數(shù)碼管顯示器上顯示的床位號會與報警聲同步閃爍； （4）呼叫保持功能：有呼叫鍵按下后，即使按鍵松開了，呼叫顯示和報警聲也能保持，直到護士響應呼叫； （5）清除功能：護士響應呼叫后，按下清除鍵即可清除呼叫報警聲及顯示。1.2 呼叫系統(tǒng)的總體框圖 呼叫系統(tǒng)的總體框圖如圖一所示，它主要由主體電路和擴展電路兩部分組成。主體電路完成基本的呼叫功能，呼叫開始后，經(jīng)

6、過優(yōu)先編碼器，然后由鎖存器來進行鎖存高低電平。然后鎖存器后有7448七段譯碼器進行譯碼，然后接七段顯示屏。擴展電路進行電路的全局清零與喇叭報警的報警。 圖1.1所示呼叫系統(tǒng)的工作過程是：當病房內(nèi)有人感到不舒適時，就可以按床邊的呼叫按鈕，然后護士值班室內(nèi)就會接收到這種信號，進而使用復位清零開關，使呼叫停止，然后其他病員可以接著按呼叫開關，當有人同時呼叫時，則會是具有優(yōu)先權的那一個病員的床位號顯示在護士值班室內(nèi)的顯示屏上。當病員按呼叫按鍵時，電路需要完成以下幾個功能：（1，每個人床位都有2個燈泡，在無人呼叫時，紅色指示燈會亮，當有人呼叫時紅色指示燈會熄滅，同時按鍵呼叫病床相應的綠色指示燈會亮，護士

7、響應后，綠色指示燈熄滅，紅色指示燈會亮。（2）同時按鍵時，具有優(yōu)先權的先接受治療。優(yōu)先權高的綠色指示燈會亮，低的就不會亮。（3）顯示屏上會顯示呼叫病員的床號，報警器會提示醫(yī)護人員。報警電路顯示電路清零端優(yōu)先編碼電路呼叫按鈕譯碼電路鎖存器指示燈模塊護士清零控制開關脈沖產(chǎn)生電路 圖1.1 病床呼叫系統(tǒng)總體框圖1.3方案設計與論證 方案一：病床呼叫系統(tǒng)的總體框圖如圖1.1所示由主要傳輸電路和擴展電路構成，主要傳輸電路完成呼叫功能，即呼叫開始后，經(jīng)過優(yōu)先編碼器，然后由3個JK觸發(fā)器而改裝成的T鎖存器來進行鎖存高低電平。然后鎖存器后有7448七段譯碼器進行譯碼，然后接七段顯示屏，顯示屏上顯示病床號。擴展

8、電路完成指示燈的控制以及報警器的控制。 方案二：病床呼叫系統(tǒng)的總體框圖如圖1.1所示由主要傳輸電路和擴展電路構成，主要傳輸電路完成呼叫功能，即呼叫開始后，經(jīng)過優(yōu)先編碼器，優(yōu)先編碼器的3個輸出端接3個非門將輸出信號反轉。之后接三個D鎖存器，將信號進行鎖存。然后再接74LS138譯碼器，將顯示碼轉換為電平信號，最后通過LED燈達到提示的效果。擴展電路完成報警器的控制。結論：與方案二相比，有更多的提示功能、電路基本相同，且更貼近實際，故選用方案一。2 設計方案簡述 病床呼叫系統(tǒng)的總體框圖如圖1.1所示由主要傳輸電路和擴展電路構成，主要傳輸電路完成呼叫功能，即呼叫開始后，經(jīng)過優(yōu)先編碼器，然后由3個JK

9、觸發(fā)器而改裝成的T鎖存器來進行鎖存高低電平。然后鎖存器后有7448七段譯碼器進行譯碼，然后接七段顯示屏，顯示屏上顯示病床號。擴展電路完成指示燈的控制以及報警器的控制。 圖2.1的工作過程是：采用74LS148優(yōu)先編碼器可以很好的使病情較為嚴重的患者優(yōu)先進行診療，當病員呼叫時，會輸入信號給74LS148優(yōu)先編碼器進行編碼。編碼完成后經(jīng)過非門的作用將信號轉入到T鎖存器，T鎖存器通過一個74138譯碼器連接綠色指示燈模塊，通過兩個或門和一個非門組成的邏輯門將信號轉入給紅色指示燈模塊。通過鎖存器輸出端接兩個或門進行信號傳遞給報警器。 圖2.1病床呼叫系統(tǒng)的組成框圖病床呼叫系統(tǒng)要完成以下四項工作: (1

10、)優(yōu)先編碼器要能在第一時間做出響應，傳輸信號給鎖存器然后由鎖存器鎖定然后由七段譯碼顯示電路顯示病床編號。 （2）兩種顏色指示燈要能在第一時間把信息傳輸給病員知道。 （3）揚聲器的聲音需響亮，防止護士因沒注意到顯示屏而誤事。 （4）控制電路要使報警器和顯示屏在護士復位清零前一直保持工作狀態(tài)。3 單元電路的設計3.1 按鍵模塊及指示燈模塊的設計 按鍵功能與指示燈的功能緊密聯(lián)合在一起，例如當7號病床呼叫時，所有病床的紅色空閑指示燈都會熄滅，同時7號病床的綠色呼叫指示燈亮起。其模塊圖如下所示： 圖3.1 按鍵模塊 圖3.2 綠色指示燈模塊 圖3.3 紅色指示燈模塊 圖3.4 74LS138使能端 74

11、LS148優(yōu)先編碼器功能編碼器在同一時刻內(nèi)只允許對一個信號進行編碼，否則輸出的代碼會發(fā)生混亂。優(yōu)先編碼器即在同一時間內(nèi)，當有多個輸入信號進行請求編碼時，只對優(yōu)先級別高的信號進行編碼的邏輯電路，稱為優(yōu)先編碼器。常用的集成優(yōu)先編碼器有74LS148(8線-3線)其管腳圖如圖3.4、功能真值表如表3.1所示。 圖3.5 74LS148管腳圖由表不難看出在=0電路正常工作狀態(tài)下，允許輸入當中同時有幾個輸入端為低電平，即有編碼輸入信號。的優(yōu)先權最高，的優(yōu)先權最低。當=0時，無論其他輸入端有無輸入信號，輸出給出的輸出編碼。即,當=1，=0,無論輸入端輸入什么信號只對編碼，輸出表3.1 74LS148功能真

12、值表 74LS138 3線-8線譯碼器功能利用74138的輸出信號對應著二進制所有最小項的非，相當于構成了一個多輸出的邏輯函數(shù)發(fā)生器，74LS138引腳圖如下 圖3.6 74LS138管腳圖 當一個選通端（G1）為高電平，另兩個選通端（/(G2A)和/(G2B)）為低電平時，可將地址端（A、B、C）的二進制編碼在一個對應的輸出端以低電平譯出。 利用 G1、/(G2A)和/(G2B)可級聯(lián)擴展成 24 線譯碼器；若外接一個反相器還可級聯(lián)擴展成 32 線譯碼器。 若將選通端中的一個作為數(shù)據(jù)輸入端時，74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器用與非門組成的3線-8線譯碼器74LS1383線-8線譯碼器74LS1

13、38的功能表 表3.2 74LS138功能真值表 3.2 鎖存模塊及清零模塊的設計 圖3.7 鎖存模塊與清零控制端 鎖存器采用JK同輸入變成T觸發(fā)器來進行功能的鎖存。 電路的形式及符號：就是讓K端與J端接在一起，那么輸入端就是在JK觸發(fā)器的基礎上變化得來的，那么他的邏輯功能也就是JK觸發(fā)器的一個部分。 圖3.8 T觸發(fā)器的符號圖工作原理：1、CP=0時，觸發(fā)器不工作，處于維持狀態(tài)，控制信號讓輸入端無效，不用考慮輸出的狀態(tài)。2、CP=1時，觸發(fā)器的功能如下： T=0時，次態(tài)Qn+1 = Qn現(xiàn)態(tài)； T=1時，次態(tài)Qn+1與現(xiàn)態(tài)Qn相反：觸發(fā)器翻轉，完成反轉功能。表3.3 T觸發(fā)器的功能表TQn+

14、1邏輯功能0Qn保持1反轉 清零控制原理是接在T觸發(fā)器清零端，低電平有效，故而使清零控制開關另一端接地，這樣護士接收到病人的呼叫時，就可以控制清零端使得全局控制清零。從而清零顯示屏與指示燈，關閉報警器。病員此時可以再次呼叫。3.3 顯示模塊及報警模塊的設計 圖3.9 顯示模塊的設計 圖3.10 報警模塊的設計 7448 集成電路譯碼器在正常操作時，當輸入DCBA=0010 則輸出abcdefg=0010010。故使顯示器顯示"2"。 當輸入DCBA=0110 時，輸出abcdeg=1100000，顯示器顯示"6”。 在74478中尚有LT、RBI 與BI/RBO

15、之控制腳，其功能分述如下:該電路是由與非門、輸入緩沖器和7 個與或非門組成的BCD-7 段譯碼器/驅(qū)動器。通常是低電平有效，高的灌入電流的輸出可直接驅(qū)動顯示器。7 個與非門和一個驅(qū)動器成對連接，以產(chǎn)生可用的BCD 數(shù)據(jù)及其補碼至7 個與或非譯碼門。剩下的與非門和3 個輸入緩沖器作為試燈輸入（LT）端、滅燈輸入/動態(tài)滅燈輸出(BI/RBO)端及動態(tài)滅燈輸入(RBI )端。 該電路接受4 位二進制編碼十進制數(shù)（BCD）輸入并借助于輔助輸入端狀態(tài)將輸入數(shù)據(jù)譯碼后去驅(qū)動一個七段顯示器。輸出結構設計成能承受7 段顯示所需要的相當高的電壓。驅(qū)動顯示器各段所需的高達24mA 的電流可以由其高性能的輸出晶體管

16、來直接提供。BCD 輸入計數(shù)9 以上的顯示圖案是鑒定輸入條件的唯一信號。該電路有自動前、后沿滅零控制（RBI和RBO）。試燈（LT）可在端處在高電平的任何時刻去進行，該電路還含有一個滅燈輸入（BI），它用來控制燈的亮度或禁止輸出。為了能以十進制數(shù)碼直觀的顯示數(shù)字系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，目前廣泛使用了七段字符顯示器，或稱七段數(shù)碼管。這種字符顯示器由七段可發(fā)光的線段拼合而成。它的功能簡圖和管腳引線圖3.9所示。燈測試輸入：當=0時，便可使被驅(qū)動數(shù)碼管的七段同時點亮，以檢查該數(shù)碼管各段能否正常發(fā)光。但平時應置于高電平。設置滅燈輸入的目的是為了把不希望顯示的零滅燈。滅燈輸入/滅燈輸出具有雙功能輸入/輸出，當作

17、為輸入端時，稱為滅燈輸入端。只要加入滅燈控制信號=0，無論輸入端是什么信號，定可將被驅(qū)動數(shù)碼管的各段同時熄滅。當作為輸出端使用時稱為滅燈輸出端。 圖3.9 7448管腳圖 報警器的接線原理：因為當無人呼叫時，T觸發(fā)鎖存器的輸出端是低電平，一但有人進行呼叫時，輸出端則會變?yōu)楦唠娖剑阪i存器的輸出端接線通過兩個或門接揚聲器，從而當有人呼叫時兩個或門組成的邏輯門就會輸出一個高電平，所以在揚聲器另一端接地即可形成報警器。 3.4 呼叫系統(tǒng)總電路原理圖 圖3.10 電路原理總圖 這是通過protues做出來的仿真全圖，前面有7個button組成按鍵。然后分別用7個紅色LED燈和7個綠色LED燈做出空閑指

18、示燈和呼叫指示燈。button后面連接的是一個74LS148的優(yōu)先編碼器，輸入低電平有效，輸出低電平有效。再接三個非門，將74LS148輸出的有效電平轉換為高電平送入接下來的JK觸發(fā)器。JK觸發(fā)器輸入端接在一起構成一個T觸發(fā)器，下降沿有效，將編碼器送來的信息鎖存。最后通過7448顯示譯碼器將鎖存信號進行譯碼，將結果送至數(shù)字顯示器上顯示。4 病床呼叫系統(tǒng)的功能說明及仿真結果 功能說明： 當這個呼叫系統(tǒng)，無人呼叫時顯示屏上的數(shù)字顯示為0，且紅色指示燈亮，綠色指示燈滅，當有人呼叫時，綠色指示燈只亮那個呼叫病床號的燈，而其他綠色指示燈全滅。紅色指示燈滅。這樣就可以很好的提醒其他病床的人，此時是否有人在

19、呼叫。有人呼叫時，顯示屏上顯示呼叫病人的床位號，且報警器發(fā)出報警聲。護士看到顯示屏上的數(shù)字后，就會使用復位清零開關，全局清零。此時指示燈和顯示屏又恢復到無人呼叫狀態(tài)。其他病員可以再行呼叫。 仿真結果及其分析 通過運用proteus仿真表明電路能正常工作，能夠滿足設計的要求。仿真結果如圖4.1所示。 圖4.1仿真結果圖 結果分析： 由于七號病人呼叫，顯示屏上顯示數(shù)字7，且7號病床的綠燈亮起，紅燈全滅，報警器發(fā)出報警聲提示護士。一直到護士響應按復位清零開關鍵才將電路狀態(tài)還原到未呼叫狀態(tài)。 本電路還留在有繼續(xù)擴展的空間，還能增加病床數(shù)，且還可以考慮到假如當有兩人同時呼叫時具有優(yōu)先的先進行診療，優(yōu)先權較低的護士又怎么去知道是否在呼叫。使用T觸發(fā)器要等時鐘信號來臨才可以進行信號鎖存，這樣設計可以讓病人自行取消呼叫，這樣就可以減少病人失誤按下按鍵帶來的麻煩。但是如果按鍵一直被病人按下，那么同樣他的請求可以被自己清除，這樣就會一直值班室的顯示屏會在零與病床號之間跳轉。蜂鳴器的聲音很微弱，在前面可以加一個三極管來對信號進行放大這樣蜂鳴器聲音應該就可以放大了