基于51单片机的12路病房呼叫系统设计与实现

基于51单片机的12路病房呼叫系统设计与实现

点击链接下载资料：https://download.csdn.net/download/m0_51061483/92081442

---

1. 系统功能介绍

本设计的“基于51单片机的12路病房呼叫系统”是一种用于医院病房与护士站之间通信的智能呼叫装置。其主要目标是实现多病床呼叫信息的集中显示与报警提醒，确保医护人员能够在第一时间响应病人的呼叫请求，从而提高医院管理效率与医疗服务质量。

系统以AT89S51单片机为核心控制器，通过矩阵键盘采集病床呼叫信号，利用数码管显示病房号与病床号，并通过蜂鸣器与LED灯进行声光报警。系统整体响应迅速、结构清晰、可靠性高，适合在病房管理、养老院、护理中心等场景中应用。

系统主要实现以下功能：

1. 多路呼叫检测：支持12路独立呼叫输入，每一路对应一个病床的呼叫按钮。
2. 病房与病床显示：病人按下呼叫键后，系统会自动在显示屏上显示具体病房与病床编号。
3. 声光报警提示：系统检测到呼叫信号后，立即启动蜂鸣器报警与指示灯闪烁。
4. 清除功能：医护人员可按下清除键，关闭报警并清除当前显示信息。
5. 多任务响应：支持多个病床同时呼叫，并可按优先顺序依次响应。
6. 扩展性强：系统接口丰富，可进一步扩展至24路或更多呼叫线路，或添加无线模块实现远程呼叫。

---

2. 系统电路设计

系统电路以AT89S51单片机为核心，外围包括矩阵键盘输入电路、数码管显示电路、蜂鸣器报警电路、LED指示电路以及电源稳压模块等。整个系统电路设计结构清晰、模块化明显，便于调试与维护。

2.1 单片机最小系统模块

单片机最小系统是整个电路的核心，负责所有信号的采集、处理与控制输出。
该模块包括AT89S51芯片、时钟电路与复位电路。

• 主控芯片： AT89S51
  它是一款兼容MCS-51指令集的8位单片机，内部含有4KB Flash程序存储器和128B RAM，拥有32个可编程I/O引脚，适用于多按键与显示控制场景。

• 时钟电路： 采用12MHz晶振与两个30pF电容构成振荡电路，保证系统工作稳定。

• 复位电路： 使用一个10kΩ上拉电阻和10μF电容构成上电复位电路，保证系统通电后自动初始化。

单片机最小系统为其他模块提供了稳定的运行平台，是整个系统的“中枢神经”。

---

2.2 键盘输入模块

系统采用 3×4矩阵键盘 实现12个病床呼叫信号输入。矩阵键盘结构简洁，占用I/O口少，便于扩展。

• 矩阵结构：
  行（R0_{R2）与列（C0}C3）分别连接至P1口，实现12个按键的检测。
• 工作原理：
  单片机周期性扫描行线并检测列线电平变化，当某个按键按下时，行列线短接，检测程序即可判断按键位置。

矩阵键盘设计使得12路呼叫信号可快速识别，系统能准确判断具体病床号，从而实现呼叫信息定位。

---

2.3 显示模块

为了方便医护人员直观了解呼叫信息，系统采用 两位共阴数码管 显示病房号与病床号。

• 数码管驱动：
  数码管段选由P0口输出，位选由P2口控制，采用动态扫描方式显示数据。
• 显示逻辑：
  显示内容分为两部分：十位显示病房号，个位显示病床号。

例如：
显示“23”代表第2病房3号床正在呼叫。

动态扫描技术通过高速切换显示内容，使两个数码管交替显示不同数字，从而节省I/O资源。

---

2.4 声光报警模块

当检测到病人呼叫信号时，系统立即触发报警模块。

• 蜂鸣器电路：
  由单片机P3.5口控制，采用有源蜂鸣器实现声音报警。
  当呼叫信号有效时，P3.5输出高电平，蜂鸣器发出持续声响。

• LED指示电路：
  每一路呼叫信号对应一个LED指示灯，LED通过限流电阻与单片机P2口相连，指示灯亮起表示该病床处于呼叫状态。

蜂鸣器与LED灯协同工作，构成清晰的声光提示，使医护人员能在嘈杂环境下及时发现呼叫。

---

2.5 电源模块

系统使用5V直流供电，采用稳压芯片7805将外部12V输入转换为稳定的5V电压，为单片机与外设提供电源。

电源模块具有防反接与滤波保护功能，通过电解电容与瓷片电容组合滤波，保证系统供电稳定，防止电磁干扰。

---

3. 程序设计

系统软件采用 模块化结构，主要由主程序、键盘扫描模块、显示模块、报警控制模块以及清除逻辑模块组成。程序使用C语言编写，结构清晰，易于修改与扩展。

3.1 主程序设计

主程序负责系统初始化与主循环调度。程序上电后，首先初始化I/O端口、定时器与显示缓冲区，然后进入循环执行键盘检测、显示刷新与报警控制。

#include <reg51.h>#define uchar unsigned char
#define uint  unsigned intsbit buzzer = P3^5;    // 蜂鸣器控制
uchar key_value = 0;   // 当前按键值
uchar display_buf[2];  // 显示缓存区void delay(uint t);
uchar key_scan(void);
void display(void);
void alarm(void);
void clear_alarm(void);void main()
{while(1){key_value = key_scan();  // 扫描按键display();               // 刷新显示alarm();                 // 报警处理clear_alarm();           // 清除逻辑}
}

---

3.2 键盘扫描模块

该模块通过行列检测方式识别12个呼叫按键的按下状态。
程序采用轮询扫描方式，结合延时防抖算法，保证检测准确可靠。

uchar key_scan(void)
{uchar row, col, temp;for(row = 0; row < 3; row++){P1 = ~(0x01 << row);    // 逐行输出低电平temp = P1 & 0xF0;       // 读取列状态for(col = 0; col < 4; col++){if((temp & (0x10 << col)) == 0){delay(10);if((P1 & (0x10 << col)) == 0)return (row * 4 + col + 1);}}}return 0;
}

返回值表示当前按下的按键编号，对应病床号。

---

3.3 显示模块程序

显示模块采用动态扫描方式，在两个数码管上交替显示病房号与病床号信息。

uchar code table[] = {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};void display(void)
{P0 = table[display_buf[0]]; // 病房号P2 = 0xfe;delay(1);P2 = 0xff;P0 = table[display_buf[1]]; // 病床号P2 = 0xfd;delay(1);P2 = 0xff;
}

通过高速循环实现人眼视觉暂留效果，保证显示稳定清晰。

---

3.4 报警控制模块

当检测到有效呼叫信号时，系统触发报警模块，蜂鸣器与LED灯工作。

void alarm(void)
{if(key_value != 0){buzzer = 1;P2 |= 0x0F;  // 点亮所有指示灯}
}

若多个病床同时呼叫，系统将保持报警状态直到人工清除。

---

3.5 清除功能模块

护士按下“清除键”后，系统关闭报警，清除显示内容并熄灭指示灯。

void clear_alarm(void)
{if(key_value == 12)   // 假设第12键为清除键{buzzer = 0;P2 &= 0xF0;display_buf[0] = display_buf[1] = 0;}
}

清除功能防止重复报警，保证系统在多次呼叫中保持有序运行。

---

4. 系统综合分析

本系统的设计充分考虑了实用性与可扩展性。通过AT89S51单片机对矩阵键盘输入的实时扫描与多任务逻辑判断，实现了12路病床呼叫的精准响应。蜂鸣器与LED构成的报警机制有效提升了护士响应速度，而清除功能则使系统具备持续稳定的运行能力。

软件方面，采用模块化编程思路，各功能模块相互独立，逻辑清晰，便于维护与升级。硬件设计上结构紧凑，功耗低，抗干扰能力强，能够长时间稳定运行。

未来可在此基础上扩展如下功能：

• 增加无线通信模块（如ESP8266），实现护士站远程接收呼叫信息；
• 增加LCD液晶屏，显示更详细的病人信息；
• 结合数据库系统，形成完整的病房管理信息平台。

综上所述，本设计实现了一个经济实用、响应迅速的多病床呼叫系统，在医院与养老院场景中具有良好的应用前景。