基于单片机的病床呼叫系统的设计与实现_基于单片机的呐喊器设计-优快云博客

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系统介绍：

病床呼叫系统是医疗设施中的重要组成部分，旨在帮助病人在需要时快速呼叫护理人员。然而，传统的病床呼叫系统存在一些问题，如布线复杂、维护成本高等。本文提出了一种基于单片机的病床呼叫系统设计与实现方案，旨在解决传统系统存在的问题。

在该系统中，采用了单片机作为主控制器，利用其低成本、低功耗、高可靠性等优势。患者可以通过病床上的按钮发出呼叫信号，单片机接收到信号后，通过WiFi无线通信技术将呼叫信息发送给护理人员的监护室的显示屏。护理人员收到呼叫信息后，可以及时响应并提供服务。

通过实际测试和应用，取得了良好的结果。该系统极大地简化了病床呼叫系统的布线，降低了维护成本，并且提高了响应速度和服务效率。同时，由于采用了单片机技术，系统具有较高的稳定性和可靠性，可以长期稳定运行。因此，本文提出的基于单片机的病床呼叫系统设计与实现方案在提高医疗服务效率和患者护理质量方面具有重要的实际意义。

整体架构

该系统由STM32单片机、按键模块、OLED显示屏模块组成、LED灯模组、蜂鸣器模组、WIFI模组等。本系统以上位机为核心，通过无线通信模块和微控制器进行通信。

系统的整体框图，如图2.1所显示。

图2.1 系统整体框图

从技术结构上讲，该体系可分为感知层、网络层和应用层三个层次。

1.感知层：是由各个传感器和传感器网关构成，其主要任务是对病床上的呼叫信号进行实时的获取，并与其它的传感器进行数据交换，并通过持续的感测来完成该系统的主要功能。

2.网络层：是利用WIFI通信的形式对检测到的病房呼叫信号进行编码、认证和传输，反馈到应用层，形成同步感知，实时同步检测病房呼叫信号。

3.应用层：提供该系统上位机部分，实时检测病房呼叫信号，也可以手动调节系统相关功能。

硬件电路设计

单片机电路设计

病床呼叫系统是一种医学装置，当患者要求得到医务工作者的协助时，可以向其发送信息。以STM32F103C8T6为核心的病床呼叫系统在实际应用中应充分考虑系统的稳定性、可靠性及实用性。下面是对STM32F103C8T6单片机引脚的描述：

PA0-PA7：它们都是GPIO管脚，可以用来与各种各样的外设和感应器相连。在设计病床呼叫系统时，可以用来连接按钮、指示灯等。

PB0-PB7：与PA0-PA7相似，也是GPIO引脚，用于连接外部设备。

PB8-PB11：这些引脚也是GPIO引脚，用于连接外部设备。

NRST：复位引脚。在重启系统时，请连上重启按钮。

PC13-PC15，PA13，PA14：这些引脚也是GPIO引脚，用于连接外部设备。

VCC，GND，PA8，PA9，PA10：GND是地，VCC是正极，PA8-PA10是GPIO引脚。

PA11：USB DM引脚，用于USB通信。

PA12：USB DP引脚，用于USB通信。

在设计病床呼叫系统时，根据需要选择适当的引脚用于连接按钮、指示灯、蜂鸣器等外部设备，并根据系统需求配置GPIO的输入输出模式和中断。同时，保持系统的电气和信号完整性，以确保系统的稳定性和可靠性。

图 3.1 STM32 F103C8T6管脚图

按键模块电路设计

本系统中按键模块电路设计图如图3.2所示，所述按键管脚的两端间距较大，其预设为接通状态，而所述距离较短的预设为断开状态，若按压所述按键，则所述初始接通状态为断开；最初的截止状态变成了接通。因为机械点的弹力，所以在关闭时不会立即平稳地打开，关闭时也不会立即关闭，所以在关闭与关闭的瞬间都会有一系列的颤动。振动的长度取决于键的机械性能，通常在5毫秒至10毫秒之间。键盘的稳定关闭时间取决于操作者的键盘动作，通常在零点一到几秒之间。按键的抖动可能导致错误的键被多次读取。为保证单板机只完成一次操作，需要对其进行去抖。

按键去抖可分为硬件去抖和软件去抖两种。为了简化电路，一般都是通过软件去抖。我们的主板也是使用了软件去抖，通常一个简单的按键去抖就是要先读出键的状态，要是有键压下来，延时10毫秒；再读一遍按钮的状态，若按钮仍处于按压状态，则表示按钮已被按压。而10毫秒的延迟时间即为软件去抖动的处理。

图3.2 按键模块电路图

显示模块电路设计

本系统采用有机发光二极管（OLED）显示屏，如图3.3所示，其1脚与STM32的B7脚相连，2脚与STM32的B6脚相连，3脚接3.3V供电，4脚接地。

图3.3 显示模块电路

报警模块电路设计

本系统由按键控制，通过单片机分析处理，当检测到按键信号时，单片机会驱动蜂鸣器工作。如图3.4所示，S8550有源蜂鸣器的1脚接3.3V供电，2脚接STM32的B11脚，3脚接地。

图3.4 报警模块电路

WIFI模块电路设计

本系统通过采用ESP8266实现无线通讯功能，使系统通过上位机可实时检测病房呼叫信号，从而实现智能无线控制与监测。如图3.5所示，ESP8266WIFI模块的1脚与STM32的A3脚相连，其2脚与地面相连，3脚为3.3V高电平，4脚5脚6脚，7脚接3.3V供电，8脚接STM32的A2脚。

图3.5 WIFI模块电路

系统实现

下位机功能实现

单片机主控模块

本次设计主控芯片选用了STM32F103C8T6单片机作为主控制，通过按键发送信号，进而来进行对应的功能操作，如图5.1所示。

图5.1 单片机主控模块

显示模块

OLED液晶显示屏上可以实时显示呼叫病床号，如图5.2所示。

图5.2 OLED液晶显示屏

按键模块

按键呼叫功能，通过按下按键触发单片机执行相应的呼叫操作，可以通过显示屏或者声音提示向护士站发送病人的呼叫信息，实现了病人与护士的及时沟通。如图5.3所示。

图5.3 按键模块

WIFI模块

该系统采用的是ESP8266型号的 WIFI模块，该模块工作稳定，而且本身带有TCP/IP协议，因此可以很容易地利用WIFI进行物联网通信。如图5.4为系统的WIFI通讯模块。

图5.4 WIFI通讯模块

指示灯模块

当无呼叫信号时，LED指示灯为熄灭状态。如图5.5所示，为LED指示灯的初始状态。

图5.5 指示灯模块

当病人按下按键，发送呼叫信号时，LED指示灯亮起。如图5.6所示，为指示灯运行状态。

图5.6 指示灯运行状态

代码实现：

用户功能核心代码
/**
 *用户功能列表
 * 用户功能列表并返回给前端页面
 * @paramYongHu用户功能实体对象，用于接收查询条件
 * @return 包含用户功能列表数据的响应结果
 */
@RequestMapping("/list")
public R list(YongHuEntity) {
    // 创建查询条件封装对象
    EntityWrapper<YongHuEntity> ew = new EntityWrapper<YongHuEntity>();
    // 设置查询条件，将用户功能实体对象的属性作为查询条件，实现用户功能动态查询
    ew.allEq(MPUtil.allEQMapPre(YongHu, "YongHu"));
    // 调用YongHuervice 的 selectListView 方法，查询符合条件的用户功能列表数据，并将其放入响应结果中返回给用户功能前端页面
    return R.ok().put("data",YongHuervice.selectListView(ew));
}

/**
 * 用户注册
 * @paramYongHu 注册用户的信息
 * @return 返回注册结果
 */
@IgnoreAuth // 表示此接口不需要认证即可访问
@PostMapping(value = "/register") // HTTP POST请求，映射到/register路径
public R register(@RequestBodyYongHuEntityYongHu){
    // 检查用户是否已存在
    if(YongHuervice.selectOne(new EntityWrapper<YongHuEntity>().eq("YongHuname",YongHu.getYongHuname())) !=null) {
        return R.error("用户已存在"); // 若用户已存在，返回错误信息
    }
   YongHuervice.insert(YongHu); // 插入新用户数据到数据库
    return R.ok(); // 返回注册成功的信息
}

/**
 * 登录接口，用于登录验证并生成访问令牌
 * @paramYongHuname 名，登录账号
 * @param password 密码，登录密码
 * @param captcha 验证码，用于防止恶意登录
 * @param request HTTP请求对象，用于获取请求信息
 * @return 返回操作结果，成功返回带有访问令牌的操作成功信息，失败返回错误信息
 */
@IgnoreAuth // 忽略身份认证，即不需要登录即可访问该接口
@RequestMapping(value = "/login") // 请求映射路径为/login
public R login(StringYongHuname, String password, String captcha, HttpServletRequest request) {
    // 查询数据库中是否存在指定名的
   YongHuEntity u = yonghYongHuvice.selectOne(new EntityWrapper<YongHuEntity>().eq("YongHuzhanghao",YongHuname));
    if(u==null || !u.getMima().equals(password)) { // 若不存在或密码错误，则返回登录失败信息
        return R.error("账号或密码不正确");
    }
    // 生成访问令牌，用于身份验证和授权
    String token = tokenService.generateToken(u.getId(),YongHuname, "YongHu", "");
    return R.ok().put("token", token); // 登录成功，返回带有访问令牌的操作成功信息
}

项目案例：

为什么选择我

博主本身从事开发软件开发、有丰富的编程能力和水平、累积给上千名同学进行辅导、全网累积粉丝超过50W。是优快云特邀作者、博客专家、新星计划导师、Java领域优质创作者,博客之星、掘金/华为云/阿里云/InfoQ等平台优质作者、专注于Java技术领域和学生毕业项目实战,高校老师/讲师/同行前辈交流和合作。

致谢

行文至此，意味着四年的大学生涯即将结束。叹时光荏苒，惜岁月流逝，不知不觉，四年就这么结束了。衷心感谢所有在毕业设计过程中给予帮助和支持的老师、同学、亲朋好友。在这段宝贵的时光里，所收获的不仅仅仅是愈加丰厚的知识，更重要的是在阅读、实践中所培养的思维方式、表达潜力和广阔视野。感恩之情难以用言语量度，谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意。首先要向我的指导老师表示最诚挚的感谢。在论文题目制定时，她首先肯定了题目大方向，同时具体分析，让论文有了具体方向。论文提纲制定时，经过老师的帮忙，让写作思路变得清晰明了。在完成初稿后，老师认真审阅初稿，指出了存在的很多问题。她严谨的治学态度、丰富的专业知识以及对学术研究的热情深深地感染和激励着我。在论文的撰写过程中，他耐心地为我解答疑惑，提出宝贵的修改意见，使我的论文得以不断完善。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！

其次要感谢那些在毕业设计过程中给予我帮助和支持的同学、朋友。很庆幸这四年来遇到了如此多的良师益友，无论在学习上、生活上，还是工作上，都给予了许多的帮忙和照顾，让四年的大学生活充满了温馨。感恩之情难以用言语量度，谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意。正是有了你们的陪伴和鼓励，这篇论文才能够顺利完成。愿的友谊长存，愿在人生的道路上不断前行，共创美好未来！最后，要感谢我的父亲、母亲，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报。他们一直是最坚实的后盾，给予了无尽的关爱和支持。让在漫长的人生旅途中的心灵有了虔敬的归依，为顺利的完成毕业论文带给了巨大的支持与帮忙。在未来的日子里，勇敢地面对挑战，不断超越自己，展翅翱翔，勇往直前。

谨以此文献给人生中最美好的时光，献给所有给予关心和帮助的人！

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