无线病房呼叫系统主控机与便携式应答器的设计与研究

《无线病房呼叫系统主控机与便携式应答器的设计与研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

分类号密级尽刃对,天事周灭匕学位论文无线病房呼叫系统主控机与便携式应答器的设计与研究研究生姓名王国呈指导教师姓名、职称一一姐建里卫崖塞匕一一—学科专业计算机系统结构研究方向嵌入式方向论文工作起止日期年月至年』论文提交日期年月 昆明理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名支司呈及。年夕月日关于论文使用授权的说明本人完全了解昆明理工大学有关保留、使用学位论文的规定,即学校有权保留、送交论文的复印件,允许论文被查阅,学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印或其他复制手段保存论文。保密论文在解密后应遵守刁呱墉冲火泊咬导师签名`俨`月`论文作者签名工丫习卫公日期孚。年夕月刀日 摘要无线病房呼叫系统主控机与便携式应答器的设计与研究摘要当今嵌入式技术及无线网络技术飞速发展,越来越多的相关产品悄然走进商业、教育、医疗等领域,在我们身边嵌入式产品无处不在。随着医疗环境的不断改善,对医护工作者的工作质量及效率提出了更高的要求。如何第一时间内响应患者发出的请求,高效解决临床事件,产生了病房呼叫系统。追溯病房呼叫系统的发展历程,从单一的门铃式到声光报警式、从有线式到无线式随着新技术的不断涌现,相应产品都在进行不断的革新。目前国内医院主要采用有线式病房呼叫系统,每个床位都需要独立的通信线路与护士站的主机相连,使得布局像“蛛网”一样复杂,不仅外观难看,而且还存在一系列的安全隐患,扩展性相对较差,当在病房内或者急诊时的楼道间增加病床时不能安装呼叫器,就有可能导致不能对这些患者进行即时有效的有护理,甚至出现护理疏漏。本文提出一种“基于网络的无线病房呼叫系统”解决方案,以此对传统型病房呼叫系统所存在的不足进行改进。本文主要完成以下工作针对传统型病房呼叫系统,无线网络技术,嵌入式技术的发展情况提出了一种基于无线网络技术及嵌入式技术的病房呼叫系统解决方案。对于护士随身应答系统的各个模块的关键接口进行了深入的分析,并完成了,,等各个单元模块的硬件驱动电路设计及软件编制。在护士站应答系统中完成了对一及基于工操作系统的内核移植、根文件系统的移植以及相关嵌入式系统的平台的搭建、相关接口模块的驱动及应用软件的编制,最终实现整个系统。关键词基于无线网络的病房呼叫系统主控机便携式应答机 昆明理工大学硕士学位论文,,,,,,,一,一,,,朋七七,刀“,,,,,,“一,',,,,一一,,,一飞 Abstraetsoftwareprograming.3.ResPonsesysteminthenursingstationontheU一,、户 昆明理工大学硕士学位论文目录摘要下尺下目录……第一章概述选题背景……国内外发展概况……实地调研情况……,……工无线网络通信发展概况……基于无线网络的病房呼叫系统特点……论文研究内容……论文章节安排……本章小结…,…,……第二章系统总体设计……传统型病房呼叫系统结构……基于有线型病房呼叫系统结构分析……基于射频技术的无线病房呼叫系统结构分析无线通信方式分析……红外无线技术……蓝牙技术…… 目录超宽频技术……工一工工技术……工技术……,……,二无线通信方式对比……基于无线网络的病房呼叫系统总体结构设计……系统结构……功能实现……系统特点……本章小结……第三章便携式应答器系统设计与实现……便携式应答器总体结构概述……便携式应答器系统总体设计……工单片机概述……系统硬件选择及设计……系统软件设计……便携式应答器声光报警模块……便携式应答器声光报警的硬件设计声光报警程序……便携式应答器显示模块一液晶显示模块一与单片机的硬件连接二一液晶显示屏的驱动程序 昆明理工大学硕士学位论文便携式应答器的键盘操作接口模块……便携式应答器的键盘设计……键盘与单片机的硬件连接……便携式应答器的键盘程序设计……便携式应答器的实时时钟设计……工总线概述及工作原理,……时钟芯片概述…与单片机硬件连接的驱动程序设计…应答器的存储器设计…存储芯片概述……工与单片机的硬件连接……工的驱动程序设计……便携式应答器与工模块通讯接口……一串行总线概述及工作原理……串口电平转换芯片概述……,…与单片机的硬件连接……的应用程序设计……本章小结……第四章护士站主控机系统设计与实现……主控机总体硬件部分系统总体软件部分二 目录系统层软件二应用层软件二主控机显示模块设计……接口及一驱动芯片简介主控机显示部分驱动配置……主控机输入部分设计……主控机用户接口设计及串口配置…本章小结……第五章总结与展望……、……研究工作总结……本课题的完善与展望……参考文献……致谢···········……””'”'`'附录·····…… 第一章概述第一章概述选题背景病房呼叫系统是患者向医护人员发送求助信号的通讯工具,可将患者的请求快速传递给值班医生或护士,其基本功能就是通过简单快捷的途径使护理对象与医护人员建立沟通。病房呼叫系统是现代医疗机构实现信息化、现代化管理的重要组成部分,可以有效地提升机构形象,强化机构管理。在结构上,病房呼叫系统是由安装在病床附近的呼叫装置和安装在护士站值班室的应答装置两部分所组成。当患者遇到紧急情况时可按下呼叫装置的求助按钮向护士值班室发送呼叫信号,护士站应答装置接收到该信号后便发出声、光及语音报警通知值班护士。此时护士作出迅速响应,便可根据报警提示到求助病房对所发生事件进行及时相应的处理。目前国内医院普遍采用的是有线式呼叫系统,即病房呼叫器与护士站主机通过专线来进行连接,每个床位都需要引出独立的线路与护士站的主机相连,个床位需要条线路,不仅影响美观,而且工程量大,布线十分复杂。此外,它在可扩展性能方面也相对较差。如果特殊情况下需临时在病房内、外增加床位,建立病房呼叫的连接比较困难。因此在患者较多的情况下很容易导致对临时患者的护理疏漏。当前,少数成型的无线病房呼叫系统基本上采用基于工无线射频进行传输,在连接方面省去了专用线路,大大减少了施工量,而且美化了外观。但这种系统的最大缺陷是容易产生同频信号干扰,在同一频段内的其他无线设备工作时如汽车防盗报警器信号将会抵消。此外,当多个节点同时发送呼叫信号至护士站时相互间抢占信道,护士站主机会丢掉其中的部分呼叫请求,可靠性相对较低。随着医疗水平的逐步提高,医疗环境的不断改善对医护工作也提出了更高层次的要求。如何合理的利用医疗资源,快速响应病房突发事件,以便更好地为患者服务是现代医疗机构必须解决的现实问题。病房呼叫系统在此方面发挥着重要的作用,需要病房呼叫系统具备良好的稳定性、可靠性。病房呼叫系统是现代医院提高临床护理效率的重要手段,也是护理工作者与患者间信息传递的桥梁。随着无线通讯技术的飞速发展,嵌入式处理器如单片机、等的广泛应用以其具有体积小、集成度高、价格低、性价比高等突出优点己在智能仪表、工业控制、数控机床、数据采集以及各种家用电器等领域得到了广泛应用。因此,利用无线通信技术及嵌入式处理器开发一种适合于现代医疗机构的运行可靠、价位低廉的无线病房呼叫系 昆明理工大学硕士学位论文统,已经势在必行。本文从应用角度出发,基于嵌入式系统平台,研究并设计了一种新型的无线病房呼叫系统,针对现有病房呼叫系统的不足,做出了相应的改进和补充,以更好的满足医疗机构的实际需求。国内外发展概况追溯病房呼叫系统的发展历程主要分为以下个阶段即早期由患者在病房内口头呼唤护士或陪护人员亲自到值班室找护士阶段,到手摇或敲打床头的钟铃呼叫阶段。随着计算机及电子技术的发展,逐渐发展到了门铃式呼叫,直至今天各种病房呼叫系统的诞生。国外医疗机构的病房呼叫系统发展十分迅速并逐步向可视化、智能化迈进。相比之下,我国病房呼叫系统起步较晚,在世纪年代还没有真正意义上的病房呼叫系统。改革开放以来随着新产品的引进,电子技术的发展,门铃式呼叫系统渐渐的在国内各医疗机构普及,但由于技术含量低,稳定性差等不足,在应用方面还存在许多隐患。时至今日,随着嵌入式技术、无线网络等技术的涌现及应用,病房呼叫系统也在日益完善并且正朝着小型化,智能化人性化的方向发展,相信在不久的将来我国的同类呼叫产品也会站在世界同行的前列。实地调研情况为了解目前病房呼叫系统临床应用的真实情况,从实际应用角度出发对本地区几所三级甲等医院进行了详细的实地调研。笔者发现所有调研对象均采用有线式病房呼叫系统,所存在的几点主要问题是布线复杂,采用星型拓扑结构将整个楼层所有病房的呼叫线路统一接入到护士值班室的基线箱内,病房中每一个床位须引出一条专线与护士站主机相连,走线经由走廊内墙壁与天花板拐角线槽架设,对线路检修造成了不便。可扩展性差,若在急诊区或住院区临时增加床位,不能在相应的床位安装呼叫器。机动性较差,尤其是在夜间值班护士较少,在较大区域内护士必须要在病房到护士站来回移动,即处理完一个响应后必须回到护士站等待另一个呼叫信号。·无线网络通信发展概况是一种新型的低成本、低功耗、低速双向无线通信技术,主要适用于自动控制以及远程控制等领域,技术是由早期的、·,发展而来。并由 第一章概述年月成立的工巧工作组制定其核心协议。高层应用、通讯测试、及市场推广则由年月成立的联盟负责。随着网络协议的不断完善,周边技术的日益成熟,技术逐渐被各行各业所应用,渐渐的来到我们的身边'。基于无线网络的病房呼叫系统特点是一种遵循工的无线网络连接技术,可以工作在、、的高频上,具备、和传输速率,点对点理论传输距离为一米,随着节点的增加可以延续传输距离。具备以下特点阴低功耗由于传输速率比较低决定了发射功率只有的低功耗,并且可以采用休眠方式,大大降低功耗。低成本模块最初阶段为美元,随着应用的推广很快会降到美元以下,并且协议免专利费用。接收延时短搜索设备为,接入时间为,休眠唤醒时间为。网络容量大扩展性强同一域内可接入'个节点。可靠性采用了碰撞避免策略,避免了发送数据时的碰撞及竞争冲突。安全性提供基于循环冗余校验的数据包完整性检查功能,采用了一高级加密算法保护数据载荷及防止攻击者冒充合法设备。技术是一种新型的无线组网技术,采用跳频技术和扩频技术,它可与个节点联网,其特点是低功耗、低数据量、低成本、使用免费频段波段、自动动态组网、高抗干扰及高保密性。技术非常适合用于实现小范围的无线传感器网络。基于无线网络技术的病房呼叫系统避免了传统式病房呼叫系统所带来的诸多不便,并且具有以下优点布线工程量小呼叫及应答装置完全采用无线式连接,大大缩短了布线时间。网络扩展性高临时在网络覆盖区域增加节点只需修改呼叫器的,可以接入到应答系统。无盲区在区域比较大的环境或走廊拐角多的环境中,可以通过增加节点提高通讯质量。可靠性强多个呼叫节点同时进行呼叫时会采取碰撞避免策略,有效的避免了竞争冲突。 昆明理工大学硕士学位论文论文研究内容本文依托科技部中小企业科技创新基金项目《智能家居系统与智能家居控制器》作为实践基础。提出一种基于无线网络技术的无线病房呼叫系统的总体解决方案。利用工单片机和实现了护士便携式无线应答器,及护士站值班室主控器的主要功能。详细介绍了护士便携式应答器与护士站主控器的设计到实现的整个过程。基于无线网络技术及嵌入式技术的无线病房呼叫系统是对传统病房呼叫系统革新的一次尝试。论文章节安排全文共分五章,各个章节内容概括如下第一章绪论部分介绍了论文的选题背景、国内外发展概况以及论文所研究的主要内容。第二章提出了基于无线网络技术的无线病房呼叫系统的总体设计思想,以及系统各模块间的通信方式及系统总体设计结构。第三章介绍了护士便携式应答器的硬件及软件的设计方法,给出相关模块的电路原理图,详细阐述了各个单元模块功能及相应器件及参数的选取。主要介绍了字符、矩阵式键盘、实时时钟、等器件与工单片机的连接以及相关的软件编制。第四章对护士站主应答器的设计进行描述。主要介绍了开发环境的建立,,内核及根文件系统的移植。阐述了通过标准接口实现与显示器的连接,通过总线实现鼠标与联机。第五章总结与展望对论文进行总结并且对下一步改进工作进行展望。本章小结本章主要介绍了病房呼叫系统的概念,发展历程,以及当前国内外病房呼叫系统的发展情况。通过实地调研了解传统病房呼叫系统所存在的不足。介绍了技术的概念发展情况以及技术的特点。从实际应用角度入手提出了基于无线网络技术的病房呼叫系统解决方案。最后对本文各个章节所完成的工作进行了概述。 第二章系统总体设计第二章系统总体设计传统型病房呼叫系统结构本节将主要分析传统型病房呼叫系统所存在的问题,其中包括有线型病房呼叫系统和基于射频的无线病房呼叫系统。基于有线型病房呼叫系统结构分析传统的有线型病房呼叫系统是将各个病房呼叫器呼叫开关或按钮通过电线连接到护士站的应答器中,由开关的、·闭合开启产生呼叫信号发送至应答器中,护士站应答器判断哪一个呼叫器发出的报警,再由应答器将相应的报警信号发送至报警器,报警器产生声光报警,报警器或数码管显示病房及床位号码,扬声器或振铃发出报警声音通知护士来处理报警事件。器件图例巨工圈今—呼口日器图—报警器句一应答器图传统的有线型病房呼叫系统由图可以看出传统的有线型病房呼叫系统采用的是、、星型一集线器,结构,所有节点统一接入应答器的集线器中,所有线路都要从病房中走出接入应答器。由此可见,传统的有线型病房呼叫系统布线比较复杂,并且当多个呼叫器节点同时发送呼叫信号时容易产生信号碰撞,可能导致呼叫请求的遗漏。特殊情况下医护场所需要在病房外临时增加床位时,不能够随即增加呼叫器节点,在护理区由于患者众多,医护人员较少这很容易造成局面混乱,有可能对一些患者造成护理疏漏,影响医疗服务质量。 昆明理工大学硕士学位论文基于盯射频技术的无线病房呼叫系统结构分析基于射频技术的无线病房呼叫系统对传统有线型病房呼叫系统进行了改进,省去了呼叫器与应答器间冗余的连线,采用射频模块无线收发,大大缩减了布线工作量,并且可以临时增加呼叫节点。器件图例今今—呼叫器瓦耳丁`圈一报警器、应答器画卜一二了一一一今一一今图基于射频的无线病房呼叫系统图所示,基于射频技术的无线病房呼叫系统的工作原理是通过呼叫器发送射频信号至应答报警器,再由应答报警器发出报警信号通知护士进行处理相应的报警事件。但是,由于射频模块的发射功率大而决定了其功耗相对较大,用电池供电需要经常更换,极其不便,若采用电源适配器供电,在临时增加节点的地方就需要提供电源接口,这样就失去了无线呼叫的意义。目前所采用的射频芯片通常工作在一频段之间,与许多设备频率相同,比如汽车防盗遥控器,较容易产生同频干扰,导致信号失灵。此外,的工作模式决定了它无法避免信号碰撞,当同时有多个呼叫器进行呼叫时会产生信号碰撞,造成呼叫信号丢失,疏漏病房报警。因此,基于射频技术的无线病房呼叫系统存在一定的不足。无线通信方式分析无线网络传输部分是本系统的重要组成部分之一,无线通信方式的选择对于无线病房呼叫系统的安全性、可靠性、可扩展性来说起着至关重要的作用,无线通信方式的种类很多,本节介绍了目前所流行的各种无线通信方式,并对其进行了分析比较。 第二章系统总体设计·红外无线技术工是红外数据协会的缩写,全称为工,是二十世纪九十年代初期成立的一个国际性非营利组织,负责制订和推广可以共同使用的低成本红外数据互联的国际标准,当前全球拥有多个会员,参与的厂商涵盖了计算机、通讯硬件、通讯软件以及通信运营商等。的宗旨是制订以合理的代价实现标准及协议,从而促进红外通信技术的发展。工标准的无线设备传输速率己从逐步发展到、。红外无线通信技术是一种利用红外线进行点对点通信的技术,也就是说,红外通信是利用红外光进行通信的一种空间通信方式。红外无线通信技术由于其价格低廉,使用方便,解决了有线连接的许多不便,因而受到了家电设备厂商、电脑外围设备商、以及通信设备厂商的高度重视,并吸引了大量资金来进行相关的研究与开发。目前,支持它的软硬件技术都很成熟,在小型移动设备如、手机上被广泛使用。它具有移动通信所需的体积小、功耗低、连接方便、简单易用、成本低廉、不需申请频段及技术比较成熟的特点,但工用于工业网络上的最大问题在于只能在台设备之间连接,并且存在有视距角度等问题。蓝牙技术蓝牙。。技术一开始就瞄准了无线局域网的市场,在米到米的空间内,支持该技术的移动或非移动设备可方便地建立网络、进行音频通信。蓝牙技术的最终目标是建立一个全球统一的无线连接标准,使不同厂家生产的移动计算机和便携式设备能在近距离通过无线的方式连接起来,实现交叉操作及交互信息数据共享,各种信息化的移动便携设备通过无线的连接方式实现资源共享。蓝牙列入了工巧标准,其规定子包括层、层、网络层和应用层的集成协议栈。蓝牙的工作频率为,有效范围为半径约内。在其范围内,设备相互间可自动使用无线的方式连成一个微微网,进行联络与确认。多个间也可互连形成散射网,在不需要用户干预的情况下,可通过相应的控制软件建立连接,进而传输数据。为对语音和特定网络提供支持,蓝牙需要协议栈提供的系统开销,从而增加了系统的成本和复杂性。另外,蓝牙对每个微微网只能配置个节点,制约了其在大型传感器网络中的应用。超宽频技术超宽频全称为工,该技术发展于世纪年代,当时主要 昆明理工大学硕士学位论文研究微波网络在面对时域脉冲时产生的瞬间行为。年代后期,技术开始被称为无载波或脉冲无线电,美国国防部在年首次使用'、超宽频“这个词。技术带宽相对较大,分辨率高,抗干扰强、保密性好、定位精确、系统容量大且传输速率高。根据最新的美国联邦通信委员会的定义,超宽频系统的中心频率高于,并具有至少的一频宽。种类众多,因此潜在的应用也相当广泛,包括无线局域网、个人局域网络、短距离雷达如汽车传感器、防撞系统、智能型高速公路感测系统及液态物体书评侦测系统、穿地雷达,以及应用在医疗监视与运动员训练等领域的人体局域网络。一技术一,无线高保真是一种无线通信协议。的最初规范是在年提出,主要目的是提供接入,是目前的主要技术标准。流行的几个版本包括“”波段为,带宽为、“”波段为,带宽为和“”波段为,带宽为。版本的复杂性为用户选择标准化无线平台增加了困难,工标准目前还没有被工业界广泛接受。一技术的工作频率为,最高传输率能达到。一规定了协议的物理层和媒体接入控制层,并依赖作为网络层。一技术能让无线用户得到以太网的网络性能及速率,且可无缝地将多种技术集成起来,形成一种能最大限度地满足用户需求的网络,具有部署方便、通信可靠、抗干扰能力强、成本低、灵活性好、移动性强、吞吐量高等特点。由于其优异的带宽是以大的功耗为代价的,因此大多数便携一装置都需要常规充电,这些特点限制了它在工业场合的推广和应用'。技术联盟成立于年月。年下半年,由英国公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司和荷兰飞利浦半导体公司共同发起,加入联盟来研发名为、、,的下一代无线通信标准'。目前,这个联盟已经吸引了上百家芯片公司、无线设备开发商和制造商的加入「'。年,工发布了适用于无线个人局域网的工巧协议标准,定义了物理层和层的特性。年月,联盟正式发布了技术的标准“〕。工技术是一种短距离的无线通信技术,使用波段, 第二章系统总体设计采用跳频及扩频技术。网络具有低功耗、低成本、低速率、近距离、短时一延、高容量、省电、安全及免执照频段的特点,主要应用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间,典型的传输数据类型有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据。技术的应用目标主要是工业控制如自动控制设备、无线传感器网络、医护如无线传感器网络、家庭智能控制如照明、水电气计量及报警等、消费类电子设备的遥控装置、外设的无线连接等领域。因产品的互操作性与厂商无关,免去每次为制定方案的重新设计,增强了产品的革新,应用工业标准和通用平台更具经济效益一。无线通信方式对比由表可以看出技术相比于技术、一技术、技术具有成本低、功耗低、网络容量大、安全可靠等优点,它本身的特点使得其在传感器网络、家庭监护、系统安全等领域有很大的发展空间。本系统的无线传输部分将采用技术。命恢几一系统开销较大大大刁、刁、电池寿命较短短长短最长网络节点物理范围定向一传输率一传输频率传输介质高于射频身寸频红外射频身寸频表无线通信方式对比 昆明理工大学硕士学位论文基于无线网络的病房呼叫系统总体结构设计本节将概括性的介绍基于无线网络的病房呼叫系统的设计方案,包括总体的结构设计,各个模块所实现的功能以及该系统的主要特点。系统结构基于无线网络的病房呼叫系统其结构如图所示,共可分为三个部分第一部分为病房内部的呼叫系统部分第二部分为护士站的主控应答及报警部分第三部分为便携式应答系统部分其中无线连接方式采用无线连接方式。图基于沙无线网络的病房呼叫系统总体结构功能实现基于无线网络的病房呼叫系统是一个综合的呼叫系统,它包括病房呼叫信号的发送,护士站对相应呼叫信号接收以及处理并触发声光报警,便携式应答系统对主控机转发的呼叫信号进行接收并做出响应。该系统涵盖了护理区域内病房呼叫信 第二章系统总体设计息的采集、数据的无线网络传输、呼叫信息的传递及处理,以病房呼叫信号为主线,满足护理区域内医护人员对该系统的要求,增强了呼叫系统的可靠性,极大提高了医疗护理的工作效率和服务质量。其具体的工作流程如下当患者遇到紧急情况需要及时处理时,按下呼叫按钮,通过无线模块向护士站主控机发送呼叫信号。根据具体的建筑结构特点可以在信号较弱的位置增加节点,呼叫信号由增加的节点增强信号后发送至护士站主控机,若特殊情况需要在病房外增加床位只需临时加装呼叫器即可。护士站主控机接收呼叫信号并识别传递来的相应工由位组成,楼宇间位可涵盖个建筑物,楼层位可涵盖个楼层,病房位可涵盖个病房显示在主控机的屏幕上,由主控机将相应的报警信号发送给报警器。护士站主控机再将接收到的呼叫信号通过无线模块转发至便携式应答器。在护理区域内医护人员不足的情况下,可以通过便携式应答器了解病房呼叫的相关信息。系统特点基于无线网络的病房呼叫系统通过无线网络连接,稳定,可靠,与传统的病房呼叫系相对比具有如下特点、通信方式基于无线网络,安装简单,不需要复杂的布线工程缩短了工作量,避免了时间和空间的资源浪费。、启用休眠方式,有效的节省了功耗。此外,在信号较弱的地方加装节点用来做中继器,可增强信号并保证呼叫信号的传输质量。数据碰撞避免功能可以保证多个呼叫器同时向主控器进行呼叫时,信号不丢失,从而提高了呼叫系统的可靠性。、护理区域内临时增加病床时,可以随时安装呼叫器并建立呼叫器与主控器及便携式应答器之间的连接,增强了网络的可扩展性。、便携式应答器可随身携带,医护工作人员在离开护士站的清况下也可以接收到病房发出的呼叫信号,并可根据此信息迅速的做出响应,不仅提高了工作效率,而且缩短了患者等待时间。 昆明理工大学硕士学位论文本章小结本章前半部分引出病房呼叫系统的概念、功能以及传统有线型、无线型病房呼叫系统的结构,并对其系统结构进行了具体分析,随后概述性介绍了几种可以在建筑物内部应用的短距离无线通信方式,综合此类通信技术的优缺点提出了适合病房无线呼叫系统的无线通信方式。在本章的后半部分提出了基于无线网络的病房呼叫系统的总体结构,设计方案并对其实现过程以及系统特点进行了相关的阐述。 第三章便携式应答器系统设计与实现第三章便携式应答器系统设计与实现便携式应答器总体结构概述便携式应答器是基于无线网络的病房呼叫系统中的重要组成部分。如图所示,当护士站主控机接收到病房呼叫器所发来的呼叫信号时,主控机随即做出报警并同时将此信息发送给便携式应答器。便携式应答器的工作就是对主控机转发的呼叫信号进行应答,以便在医护人员离开护士站的情况下也能够及时接收到病房呼叫信息并对其做出快速响应,便携式应答器在整个系统中存在的作用可以看作是患者与护士之间一座可移动的桥梁。如图所示,便携式呼叫系统按其结构可划分为以下模块显示、按键输入、声光报警、实时时钟、数据存储以及工通讯接口。本章将对此部分的设计进行详细的阐述。图便携式应答器的模块示意图 昆明理工大学硕士学位论文便携式应答器系统总体设计单片机概述系统主控芯片采用的是公司的单片机。是一款纳瓦技术的引脚增强型闪存单片机。它采用精简指令集工工、哈佛双总线、两极指令流水线结构。其抗干扰能力强,性价比高,深受广大客户的普遍欢迎。引脚示意图如图所示。材峥价沪户,又少一只刀别户加声一一日切户尹弓一加一只尸几心产八只一只三一一璧以八澎澎决〔厂一一只热户尺八汀滩心丁一一只日刀下刀气别粼澎料曰一一八到一叫卜一只日口封刃旧了八户刀卿扣一辱录翌一口仁勿卜一一夕`夕达一一'心的一尸户护一嘴军只一园户户澎了幻夕了一'分犷一只夕户声扩八一万几几于一只了户附汀汀,目一一只了冷厅,打山一一只厅刀尺尹尸一一只别矛附一一只以虑以护一一只别护一,叫闷卜刀宁图封装的引脚示意图工具有以下特性具有高性能工仅有条单字指令除程序分支为两个机器周期外,其余均为单周期指令主同步串口,模块支持线总共种模式和工”主从模式增强型可寻址模块支持一、一和一使用内部振荡器电路工作无需外部晶振启动位自动唤醒优化的编译器架构为优化重写入代码而设计的可选的扩展指令集可在软件控 第三章便携式应答器系统设计与实现制下自编程扩展的看门狗定时器,可编程周期从到通过两个引脚进行单供电电源下的在线串行编程一,,工”通过两个引脚进行在线调试一,宽工作电压范围到灵活的振荡器结构种晶振模式,频率高达倍频锁相环可用于晶振和内部振荡器两种外部模式,频率最高为,两种外部时钟模式,频率最高为,内部振荡器电路个可由用户选择的频率,从到在和结合使用时提供较宽的时钟频率范围,从到运行速度一时钟输入,一指令周期程序存储器容量为上电复位上电定时器和振荡启动定时器监视定时器,它带有片内可靠运行的振荡器可编程的代码保护低功耗睡眠方式最高拉灌电流四个内部中断、带有预分频器的位定时器计数器带有预分频器的位定时器计数器,在使用外部晶体振荡时钟时,在期间仍能工作。带有位周期寄存器,预分频器和后分频器的位定时器计数器。带有主模式和主从模式的带有位地址探测的通用同步异步接收发送器带有,和控制只引脚位字宽的并行从端口带有降压复位的降压检测电路'〕系统硬件选择及设计便携式应答器硬件结构框图如图所示 第三章便携式应答器系统设计与实现下面将逐一介绍各个模块的主要功能及特点主控器在整个便携式应答器系统中核心控制器件是单片机,它控制着系统中各个功能模块的工作,由此可见,单片机的选择尤为重要。本系统中选用的单片机型号为,是公司推出的一款纳瓦技术的引脚增强型闪存单片机,内部仅有条单字指令除程序分支为两个机器周期外,其余均为单周期指令大容量程序存储器,个数据存储器字节,数据存储器字节,供用户使用而传统的系列单片机只有字节供用户使用由于本系统为便携式设备,所以系统的低功耗,低耗电量显得尤为重要,采用了纳瓦技术,使系统功耗大大降低,提高了系统的可靠性〔`】。键盘输入模块键盘是人机接口的主要部分之一,采用键矩阵键盘设计,总体包含了上、下、左、右、确定唤醒、删除个功能键,所对应的操作可显示在液晶屏上。实时时钟模块系统采用时钟芯片,作为系统的时钟源。该时钟芯片是公司推出的涓流充电时钟芯片,内含有一个实时时钟日历和字节静态,通过工串行总线与单片机进行通信。实时时钟日历电路提供秒、分、时、日、日期,月年的信息,每月的天数和闰年的天数可自动调整。时钟操作可通过指示,决定采用还是小时格式。与单片机之间能简单地采用同步串行的方式,通信仅需用到三个口线复位、工数据线、串行时钟时钟,的读写数据,以一个字节或多达个字节的字符组方式通信。功率很低,在保持数据和时钟信息时功率小于,。数据存储模块为了能够将主控机发送的呼叫信号保存至便携式应答器,因此需要一个存储设备。系统采用公司的作为数据存储器。是一个低功耗、小容量串行总线存储器。它的容量为,存储器配置为,串行接口线式传输,可接到所提供的工总线上。电源电压范围为飞,工作温度范围为一“一“,完全能够满足便携式应答器的呼叫信息存储设备的要求。显示模块系统采用一字符型来显示系统的时间、呼叫信息以及操作状态。该模块接口方式灵活,操作指令简单,可以显示列字符,每个字符由点阵 昆明理工大学硕士学位论文组成。声光报警模块声光报警模块由蜂鸣器和印组成,接在的工上,利用单片机端口的数据寄存器发送高低电平指令,来控制蜂鸣器和的工作与停止,利用中间延时的长短来控制产生报警频率。接口模块在单片机中提供了主同步串口,模块支持线总共种模式,并支持一通信方式使用内部振荡器电路工作无需外部晶振。因此,与模块连接采用一串行通信方式是最佳选择。系统软件设计本小节内容将详细介绍系统软件的总体设计。一、功能结构对用户来说系统所实现的功能及操作如下当便携式应答器接收到呼叫信息时,应答器发出声光报警,并在上显示病房的呼叫信息,通过按下确认键消除报警在无呼叫信息时显示当前时间,并可以对系统时钟进行设置,也可以回顾前个呼叫信息的内容。便携式应答器功能结构如图所示。用户接口尸瑙槛当报警信息确认唤醒时钟设置呼叫信息回放图便携式应答器功能结构 第三章便携式应答器系统设计与实现二、软件总体设计流程便携式应答系统的软件总体设计流程如图所示,分析如下系统上电,复位电平拉高单片机开始工作对单片机输入输出端口及相关寄存器如方向寄存器、数据寄存器,特殊功能寄存器等的配置做必要的初始化。编写相关外部器件的驱动程序模块如声光报警、矩阵键盘、液晶屏、实时时钟、、串口电平转换芯片。便携式应答器待机状态时显示系统时钟,等待数据接收及用户操作。便携式应答器运行时系统分为个并行线程休眠线程、主线程即串口数据监听线程以及按键处理线程。在系统运行状态下,三个线程并发执行。休眠线程系统开机后计数器开始计数,在秒钟内若没有唤醒中断系统则进入休眠,系统处于休眠状态时,等待唤醒中断唤醒休眠后才继续工作。唤醒中断包括串口有数据输入即单片机引脚接收到数据时,唤醒单片机休眠状态并执行中断程序。当有按键按下时触发中断。如图便携式应答器电路图所示所有按键均连接在工及外部中断接口,配置工寄存器工工外部中断标志位。主线程该线程始终监听串口是否有数据输入,若有数据输入则唤醒单片机进入数据处理程序即唤醒单片机一产生声光报警一液晶屏显示呼叫信息一将呼叫信息存储至卜返回串口继续监听。若没有监听到数据输入则继续监听等待。按键处理线程在没有按键按下的情况下处于等待状态。若有按键按下且在单片机处于休眠状态时则产生唤醒中断,然后执行相应的按键操作程序,执行完毕返回继续等待按键按下。中断优先级串口中断高于按键中断。 昆明理工大学硕士学位论文芯片初始化驱动程序加载显示时间日期休眠线程主线程按键处理线程计时秒监听串口有数据月`饭叹砚塑石迸几恢犷李卜补了一声一」立一醒兰摘良唤醒一唤同筛警工执行按键操作图便携式应答系统软件流程图三、便携式应答系统底层驱动程序结构串口驱动程序矩阵键盘驱动程序…底层驱动程序显示驱动程序驱动程序数据存储器驱动程序图便携式应答系统底层驱动程序如图所示系统底层驱动程序包括串口驱动程序、矩阵式键盘驱动程序、字符型显示驱动程序、实时时钟驱动程序以及作为呼叫信息存储器的 第三章便携式应答器系统设计与实现驱动程序。系统底层驱动程序及相应的硬件电路设计将在下中文分别阐述。四、软件开发平台的介绍集成开发环境工是综合的编辑器、项目管理器和设计平台,适用于使用工⑧系列单片机进行嵌入式设计的应用开发。工是适用于工。⑧系列单片机和工数字信号控制器,基于操作系统的集成开发环境〕。集成开发环境完成的功能是完成源程序的编写。将源程序编译成目标代码。配合硬件调试器、目标板完成软件的调试。配合编程器将调试成功的目标代码写入到目标板的单片机中。编译器是在机上运行的交叉编译器,生成可由工系列单片机执行的代码。与汇编器一样,编译器将人可理解的语句翻译为单片机可执行的、,,和、`,。而与汇编器不同的是,编译器不将机器助记符一对一地翻译为机器码。接受标准语句,如和,并将其转换为机器码。编译器在这个过程中融合了很多、、智能,功能。当代码中一个函数采用的子程序也被其他函数使用时,编译器将优化这段代码。编译器能重新排列代码,删除不会执行到的代码,在多个函数间共用公共代码段,且可识别到使用效率低的数据和寄存器,并优化对它们的访问。代码采用标准的符号编写。源代码被编译为程序代码块和数据块,然后、·链接,到其他的代码和数据块,再存放到单片机的各存储区中。这个过程称为、,,,且在编写、测试和调试代码的程序开发过程中经常会进行多次。通过使用、·,程序可使这个过程更为、,智能化,,它仅对上次编译后项目中更改过的源文件调用编译器,因此可缩短项目编译的时间。可通过命令行调用编译器及其相关工具如链接器和汇编器来生成文件,可将这种文件烧 昆明理工大学硕士学位论文写到器件中。也可从中调用及其他工具。图形用户界面作为一个单一的环境,可在其中为嵌入式应用编写、编译和调试代码。对话框和项目管理器完成编译器、汇编器和链接器的大部分具体工作,因而用户可将主要精力集中在编写和调试应用程序的任务上。便携式应答器声光报警模块、便携式应答器声光报警的硬件设计单片机最小系统是为了让单片机工作所必需的最基本电路。便携式应答器是以作为主控芯片,其最基本的电路构成为电源电路负责为系统供电。时钟电路单片机工作的时间基准,决定单片机的工作速度。复位电路确定单片机工作的起始状态,完成单片机的启动过程。声光报警的硬件设计如图所示咖少日旦,“口七廿刃甲卜汹哪】卜三旦进二上二住一协一刀'工汤侣户习沪口尺叮匀仁厅二团只八色心、日户沪十尹以心〔用只召印日寻十尹二卜泥七尺八东汗口二卜`心`八户伪`份匀洲抽二尺八弓勿卜尺口今二欠月用幻足〔心闪爪丁刀斗书工田男拍们一团刃刀邓日口伪丁口门飞刀尺口甲台日从助日毛用日华吕门中尺峪气仁沪印〕日嗽电万口沪`甲味'甲`日习叭刀邓巾中日尺日斗仍匕巾甲甲与卜尸日了斗田日巾了冲用尺亡口旧护色乞一伯,刀卜一』一一川热帕心二口只`了爪拟与二卫竺生亡吕门马白日且﹄、性忿图声光报警的硬件设计图本系统采用正弦波晶体振荡器作为主控芯片工的时钟源,震荡电路 第三章便携式应答器系统设计与实现中谐振电容为,电阻为欧姆。电源供电为,滤波电容电解电容,单片机端口为复位端口设置为输入,正常工作时经上拉电阻接输入为高电平。复位时通过按下复位键,接地产生复位信号。报警部分由蜂鸣器和发光二极管组成。蜂鸣器利用控制三极管基极作为开关,当基极为高电平时,集电极与发射极导通,电路由、蜂鸣器、产生回路发出蜂鸣。当基极为低电平时断开。由端口控制当输出高电平时电路不导通印熄灭,当输出低电平时导通发光。因为的耐流值为,单片机端口最大灌电流为,为防止电流过大随坏器件,因此加装阻值为电阻一个,根据欧姆定律,算出经过限流电阻后通过的电流为。声光报警程序声光报警部分由蜂鸣器及组成,工作原理通过单片机输入输出端口控制蜂鸣器与的开启与闭合,利用中间延时长短控制产生报警频率。具体程序设计如下设置所有双用口为普通数字口初始化方向寄存器为输出,方向寄存器为输出。翼薰翼瓢薰翼薰耀馨薰鬓馨薰翼薰鬓鬓翼翼翼翼薰薰薰馨纂翼瓢报警函数,为报警次数变量报警函数,为报警次数变量从液晶显示模块一工业级字符型液晶,能够同时显示列行即个字符,其中每个字符由个像素点组成,该液晶屏采用控制器对液晶屏 昆明理工大学硕士学位论文控制。液晶模块内部的字符发生存储器己经存储了个不同的点阵字符图形,这些字符有阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等,每一个字符都有一个固定的代码,比如大写的英文字母、`,的代码是,显示时模块把地址中的点阵字符图形显示出来,我们就能看到字母”“。因为识别的是码,因此可以用工码直接赋值,在单片机程序中还可以用字符型常量或变量赋值。与单片机的硬件连接本系统所采用的一与工单片机的硬件连接如图所示一与单片机采用并行连接通讯。其中的、引脚分别为供电及接地引脚,接巧电源,接地引脚为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高。对比度过高时会产生'、鬼影,,所以在此处加装阻值为的电位器用来调节液晶屏的对比度。为寄存器选择连接至单片机,高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。为读写信号线连接至单片机,高电平、、,时进行读操作,低电平、,,时进行写操作。端为使能端连接至单片机,下降沿使能。”智卿林邵刹尽`“叱,“·田月`月民八皿份忧卜目川习擂咖低只甩叭川潮衬以只叶祀姗叶一洲一刀琳苏币不洲拍叨“。了人坪抽丈伙喇只八切闷户牌谈匆份心刃盯尺陌父贫旧只脚八刀劝刃沁、口哄帕价八艘扣只助』吕舫拍叫盆,恤爪帕山艘甲万一日邵翻印俐。铆云一飞口日滩份叨【即即〕工」坪`怜印明民钟钟妞炙一虱怜伽铆钟,了闷叭了冲邵邓困一一石一,一泊,团叭热抽一〔朋热帕已凭叭川一份云切刀口一〔名之如图从与单片机的硬件连接图 第三章便携式应答器系统设计与实现液晶显示屏的驱动程序一液晶显示屏的驱动程序是为了使单片机与能够通信的程序模块。一、对控制器的读写操作引脚定义一引脚由个控制线及个数据线组成。控制线由数据指令选择控制、读写控制、使能控制组成数据线由一组成。写读操作写操作就是要完成向液晶模块发送控制指令或所要显示的字符数据。读操作就是从寄存器中读取数据,在这里读操作是为了判定寄存器内是否有数据,从而判断的工作与闲置状态,避免重复发送数据导致显示乱码。写操作根据写操作时序如图写操作时序进行操作。这里硬件采用时序连接,根据一写操作时序图分析时序将要发送至的数据或指令准备好。图中从上至下可以看出第一条斜线画在了和上,也就是第一个时序从这里开始,先将设为高或低高表示数据的读或写,低表示指令的读或写、设为低表示将要进行写操作。将使能端拉低,最小时间长度为时间段后拉高,并保持最小时间长度后将拉低,完成一次写操作。读操作根据图读操作时序进行操作,将设为高,其他步骤与写操作相同。,沐二诵义,,别,匕触,、厂'甸口了岁广习不斗声针今丛沐刘图写操作时序 昆明理工大学硕士学位论文冈`习,式十细洲尸砂争尸侧,卜`卜作刁成`详叹只争十山宁叫细又拟一图卖操作时序二、操作指令一内部所采用的控制芯片为因此要对控制芯片指令进行分析指令码功能清屏设置显示,点阵,位数据接口开显示关显示显示光标不显示光标光标闪烁光标不闪烁当读或写一个字符后地址指针加一,且光标加一当读或写一个字符后地址指针减一,且光标减一习当写一个字符,整屏显示左移或右移二,得到光标不移动而屏幕移动的效果。当写一个字符,整屏显示不移动三、驱动程序主要功能函数及定义单片机初始化接口定义及主要功能函数声明 第三章便携式应答器系统设计与实现写数据函数根据图写操作时序完成对数据的写操作写指令函数根据图写操作时序完成对指令的写操作单片机端口初始化对初始化,输入相关控制指令 第三章便携式应答器系统设计与实现按键按下将进入休眠状态等待唤醒。当接收到呼叫信息并触发声光报警时,用户可通过按下、、取消键,取消声光报警。则从显示报警信息的页面跳回至主页面显示系统时钟,应答器将此次呼叫信息及时间存入至存储器中,用户可根据接收到的呼叫信息随即进行相应的处理。在未接收到呼叫信息时,用户可以通过方向键的、,左键,及”右键`,来选择查看显示在液晶屏上的过去条呼叫信息,并可通过`,取消键,返回至主屏幕,此时显示系统时间。在应答器处于闲置状态即串口处于监听状态且没收到呼叫信息时,用户可以通过方向键对系统时间进行调整操作,并按下“确认键”进行确认。键盘与单片机的硬件连接便携式应答器的输入部分采用矩阵式键盘与单片机的连接,如图便携式应答器键盘电路原理图所示矩阵键盘将占用。中端口的、、、、这五位。、、接在电路的端,在操作时需要将这五位的方向寄存器设置为输入,根据单片机的电气特性工端口所允许的最大灌电流是,因此需要接入限流电阻,本电路所使用限流电阻的阻值为。一刀工外万刀汤刃龙答撼介侣怕弓一…了朋护口叮二厅二目一︸一︸。﹃汀陀溉】溉〔印份二卜袋〔日二二必二二口二二必`份哈八弓叮兀了爪刃一〔二〕一,工二习`二二匕一孰苏刀招习刀扣甲用甲冬甲哪`甲心口卜甲甲日甲甲了平了冲田职热川熟巴护了曰门到。图便携式应答器键盘电路原理图 昆明理工大学硕士学位论文便携式应答器的键盘程序设计键盘是整个便携式应答系统中的低速设备,为了节省单片机资源,因此采用计数器中断查询方式来实现按键处理程序,计数器每隔伽查询一次并通过口的“电平变化中断”,引起键盘中断服务程序的调用,来确定是否有键按下,如果有键按下,扫描检测出是哪个键没有键按下则返回。中断定时器判断键盘是否有按键,设立一个标志,然后主程序里面的键盘处理通过判断标志是否成立来决定是否进入键盘处理部分。便携式应答器的矩阵式键盘扫描原理本系统采用了”,矩阵式键盘作为输入设备,如图便携式应答器键盘电路原理图可以看出键盘占用了单片机端口的、、、、这五位。其中、、为列控制接至、为行控制端。系统初始化时将端口的方向寄存器、、位设置为叹“输入方向,其它位设置为呻“输出方向。在没有按键按下的情况下行控制端、、状态为高电平输入。逐次由、输入低电平,延时防抖后读取、、的端口数据进行判断,若无键按下,则、、端口输入为高电平叹“,若有键按下,则、、中某一端口输入为低电平”,,再判断是具体某一行、某一列的按键按下,最后读取该键值。主要程序如下 第三章便携式应答器系统设计与实现系统调用键值为个方向键、方向键、丰方向键、方向键、确认键、取消键便携式应答器的实时时钟设计总线概述及工作原理工一工总线是一种由工工公司开发的两线式串行总线,用于连接微控制器及其外围设备。一、总线特点·写工总线最主要的优点是其简单性和有效性。由于接口直接在组件之上,因此总线占用的空间非常小,减少了电路板的空间和芯片管脚的数量,由氏了互联成本。总线的长度可高达英尺,并且能够以的最大传输速率支持个组件。总线的另一个优点是,它支持多主控,其中任何能够进行发送和接收的设备都可以成为主设备,一个主控能够控制信号的传输和时钟频率。当然,在任何时间点上只能有一个主控。二、总线工作原理总线是由数据线和时钟构成的串行总线,可发送和接收数据。在与被控之间、与之间进行双向传送,最高传送速率。各种被控制电路均并联在这条总线上,但就像电话机一样只有拨通各自的号码才能工作,所以每个电路和模块都有唯一的地址,在信息的传输过程中,工总线上并接的每一模块电路既是主控器或被控器,又是发送器或接收器,这取决于它所要完成的功能。发出的控制信号分为地址码和控制量两部分,地址码用来选址,即接通需要控制的电路,确定控制的种类控制量决定该调整的类别如对比度、亮度等及需要调整的量。这样,各控制电路虽然挂在同一条总线上,却彼此独立,互不相关。工总线在传送数据过程中共有三种类型信号,它们分别是开始信号、结束信号和 昆明理工大学硕士学位论文应答信号。开始信号为高电平时,由高电平向低电平跳变,发出数据开始传输信号。结束信号为高电平时,由低电平向高电平跳变,发出数据传输结束信号。应答信号接收数据的在接收到数据后,向发送数据的发出特定的低电平脉冲,表示已收到数据。向受控单元发出一个信号后,等待受控单元发出一个应答信号,接收到应答信号后,根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号,则判断为受控单元出现故障。时钟芯片概述时钟芯片是公司推出的涓流充电时钟芯片,内含有一个实时时钟日历和字节静态,通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟日历电路,提供秒、分、时、日、日期,月年的信息,每月的天数和闰年的天数可自动调整。时钟操作可通过指示,决定采用还是小时格式。与单片机之间能简单地采用同步串行的方式,进行通信仅需用到三个口线复位、工数据线、串行时钟时钟,的读写数据,以一个字节或多达个字节的字符组方式通信。工作时功耗很低,在保持数据和时钟信息、时功率小于。是由改进而来,增加了双电源管脚,用于主电源和备份电源供应。为可编程涓流充电电源,附加七个字节存储器,它广泛应用于电话传真、便携式仪器以及电池供电的仪器仪表等产品领域。主要的性能指标'实时时钟具有能计算年之前的秒、分、时、日、日期、星期、月、年的能力,还有闰年调整的能力位暂存数据存储串行工口方式使得管脚数量最少工作电压范围、工作电流工作电压为时小于读写时钟或数据时,有两种传送方式,单字节传送和多字节传送字符组方式脚封装或可选的脚封装简单线接口与兼容可选工业级温度范围一℃、'与兼容 第三章便携式应答器系统设计与实现在基础上增加的特性一对有可选的涓流充电能力一双电源管脚用于主电源和备份电源供应一备份电源管脚可由电池或大容量电容输入一附加的字节暂存存储器的管脚定义如图所示次心冬户刃刃图的管脚定义图管脚描述,一晶振管脚一地一复位脚一数据输入输出引脚一串行时钟,一电源供电管脚内部寄存器时钟停止位寄存器的第位,小时标志振荡器工作允许,,小时模式振荡器停止,二,小时模式寄存器数据能够写入下午模式寄存器数据不能写入上午模式涓流充电选择二极管选择位使能涓流充电选择一个二极管其它禁止涓流充电选择两个二极管或,即使,充电功能也被禁止 昆明理工大学硕士学位论文与单片机硬件连接本系统采用的实时时钟芯片作为系统时钟。工单片机提供了主控同步串口,,模块用于同其他外设或单片机器件进行通信的串行接口,包含了内部互联模块工,并且接口硬件上支持下列模式主控模式、多主机模式、从动模式。因此采用工总线模式与单片机进行连接。如图巧系统实时时钟电路图所示的、外部时钟电路接频率为晶振,谐振电容为接系统电源,为了在系统断电的情况下仍能够正常运行,因此将接后备电源采用纽扣电池供电复位控制端、,,·接单片机的数据端口接单片机此引脚为所提供工总线的数据线的串行时钟端口接单片机的此引脚为所提供工总线的时钟输入输出线。习一丁踢一﹃个一刀盯卜〔习冥一,尸,`口刀乐一八卫一进一上一幻林勿一幻以岛万侣户口从口心`一傀口印匀厅二陌欲,尺冉,热,刃子月一汀台`只产舀。十孑叼,〔邓八认叭们帕书人毛汇闪仓二六妇,`卜妞〔心忘`八阴目幻份州月二二下心尸石幻忘〔卜仁吧八刁汇匀二七闷倪又汇刀书丁工水龙拍们一团刀蔑刀各怕兰鉴口亦下印目,」只口口吊,`非︸蕊口凡。伪尺日热吕门二刁熨共洲气悦户尺甲司再田旧日气,翻宕又口中出,那台中华习口尺巾,口日斗田口甲用冲日汤甲颐甲阵曰月巡梦`卜嘴六乡印「七七少山阴旦垫班吕少尹以`了一叫书吕肠团工二口图巧系统实时时钟电路原理图的驱动程序设计、控制流程 第三章便携式应答器系统设计与实现模式控制根据的读写时序如图可知,的一次数据传送是从发送控制字节开始的。控制字节的最高有效位位必须是逻辑,如果该位为,则无法把数据写入到中位表示要读写的数据类型,为表示存取日历时钟数据,为表示存取数据位至位指示要操作单元的地址最低有效位位表示命令。数据读写控制向写入数据时,数据在控制字节输入后的下一个周期的上升沿被写入,多余的将被忽略。数据写入时从低位位开始同样,从读取数据时,数据在紧跟控制字节后的下一个的下降沿读出,读出数据时也是从低位位到高位位,只要保持高电平,额外的将导致数据字节的持续读出。复位控制复位一输入有两种功能首先,用于接通控制逻辑,允许地址命令序列送入移位寄存器其次,用于终止单字节或多字节数据的传送。当为高电平时,所有的数据传送被初始化,允许对进行操作。如果在传送过程中一置为低电平,则会终止此次数据传送,并且引脚变为高阻态。上电运行时,在骂之前,一必须保持低电钟相关,存放的数据位为码格式口'一。单字节传送核式﹃被。控翻字节轴入输出傲据字节突发传送模式名巨匣人沁网卜二三二控砚字节数据字节数据字节图读写时序二、驱动程序编写时钟芯片为便携式应答器提供正确的系统时钟信息,方便用户的使用。工单片机通过读取的内存中的时间数据,并把读到的时间数据转换成人们习惯使用的日期时间,显示在屏幕上。针对的主要应用程序具体部分 昆明理工大学硕士学位论文 第三章便携式应答器系统设计与实现应答器的存储器设计存储芯片概述串行是基于一的存储器件,遵循二线制协议,由于其具有接口方便,体积小,数据掉电不丢失等特点,在仪器仪表及工业自动化控制中得到大量的应用。与单片机的接口非常简单,,,为器件地址线,为写保护引脚,,为二线串行接口,符合总线协议。与单片机的硬件连接与相同,作为便携式应答器存储部分的同样采用总线与单片机进行通信。根据以的电气特性,其片地址共有个选项从、由片选引脚,,控制,表明了在同一个电路中,最多可以接片,其容量最大可达到。由于本系统设计中只接了一片,所以片选地址为、,,,即、、三个片选引脚接地。 昆明理工大学硕士学位论文的数据端口接单片机此引脚为所提供总线的数据线的串行时钟端口接单片机的此引脚为所提供工总线的时钟输入输出线。两个端口均接阻值为欧姆的上拉电阻。如图与连接电路原理图所示立卜二二一〔〕巫可`口刀昙昙】异乙二刃﹄一二器咒盗二叮,印厅,刃丝蹂贝尸罗`卿卜污催惬一刀一需,、解邓尸认卜育鑫一盆岔黯裂黔,吧只子呸甲于卜龋凡`呢。终。吕卜亏亨月豁卜簇竺辱竺鉴卜簇一阴幻父、￡目甲型竺阮”。卿竺卜希塑吧竺卜示猛一二盆之黑,严竺卜亏乡民。砰卜常月砰`卜益一黛翼誉四钾望旦卜盖凡砂砰,`卜索',,瞥,曰盯一''”一。罗即叹绍州夕卜后吧甲吧明,`卜韶叭里旦罗卜代二一七,日阿一图与连接电路原理图的驱动程序设计系统中所采用的驱动程序是基于工总线协议进行的因此其控制流程为首先,单片机发出开始信号,即向发出字节的地址信息,其中最低位为读写控制码为读取,为写入,高位为的地址代码,然后再向单片机发出应答信号,此时单片机开始向发送信息,每发完一字节后发出应答信号给单片机,单片机再发出停止信号,到此完成个字节的数据传递过程。其中开始信号在时钟线为高电平状态时,数据线由高变低,将会产生一个开始信号。停止信号在时钟线为高电平状态时,数据线由低变高,将 第三章便携式应答器系统设计与实现会产生一个停止信号。应答信号即单片机向每次写完一个字节时,如果正确,将在下一个时钟周期将数据线拉低,发出应答信号,表明所发送的数据己经接受。这里,读最后一字节数据接收完后单片机不发应答信号,直接发送停止信号〕。根据的传输时序及确认时序如图、所示操作流程如下、写操作一发送器件地址一一发送字节地址一一发送数据一一、读操作一发送器件地址写一一发送字节地址一一一发送器件地址读一一接收数据一一又篡然然、厂起始条铃地址峨确认位有效允许数据教变停止条衬图传输时序确认位】八以傻发送籍图确认时序对进行写操作 昆明理工大学硕士学位论文对进行读操作 第三章便携式应答器系统设计与实现便携式应答器与模块通讯接口准作为呼叫信息的接收端口,便携式应答器采用了串行总线通信方式与无线模块相连接。一串行总线概述及工作原理在单片机系统中,经常需要使用串口进行外部通信,而在串行通信中,只有通信双方采用相同的接口标准,才能进行正常的通信。不同设备的串行接口的信号线定义、电气规格等特性都不一定相同,为了使这些设备能够相互连接,就需要一个统一的串行通信接口。一是目前最常用的一种串行通信接口标准,它是在年由美国电子工业协会工联合贝尔系统、计算机终端厂家以及调制解调器厂家共同制定的用于串行通信的一种标准。一标准串行通信接口标准中,一接口是目前最常用的一种。其中,代表一的最新一次修改。该标准对串行通信的连接电缆、机械、电气特性、信号功能以及传送过程都有着明确的规定,适合于数据传输速率在一范围内的通信。一中的引脚定义一定义了加根信号线,使用芯型连接器实现。后来为了简 昆明理工大学硕士学位论文化线路连接,出现了简化的芯型连接器。连接器的引脚如表所示引脚号符号缩写信号方向说明至数据载波检出至接收数据至发送数据至数据终端准备好信号地线至数据装置就绪至请求发送至允许发送班至振铃提示表连接器信号说明一总线连接在近距离通信中,可将电缆直接相连,完整的线路连接中、、发送数据,和”接收数据,交叉相连,两台设备均可进行发送和接收,实现全双工通信。同理,”数据终端准备好“和`、数据装置就绪“两根线也交叉相连,两端的”请求发送“同时与本方的”允许发送,和对方的、,载波检测,相连。当设备向对方请求发送时,立刻通知本方的、,允许发送“端,表明对方己经响应。一般情况下,只需连接、、、、根线即可正常通信。若去掉握手信号,使用根线即可实现正常的串口通信。串口电平转换芯片概述芯片是美信公司专门为电脑的一标准串口设计的接口电路,使用单电源供电。内部结构基本可分三个部分第一部分是电荷泵电路。由、、、、、脚和只电容构成。功能是产生和一两个电源,提供给一串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由、、、、、、、脚构成两个数据通道。其中脚、脚、脚、脚为第一数据通道脚、脚、脚、脚为第二数据通道。数据从、输入转换成一数据从、送到电脑插头插头的一数据从、输入转换成数据后从、输出。第三部分是供电。脚、脚。 第三章便携式应答器系统设计与实现与单片机的硬件连接共有路数据通道,本系统只用一个数据通道为防止与电路间干扰因此将第二个通道相关引脚接地。两个通道的电荷泵引脚卜,一,,一接电容的,引脚分别接单片机的此引脚为内部提供的模块中异步串行发送数据输出端、此引脚为内部提供的模块中异步串行接收数据输入端的与接工模块的串行接口。如图与工连接电路原理图所示一一下〔二二〕七,泛一一二一一司头升一丁一气仁一,效一尸脚子灿二心、目门二,叹一月`脚,,`扣二门尸,,二`心产、丹户,洲二叫曰仁二,沪丫,仁吧命尤二口一凡产军盆冲气曰口月士柑,、门沙曰映户,叱士阅巴曰自民二`二,下,沪、曰沪、月、拍书口,目,甲以门映一月月二口月洲口卜翻`洲二`二之探居公鉴髯念路。。二月引票李鉴目会月户曰曰心心二口月二二`门。内仁二劫,,弓吸二卜二月沪鸟下减翔口扣二,月二叫二内仁二下户价二叫月〕丫月、叫,二古,卜`,八帕,,二,日`目,门小,,认啦`多孙“卜译几旧百吮反「,口忆篡奚鑫是丢篡琶鑫窗谧从图与连接电路原理图的应用程序设计该程序主要由两部分构成一是单片机串口的初始化,二是主程序,包括发送接收子程序和判断发送接收错误的程序段。软件设计时,首先是设置单片机的和为异步输入输出,设置传输波特率为,并使和一直处于等待状态、·,,直到护士站主控机发送数据起始位'`,到来,然后开始接收八位数据。接收完毕后,接收端口又重新等待,以至反复进行〕。 昆明理工大学硕士学位论文本章小结便携式应答器是以为主控芯片,以串行总线传输作为无线模块的数据接收方式的应答系统。当护士站主控机接收到病房呼叫器发出的呼叫信号时,将呼叫信号同时发送至便携式应答器,以便在医护人员离开护士站的情况下能够及时接收到病房的呼叫信息并做出快速响应。便携式应答器大大提高了工作效率,其外围设备包括了声光报警部分以发光二极管及蜂鸣器作为报警发送装置,显示部分,实时时钟部分,存储部分,键盘输入部分以及对模块的数据接收部分。本章介绍了便携式应答器的工作原理以及在整套基于无线网络病房呼叫系统中的作用。此外,详细介绍了系统软件的架构思想以及硬件的总体设计,并对各个单元的硬件设计及软件驱动程序进行了详细的阐述。 第四章护士站主控机系统设计与实现第四章护士站主控机系统设计与实现护士站主控机是基于无线网络的病房呼叫系统中的核心部分如图所示,主控机工作原理当护士站主控机接收到病房呼叫器的呼叫信号时,主控机将对呼叫信号进行处理将呼叫信息显示在显示器上,护士站的护士可以观察此呼叫信息,并可以利用鼠标对呼叫信息进行清除操作主控机发送声光报警信号将此信息发送给便携式应答器由工协调器完成发送工作。本章以下内容将对护士站主控机的总体架构设计进行详细说明。时资房携了众和厂日卜、式乒声孙、戮一虹认尸阵比、︸犷月日口答苦、便斌仗`器无线模块肖接收呼叫信息操作与显示部分」全、大」布尸石丁仪二工圆护士站主控机图基于无线病房呼叫系统主控机工作原理图 昆明理工大学硕士学位论文主控机总体硬件部分图开发板平面图系统硬件部分采用飞凌公司的开发板,以微处理器为核心,该处理器基于架构,最高主频可达,加入了删技术,大大提升了多媒体处理能力。同时还加入了工动态电源管理技术,在保证性能的情况下,最大限度地降低了设备功耗〕。开发板的存储系统包括以和。板载容量为,容量为。本系统将分成三个分区用来存储、内核映像文件及只读文件系统。人机接口方面,开发板提供引脚的和触摸屏接口,可接英寸的,分辨率为像素,并配置相应的触摸屏此外,板载一接口驱动芯片及接口可外接接口的液晶显示器,作为用户接口的输出部分开发板还提供了可供用户作为输入和输出设备接口如、等。调试接口包括异步串行口和接口。开发板通过外扩以太网控制器实现自适应以太网接口,通过以太网接口与上位机连接机,将内核及根文件系统下载至中,提高了移植 第四章护士站主控机系统设计与实现工作的效率「,“。主控机系统通过串行接口与工模块通信,可以从工模块实时接收到病房呼叫器发出的呼叫信息,并将此信息通过工网络将应答信息发送至便携式应答器。用户接口方面,主控机采用接口连接鼠标作为输入设备,用来确认主控机接收到的呼叫信息通过外接液晶显示器作为输出设备显示接收到的应答信息。系统总体软件部分整个系统的软件部分从架构上可分为系统层和应用层两部分,如图所示。系统层软件属于底层部分,直接与硬件相关,运行在开发板之上,它构成了一个可在开发板上运行的嵌入式操作系统口。而应用层软件则是运行在系统层软件之上,实现呼叫信息的显示以及呼叫信息确认。图系统软件分层示意图系统层软件系统层软件由,内核和根文件系统这三部分组成,它们是一个完整的操作系统正常运行的必要条件,缺一不可。是开发板上电复位后运行的第一段代码,一般应写在起始物理地址开始。通过这段代码,可以对硬件设备如、、、串口、以太网口等进行初始化,也可以下载文件到开发板,对进行擦除和编程,起到引导和加 昆明理工大学硕士学位论文载内核映像的作用。是依赖于硬件而实现的,特别是在嵌入式系统中。不同的体系结构需求的是不同的,除了体系结构,。还依赖于具体的嵌入式板级设备的配置。也就是说,对于两块不同的嵌入式板而言,即使它们基于相同的构建,但是运行在其中一块电路板上的,未必能够运行在另一块电路开发板上。在本系统中,使用一。。作为开发板的。一。。是一个通用的免费开放源码的引导程序,支持即、、、等多种处理器结构,支持、、、、、、等嵌入式操作系统的引导。它具有丰富的人机交互命令,同时还允许用户添加自己的命令。一提供了大量的设备驱动源码,如串口、以太网口、、各种等,。针对开发板,主要进行了以下几个方面的移植在一目录下建立目录,在目录中创建与开发板相关的几个文件,包括定义一启动后在中的位置为、设置。的功能,配置存储器运行参数,设置运行时钟等、设置开发板体系号,设置一的参数存储位置、设置、开发板上的驱动、一一。。的链接文件,设置一。的各个段排列顺序和地址。修改一文件,在前对、、、这几组寄存器进行设置,根据各。功能,进行初始化。修改一。。文件,添加该开发板的编译选项在对一做完修改后,即可运行以下命令集进行编译中必小编译成功后,生成一文件,该文件大小一般在以内。通过烧写工具和烧写器将一。。文件烧写到的第一个扇区内,给开发板上电后启动正常,则在超级终端上显示一的引导信息。内核移植当初始化完必需的目标板硬件后,然后把压缩的内核映像加载到内存中,最后跳转到内核映像入口。内核映像继续执行,完成自解压或重定位,然后跳转到解 第四章护士站主控机系统设计与实现压后的内核代码入口。这部分主要是内核的自引导程序,又叫,包含在内核源代码中。加载目标板的各个硬件驱动程序,使得用户以后可以正常使用目标板硬件。内核启动就是引导内核映像启动的过程。典型的内核映像是,包含自引导程序和压缩的两部分。启动过程就是解压和启动的过程,启动过程从内核映像入口开始执行,解压并且转换到虚拟地址空间,再调用统一的内核启动函数,从而启动整个系统〕。图就是启动过程中内核的执行流程。内核完成自解压烹少图内核启动流程图在本系统中,移植的内核版本为。在内核移植过程中,针对本系统需要做的工作有添加以太网芯片驱动,在内核选项中加入对以太网的支持以及一些相关的协议。添加,能在系统启动时自动搜索硬件设备,并在目录下建立相关的设备文件。 昆明理工大学硕士学位论文添加驱动,在内核选项中加入对相关选项的设置,主要为鼠标。继续加入的驱动。添加显示器的驱动并设置其分辨率,根据实际需要将分辨率调整为。添加驱动,按用途和大小设置分区信息。在内核选项中设置的相关选项。将模块加入内核编译,使系统支持文件系统。内核修改定制完成后,保存配置退出,运行工编译内核。编译成功后在。下生成内核映像文件,将下载到开发板上,通过一或烧写器将烧写到中。建立根文件系统根文件系统结构根文件系统是在内核启动后加载的,加载初始化程序,与用户进行交互等。根文件的顶层目录各有其特殊的用法和目的。表简单地介绍了根文件系统顶层目录的清单及内容〕。表根文件系统顶层目录目录内容必要的用户命令引导加载程序使用的静态文件设备文件和其他特殊文件系统配置文件,包括启动文件用户主目录必要的链接库目录安装点,用于暂时安装文件系统。附加的软件套件用来提供内核与进程信息的虚拟文件系统。。用户的主目录必要的系统管理员命令暂时性的文件在第二层包含大多数用户都有用的大量用程序和文件监控程序和工具程序所存放的可变数据文件系统挂载点户 第四章护士站主控机系统设计与实现针对系统的需要建立根文件系统的顶层目录编译于年发起的计划,目的在于协助发行套件建立安装磁盘。其间,计划发展很快,它现在是许多嵌入式系统的基石之一。之所以受到热烈欢迎是因为它能够以一个极小型的应用程序来提供整个命令集的功能。它将数以百计的常用命令集成到一个名为的可执行文件中,体积虽小,但功能却不失强大。可以与或库进行链接编译,可以采用动态链接或静态链接。即便采用与的静态链接,最终生成的文件大小也能轻易控制在之内,而采用动态链接的可执行文件就更小了,这非常适合存储空间紧张的嵌入式系统。因此,有人将称为嵌入式系统中的瑞士军刀〕。下面简要介绍一下的配置和编译过程在源程序目录下运行馆命令,会启动配置的图形界面,如图所示。图配置主界面进入七一选项中,设置为动态链接,使用交又编译工具链一一进入一。。选项中,设置安装路径,编译好的命令和链接会安装到指定路径。进入工选项中,设置初始化程序,允许从文件中读取启动设置。 昆明理工大学硕士学位论文进入选项中,选中将作为默认的程序。再按照系统的需要,进入其他命令选项中,选择自己需要的命令。编译。并安装到指定的根文件目录至此,根文件系统中所需要的命令就已经安装好了。添加动态链接库在向根文件系统实际复制任何组件前,必须先找出应用程序需要哪些组件。现以上面编译的为例,查看到底用到了哪些链接库,然后将这些链接库拷贝到根文件系统的目录中。在平台可以使用命令来查看文件使用了哪些动态链接库,而在平台上,可使用一一命令和即命令的组合来查看。一一一…,,二〔〕结果显示程序用到了动态链接库。从一一工具链所在目录下将拷贝到根文件系统的此目录中就可以让正常运行了,否则会提示找不到。动态链接库。建立必须的设备文件在系统中任何对象包括设备都可视为文件。在系统中所有设备文件都放在目录里。在前面内核移植过程中,已经将移植进了内核当中。是一个自动创建设备文件的模块,但在模块还没有加载时,需要用到一些设备,比如系统控制台等设备,如果设备不存在内核会因为找不到设备而不能成功加载。表列出了一些基本的条目。表基本的条目文件名说明类型主编号次编号权限位物理内存存取字符黑洞设备字符以为数据来源字符现行的虚拟控制台字符系统控制台字符第一个串行端口字符现行的设备字符“以设备文件为例,说明如何创建设备文件 第四章护士站主控机系统设计与实现一其他基本的设备文件可按此方法创建,当模块运行起来后,系统中的其他设备文件都能自动创建了。应用层软件交叉编译开发应用软件流程在成功的将系统移植到开发板后,下面考虑的就是如何编写应用程序了。在开发过程中,一般采用在上位机的系统下进行嵌入式应用程序的编写以及编译工作,而在开发板上完成程序测试工作。后面提到的所有开发板上的用户应用程序都是按这种方法完成的。图就是嵌入式一下的应用程序开发流程。一一声二二二二二二二二厂刁编写程序一环境下测试运一一工具编译行得到一体系下的得到预期结果可执行程序﹂机开发板匕图嵌入式一下的应用程序开发流程应用程序模块在本系统中,应用层软件按功能可划分为三个模块,它们分别是呼叫信息的接收发送、显示器显示、鼠标确认。通过调用设备文件中的串口驱动程序,驱动程序以及驱动将串口接收到的数据显示在显示器上,利用鼠标点击按钮控件对呼叫信息进行操作,将当前选定文本框中的呼叫信息清除,以便下一条呼叫信息显示。 昆明理工大学硕士学位论文主控机显示模块设计显示模块是本系统中的重要组成部分之一。传统的病房呼叫系统中主控机一般通过多个发光二极管作为显示部分并连接相应的按键进行确认,且随着护理区域内病房数量的增多其相应的按键及也随之增加,在操作及扩展方面极其不便。因此,根据实际情况采用接口连接液晶显示器作为本系统中主控机显示部分如图所示。接口输出图主控机显示输出硬件结构其特点美观,扩展性能强显示效果鲜明,采用继承的控件实现中的确认按钮,当呼叫信息进入时显示红色报警灯,确认后变为绿色配合鼠标进行确认操作简单快捷。图主控机系统主控机系统的运行流程一启动初始化相关板载硬件如、串口、接口、接口、网卡等设备,设置内核中存储地址为。运行工内核驱动程序加载如、设备、串口设备等并挂载根文件系统,在中的分区地址为 第四章护士站主控机系统设计与实现加载根文件系统从中运行主控机工应用程序。接口及一驱动芯片简介是工在年随机一起推出的一种视频传输标准,具有分辨率高、显示速率快、颜色丰富等优点,在彩色显示器领域得到了广泛的应用。所处理的信息最终都要输出到显示器上,因此接口就是与显示之间的桥梁,它负责向显示器输出相应的图像信号。显示器因为设计制造上的原因,只能接受模拟信号输入,这就需要能输出模拟信号。接口就是上输出模拟信号的接口,视频图像阵列接口,也叫一接口「。虽然液晶显示器可以直接接收数字信号,但很多低端产品为了与接口显卡相匹配,因而采用接口。接口是一种型接口一,上面共有针空,分成三排,每排五个。如图所示。而与之配套的底座则为孔型接口。图接口引脚定义针接口由上至下由左至右宽边为上窄边为下依次为红基色绿基色蓝基色地址码自测试红地绿地蓝地保留数字地地址码地址码行同步 昆明理工大学硕士学位论文场同步巧地址码一是将数字信号转换成模拟信号输出的控制芯片。该芯片集成了数字编码器及一接口,提出了一种自适应闪烁过滤、高准确度、低相位偏差的锁相循环技术。支持标准及接口输出像素,包括和,为与接口显示设备通信提供了解决方案。以满足需求用户可以通过对工串行设备总线编程实现对以设备的驱动'。主控机显示部分驱动配置一、中接口配置在主控机的显示部分中,是将的驱动交给一来完成的,对液晶显示器的控制工作是由系统加载的内核负责。此开发板上使用的芯片为,通过工总线协议,赋值芯片中的关键寄存器实现输出。需要总线向地址,,,一分别顺序写入,,,,具体过程如下配置文件根据。。的说明文档中所提到的可以对定义工设备地址,当所用支持总线时进行定义,亦可以针对若不支持工总线时,通过软件模拟工进行定义。因支持工因此对工定义这样相对软件模拟比较简便。编译过后,将一下载到的最前面。与一中与相关主要指令首先用观察是否能找到设备,返回如下向的地址,,,一分别顺序写入,,,依次执行 第四章护士站主控机系统设计与实现开机启动自动初始化最后在中添加内核启动。二、内核中的驱动配置的接口主要由控制器、地址寄存器、中断屏蔽控制器等组成,接口如何工作就取决于对这些控制器和寄存器如何赋值。在中对寄存器进行设置设置的频率、选择类型、设置显示模式、先禁止信号输出设置控制信号的时间参数、设置分辨率,即行数和列数设置显示模式为时的数据格式设置行同步信号、帧同步信号脉冲的极性这需要参考具体的接口信号为反转设计中设置处理器工作在分辨率为、刷新频率为、位色彩模式下。启动内核后便可通过接口驱动。主控机输入部分设计主控机系统的输入设备为接口鼠标,其主要工作负责呼叫信息的确认,通过点击确认按钮来清空显示框中的信息。一概念,是英文通用串行总线的缩写,而其中文简称为”通串线,是一个外部总线标准,用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。是应用在领域的接口技术。接口支持设备的即插即用和热插拔功能。是在年底由英特尔、康柏、工、等多家公司联合提出的。二、总线工作原理一个总线引出两个重要的链表,一个为设备链表,一个为驱动链表。设备链表包含各种系统中的设备以及这些设备的所有接口,驱动链表包含设备驱动程序和驱动程序。 昆明理工大学硕士学位论文设备驱动程序包含设备的一些通用特性,将与所有设备相匹配。在定义了。是子系统中唯一的一个设备驱动程序对象。而驱动程序则是与接口相匹配,接口是一个完成特定功能的端点的集合。在设备插入控制器之后,即会将设备在系统中注册,添加到设备链表上去。系统启动注册时,设备驱动程序随即被注册添加到驱动链表上。设备驱动程序和设备的匹配之后,会对设备进行配置,分析设备的结构之后将设备所有接口都添加到设备链表上去。如本系统鼠标设备有一个接口,对鼠标设备配置后,会将这个接口添加到设备链表上去。三、主控机鼠标驱动设计函数将通过将鼠标驱动程序注册到中,然后添加到驱动链表中。其中是描述鼠标驱动程序的结构体。当鼠标的设备、接口都添加到设备链表,且鼠标驱动程序也添加到驱动链表上时,系统就进入己配置的状态。在这个过程中,系统将会建立鼠标的设备、配置、接口、设置、端点的描述信息,分别由、一、、、结构体描述。进入已配置状态后,鼠标驱动程序和鼠标中的接口进行配对。会调用函数,通过比较设备中的接口信息和驱动程序中的,来初步决定鼠标的驱动程序是不是跟相应接口相匹配。匹配成功后,将确认鼠标设备应该由这个驱动程序负责。接着,调用驱动程序中的函数对相应接口进行进一步检查。如果该驱动程序确实适合设备接口,对设备做一些初始化工作,分配盯准备数据传输。当鼠标设备在用户空间打开时,将提交函数构建的盯请求块,将为传送数据而工作。请求块类似于一个容器,驱动程序把、、空的容器“提交给,然后再交给主控制器,主控制器把数据放入这个、,容器,中此后再将装满数据的认容器`,通过。交还给驱动程序,这样就完成了一次数据传输〕。主控机用户接口设计及串口配置图形用户界面是指计算机与其使用者之间图形化交互接口,是现代计算机系统的重要组成部分。用户界面经历了从原始的二命令行界面到文本用户界 第四章护士站主控机系统设计与实现面,再到现代的。嵌入式是在嵌入式系统中为特定的硬件设备或环境设计的图形用户界面系统。嵌入式要求简单、直观、可靠、占用资源小且反应快速,以适应系统硬件资源缺乏的条件,而且必须具有高度可移植性与可裁剪性。嵌入式中常见的系统有、、等。是公司的产品,现己被诺基亚公司收购,它是一个基于的多平台图形用户界面应用程序框架。采用面向对象机制,所以很容易扩展,也允许真正地组件编程。应用非常广泛,其中最著名的应用就是桌面环境,几乎是所有发行版本的标准组件。则是在基础之上的另一个产品,是基于和的嵌入式平台开发工具。有以下优点首先,开发环境提供的和与相同,但使用时并不需要支持,而是从硬件接口直接操作显示设备完成与用户交互的功能其次,跨平台性,用工开发的应用程序,可以很好的运行在不同操作系统上最后,可移植性好,因为等项目使用的是支持库,所以许多基于的应用程序可以非常方便快捷地移植到版本上一。综上所述,主控机软件系统采用了。工模块与主控机串口连接。首先通过系统调用以非阻塞读写方式打开指定的串口,若失败打印错误信息并返回,打开成功后定义终端结构体的一个变量进行对串口参数设置,串口参数包括波特率、数据位、停止位、奇偶校验位等,使用函数得到串口当前属性,通过印和函数对结构体成员设置输入输出波特率,然后设置数据位和停止位等参数,最后使用七函数把终端结构体设置到指定串口〕。初始化串口的部分代码如下 昆明理工大学硕士学位论文主控机用户接口主要实现通过读取由串口接收的传送的呼叫信息在显示器上全屏显示应答界面。用户界面由个呼叫信息显示框及相对应的确认按钮组成。接收到呼叫信息时,由显示框显示相应的呼叫信息,每次在没有进行确认操作的情况下允许显示个呼叫信息,此时确认按钮为红色表明有呼叫信息,当点击红色确认按钮后显示框中内容清空,确认按钮变为绿色如图所示图主控机用户界面本章小结主控机是基于工无线网络病房呼叫系统的重要组成部分,它的功能在于接收由传送的呼叫信号,并将此信号显示在显示设备上。本文中主控机采用三星芯片作为处理器,软件系统为内核根文件系统作为软件平台,本章详细说明了系统的移植及启动流程并分别对相关模块包括、、鼠标等相关设备驱动的移植及修改做了详细阐述。 第五章总结与展望第五章总结与展望研究工作总结随着科学技术的迅猛发展,人民生活水平的显著提高,医疗环境设施也有了很大的改善。病房呼叫系统是医护工作人员与患者间联系的重要纽带,它的出现使医护人员能够快速响应患者的紧急求助,大大提高了护理工作效率和医疗服务水平,因此病房呼叫系统是现代医疗机构必不可少的医护设备。本文对病房呼叫系统的发展历史及国内外发展现状进行了阐述,并深入本地区两所三级甲等医院进行实际调研,针对传统的病房呼叫系统所存在的布线复杂、不易扩展、呼叫信息竞争等问题提出了、,基于工无线网络的病房呼叫系统,的解决方案。论文主要研究内容如下针对传统型病房呼叫系统,无线网络技术,嵌入式技术的发展情况提出了一种基于无线网络技术及嵌入式技术的病房呼叫系统解决方案。对便携式应答器的体系结构做出总体设计并完成了便携式应答器的硬件设计及相关模块的驱动编写如、、枷键盘等。在主控机系统中完成了对及工内核移植、根文件系统的移植及相关嵌入式系统的平台的搭建。并对驱动,驱动,鼠标驱动及串口驱动的配置。实现了在开发板上以工作为系统平台,基于开发的用户工接口,用户可以利用鼠标在接口的显示器上对应答信息的确认进行操作。本课题的完善与展望为对系统做进一步完善,还需要在以下几个方面进行改进主控机目前不具备呼叫信息的存储功能,因此为了能够回顾已经确认的呼叫信息因此需要在主空间中具备数据存储功能。为使操作更加简单快捷,在输入方面应该做出改进应对触控式操作深入研究。以工网络为依托,在此呼叫系统的基础上对实时监控相关周边设备做进一步的开发。 昆明理工大学硕」学位论文 参考文献参考文献」闰富松,赵军辉,李秀萍技术及其应用广东通信技术第四期一【」,,一【」二刀,【」,·,一李文仲,段朝玉等编著无线网络技术入门与实战】北京北京航空航天大学出版社,马静波基于标准的红外无线数字通信及应用信息技术,一【,,一七,,认【超宽带传输技术及其应用作者何鑫,唐宏中国联通网站一一【陈文周技术研究及应用数据通信,,一「巨,,直幼加一」,,一「〕,,,一〕,,,金东勇技术在智能家居控制系统中的应用研究太原太原理工大学检测技术与自动化装置,,【葛晓宇王庆辉魏立技术及其在矿山中的应用微计算机信息第卷第一期,一〔一一一一,」,,又李中华张雨浓陈卓怡等译技术宝典「人民邮电出版社,【」罗政球,时钟芯片可靠起振方法电子制作期一⑧用户指南⑧编译器用户指南⑧编译器入门几几」, 昆明理工大学硕士学位论文…,何灿群李宏汀葛列众,按键位置对手机键盘拇指操作绩效的影响心理科学期一李楠,郑建立基于单片机的红外遥控自学习系统的设计自动化与仪器仪表期一武锋陈新建编著,单片机语言开发入门【北京航空航天大学出版社,」刀认哪沪刃一,,【」涓流充电时钟保持芯片的原理与应用广州周立功单片机发展有限公司孙亮亮,吕虹,刘德方,左宗鹏,贺德溪嵌入式系统中实时时间的获取电子技术,期一姚德法,张洪林串行时钟芯片的原理与使用信息技术与信息化,期一串行系列数据手册【夏彬彬任明全屈金学编著单片机常用模块与综合系统设计实例精讲第二版【」电子工业出版社,【」,'【李建华,郭明一和调制解调器高级通信编程第版北京人民邮电出版社,【」一,【嵌入式系统实验指导手册【」孙纪坤,孙小全嵌入式系统开发技术详解一基于五江北京人民邮电出版社阱吴明晖基于的嵌入式系统开发与应用北京人民邮电出版社【王珊,吴志红基于处理器的。的设计与实现四川大学学报自然科学版,年卷期赵炯内核完全注释北京机械工业出版社,阱范磊内核源代码北京人民邮电出版社,【」,,雅默构建嵌入式系统,北京中国电力出版社【〕二刀【」,,甲,孙琼嵌入式应用程序开发详解北京人民邮电出版社【」【」【朱丽婷,赵哲的嵌入式接口设计杭州电子科技大学学报第卷第期一【俞永昌设备驱动开发技术及应用第一版北京人民邮电出版社 参考文献【〕灿,」南京东南大学出版社,协〕斯廷森必备参考手册第版北京人民邮电出版社,」,,【〕刀,,【」李箔,乌日登风基于的一串口通信的研究仪表技术年第期一 昆明理工大学硕士学位论文 致谢致谢三年的学习生涯即将结束了,很高兴能够在这样一个温馨融洽的环境中学习成长。我很幸运地遇到了我的老师一吕杨教授,胡建华教授。老师们以高尚的师德,严谨的教学态度,科研中的敬业精神和一丝不苟的工作精神影响着我激励着我。我从他们那里学到的,不但是如何做学问,还有如何做人。虽然只有短短的不到三年的时间,但师恩的厚薄不在于时间长短,好的老师会让人想念并感激一辈子。衷心感谢老师们一直以来对我学习上的指导和生活上的关爱。我也感到幸运因为能够加入朗巨科技有限公司金以城教授的项目团队并得到金老师的悉心指导和帮助,在项目执行期间,金老师给了我各方面特别是硬件电路设计上细心的指导,我的科研和工作能力有了很大的提高。金老师严谨的治学态度和一丝不苟的工作作风对我影响深刻。感谢江虹老师、欧阳鑫老师、刘骊老师及学院其他老师们,是他们一直关心我,启发我,激励我。感谢已经毕业的师兄师姐,他们与我亦师亦友,给予我无私的关心与帮助。感谢实验的同窗好友王程、陈波、张秋、杨帅凡、马强你们与我风雨同舟,一起走过的三年,点点滴滴,我会终身难忘你们对我的工作给予了有力的支持,与我一起为梦想努力,一起丰富了我的业余生活。感谢所有教育过我和帮助过我的老师们,感谢我所有的朋友和同学,一起生活和学习的美好时光里,他们给予我的真诚鼓励和无私帮助是终生难忘的。特别要感谢的是我的父母,感谢你们多年来对我的默默付出和背后无私的支持,你们以微薄的收入支持着我的学习,你们的殷切期盼一直是我前进道路上不竭的动力,为了你们,我会更加努力拼搏、进取不辜负你们对我的期望 昆明理工大学硕士学位论文 附录附录攻读研究生期间发表的论文及科研项目王国是、吕杨、周文基于单片机的太阳能跟踪器研究微处理机卷期一【科技部年中小企业科技创新基金课题《智能家居系统与智能家居控制器》