电子系统设计总结报告
电子系统设计总结报告
题 目： 医院呼叫系统 班 级：组 别： 指导教师： 设计时间
医院呼叫系统
一、 引言
1. 选题意义 1.1 性价比
在此次课程设计中，选用的原件蜂鸣器、74LS147译码器、555定时器等，都是较常见和比较常用的，比较经济实惠，节约成本。因此，该方案设计的医院呼叫系统经济适用，成本合适，性价比较高。
1.2 EWB模拟仿真
EWB 模拟仿真图如图1所示(见附录1) 。
综上所述，呼叫器应用广泛，所需器件价格低，成本低，性价比高。经过EWB 模拟仿真结果可得出，它具有可实行性。所以我们选则这个题目进行设计与制作。
2. 设计目标
对于此课题，主要分为三个模块，一是采用74LS147为核心进行优先编码，设计优先编码模块，多人同时呼救时，危重病人优先被医治；二是采用555定时器与74LS192组成呼叫系统控制模块，三是呼叫提示系统，由二极管和蜂鸣器组成，病房病人呼叫即开关闭合时，二极管发光提示，蜂鸣器报警，持续5秒钟
3. 小组成员及分工
二、 作品说明
1. 功能
此设计是用于医院病人的紧急呼叫，它的功能如下：
1. 当病人按下呼救信号按钮，呼救灯亮，同时显示病人编号，蜂鸣器发出5秒呼救声，等待医护人员来护理。
2. 按照病人的病情划分出优先级别，有多个病人同时呼救时，系统优先显示最高级别的呼救编号。
3. 当医护人员处理完最高级别呼救后，按下清零键，系统按优先等级先后显示其它病人编号。
2. 操作说明
此设计使用的的是四节1.5V 干电池，放入电池槽中即可。病人在需要帮助时，只需按下与自己床位相对应的开关，医生便可获知病人相应的床位信息
三、 基本原理
1. 原理图
(1) 方案呼叫系统电路原理框图如图2所示。
图2医院呼叫系统电路的原理框图
对于此课题，主要分为三个模块，一是采用74LS147为核心进行优先编码，设计优先编码模块，多人同时呼救时，数码管按优先级显示病人病房编号，危重病人优先被医治；二是采用555定时器与74LS192组成呼叫系统控制模块，控制呼叫提示系统；三是呼叫提示系统，由二极管和蜂鸣器组成，病房病人呼叫即开关闭合时，二极管发光提示，蜂鸣器报警，持续5秒钟。
(2) 电路原理图如图3所示(见附录2)
2. 工作原理
(1) 直流电源
将四节电压为1.5V 的干电池串联起来，为整个电路提供电压。 (2)呼叫控制模块
利用由555定时器和外接元件R 1、R 2、C 构成多谐振荡器，长时间的振震荡信号驱动蜂鸣器呼叫。配以相应参数的阻容器件以及计数器74LS192，可将振荡时间准确的控制在要求的8秒钟
每次呼叫时长：T=(R1+2R2)×C1×Ln2×8 =（15+2×68）×0.00001×Ln2×8= 8s 呼叫控制电路原理图如图3所示：
图3 呼叫控制模块
(3) 优先显示模块
此模块中运用74LS147译码器来处理信号的优先程度。当病房呼叫信号传输到该优先编码器后，编码器将对其进行处理，并将优先级别高的信号输出到数码管显示出来。在本课题中，共设置了8个呼叫开关，优先级别从1--8依次升高，当多个开关同是闭合的时候数码管显示优先级别最高的。优先显示模块电路原理图如图4所示：
图4呼叫控制模块电路原理图
(4) 呼叫提示模块
该模块由发光二极管、蜂鸣器及门电路结合，当病人开关闭合时，该模块发出声光提示，二极管发光，并且蜂鸣器发出报警，持续报警约8s 左右。原理图如下图5所示：
图5呼叫提示模块电路原理图
四、 主要原器件介绍
1. 组件清单
表2 原器件清单
2. 主要原器件介绍
(1) 555定时器
555定时器电路的内部结构如下图所示，其有两个比较器 C1和 C2，且它们各有一个输入端连接到三个电阻R 组成的分压器上，比较器的输出接到RS 触发器上。此外还有输出级和放电管，输出级的驱动电流可达200mA 。
(
C
u 6
(T H ) 2 u
TR )
o
图6 555定时器的内部结构图
由其内部结构我们可以得到它的功能表如下所示
表3 555定时器的功能表
对于555定时器，我们在数电中已经学到，它在数字电子电路的应用常见的又一下几种应用：1.555定时器接成施密特触发器，2. 用555定时器接成单稳态触发器，3． 用555定时器接成多谐振荡器本次设计中我们就用到了其中两种，即单稳态触发器和多谐振荡器，其中单稳态触发器结构和其个点信号波形如下所示：
图7 555定时器的电路连接及波形
(2) 蜂鸣器
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、
打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中
作发声器件。我们本次设计就是用这种设备来模拟，它的外形常见的又以下几种，一般呈圆柱状，下面两针长短不同，长的就为正极，短为负极，我们只要在正负极加上正向电压其便可以发出声响。
(3) 变压器
变压器是一种交流电能的变换装置，能将某一数值的交流电压、电流转变为同频率的另一数值交流电压、电流，使电能传输、分配和使用，做到安全经济
变压器组成部件包括器身(铁芯、绕组、绝缘、引线) 、变压器油、油箱施耐德Trihal 树脂浇注干式变压器和冷却装置、调压装置、保护装置(吸湿器、安全气道、气体继电器、储油柜及测温装置等) 和出线套管等组成。
变压器原理：与电源相连的线圈，接收交流电能，称为一次绕组；与负载相连的线圈，送出交流电能，称为二次绕组；一次绕组的电压相量 U1、电流相量 I1、电动势相量 E1、 匝数 N1；二次绕组的电压相量 U2、电流相量 I2、 电动势相量 E2、 匝数 N2 ；同时交链一次，二次绕组的磁通量的相量为φm ,该磁通量称为主磁通
变压器的功能主要有：电压变换；电流变换，阻抗变换；隔离；稳压（磁饱和变压器）; 自耦变压器；高压变压器（干式和油浸式）等
(4) 优先编码器74LS147
优先编码器是当多个输入端同时有信号时, 电路只对其中优先级别最高的输入信号进行编码。
优先编码器74LS147的功能表如表4所示
表4 74LS147的功能表
优先编码器74LS147的符号与管脚图如图10所示
图8 74LS147的符号与管脚图
五、 制作与调试
1. 电路的安装与焊接
首先，对所需要的元器件进行布局。
在设计装配方式之前，要求将整机的电路基本定型。选择好电路板之后，就要对所用到的芯片以及开关等元器件进行分配布局，按照从左到右，从上到下的原则。具体做这一步工作时，可以先确定好印刷电路板的尺寸，然后将元器件配齐，根据元器件种类和体积以及技术要求将其布局在印刷电路板上的适当位置。可以先从体积较大的器件开始，如电源变压器、、集成电路、三极管、二极管、电容器、电阻器、各种开关。待体积较大的元器件布局好之后，小型及微型的电子元器件就可以根据间隙面积灵活布配。分配均匀，整齐。
其次，对电路板的焊接
掌握正确的操作姿势，可以保证操作者的身心健康，减轻劳动伤害。为减少焊剂加热时挥发出的化学物质对人的危害，减少有害气体的吸入量，一般情况下，烙铁到鼻子的距离应该不少于20cm ，通常以30cm 为宜。
再次，在焊接电路时，首先把每一个元件固定在电路板上，充分考虑放置后接线是不是有影响，然后固定元器件。对于集成芯片，还要接电源，接地。根据每一个芯片的引脚图，确定输入和输出，然后连接。每一个导线必须接通电路板，对于每一根导线，必须水平和垂直焊到电路板上，线与线之间必须水平和垂直；两根导线之间可以交叉，但是导线重叠不能超过三层，否则不好调试与检查，同时，导线不能压住焊接点，当压住的情况下，焊接后的凸出处会
弄破压在上面的导线皮，产生短路现象，
直接导致整个电路板无法正常工作。对于接电源和接地点的选择，不要取得太乱，太杂，有必要时可以选取起初用铜片连到一起的一整块作为一个电源端或者接地端。然后再引出两条导线，连接电源和地线。
最后，在焊接的过程中，不要漏到每一个接点，焊接点与焊接点直接最容易短接，因此在焊接完每一个器件之后必须要用万用表进行测量，以防短接。实物图如图9所示。
图9 实物图
2. 电路的调试
一般来说，可以把电源部分先装好，然后就上电检测电源输出电压是否正常。可考虑使用带限流功能的可调稳压电源。先预设好过流保护电流，然后将稳压电电源的电压值慢慢往上调，并监测输入电流、输入电压以及输出电压。如果往上调的过程中，没有出现过流保护等问题，且输出电压也达到了正常，则说明电源部分是好的。反之，则要断开电源，寻找故障点，并重复上述步骤，直到电源正常为止。
接下来逐渐安装其它模块，每安装好一个模块，就上电测试一下，上电时也是按照上面的步骤，以避免因为设计错误或/和安装错误而导致过流而烧坏元件。
3. 系统功能及性能的测试
(1) 测试方法
经过调试后，所制作的电路已经无接线等错误，之后进行通电测试，测试所制作电路的系统功能及性能。将电路般外接线头接在提供的外部5V 直流电源上，之后电路中存在电流，表现为数码管显示0。之后依次按下J1～J8键，看数码管是否显示相应的按键编号，同时蜂鸣器鸣叫2s 。对系统功能进行分块测试。
(2) 系统测试
根据理论设计，在有多个呼叫信号同时产生时，对已有的最高级别信号进行清零，观察系统是否能够对剩余信号中的最高级别信号进行优先呼叫。
或者在原有呼叫信号
的基础上再输入一个最高级别的呼叫信号，观察系统是否能将此最高呼叫信号优先呼叫。
(3) 测试结果：该8路呼叫系统满足上述理论要求。
六、 设计小结
1. 课设结论
对该8路医院呼叫系统整体测试结果如下：
(1) 当病人按下呼救信号按钮，呼救灯亮，同时显示病人编号，蜂鸣器发出5秒呼救声，等待医护人员来护理。
(2) 按照病人的病情划分出优先级别，有多个病人同时呼救时，系统优先显示最高级别的呼救编号。
(3) 当医护人员处理完最高级别呼救后，关闭呼叫开关，系统按优先等级先后显示其他病人编号。
因此，通过对电路图通过Multisim 仿真的结果的分析可知道此电路符合此次课程设计的设计要求。
2. 心得与体会
设计中曾遇到过一些小问题，在设计的过程中曾因为对信号的如何处理才能保证所有呼叫信号及时的呼出和如何实现在医护人员已处理完毕当前呼叫的病人后系统对当前呼叫信号的清零以保证其它呼叫信号能够及时的被呼出这两个问题百思不得其解。后来通过查阅资料解决了这些理论上的问题。还有在模拟仿真时也遇到了困难，最后通过请教张华卫老师，使仿真运行成功，证明了此课设的可行性。另外，在实际操作过程中，重点在焊接上，由于在平时实际动手的机会很少，所以在有关一些元器件的焊接方面遇到了不少难题。但通过和同组同学的相互交流。也解决了此类问题。另外在设计的过程同学们提出的好建议使我们意识到学习贵在交流，只有在交流中才能提升自己，才能丰富自己的知识；只有在交流中才能产生许多新的火花新的思想。设计的过程中让我们更加深入的了解了数电知识，让我们有一个能够综合运用数、模知识机会。
参考文献
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附录1
图1 EWB仿真图
附录2
图2 电路原理图