病床呼叫系统设计

电气控制技术课程设计任务书系：电气与信息工程系年级：13级专业：自动化
指导教师姓名学生姓名课题名称病床呼叫系统设计
内容及任务、、设计任务和要求
1．共有3个病房，每间病房4个床位。

每一病床床头均有紧急呼叫按钮及重置按钮，以利病人不适时紧急呼叫。

2．设每一层楼有一护士站，每一护士站均有该层楼病人紧急呼叫与处理完毕的重置按钮。

3．每一病床床头均有一紧急指示灯，一旦病人按下紧急呼叫按钮且未在5s内按下重置按钮时，该病床床头紧急指示灯动作且
病房门口紧急指示灯闪烁，同时同楼层的护士站显示病房紧
急呼叫并闪烁指示灯。

4．在护士站的病房紧急呼叫中心，每一病房都有编号，用指示灯显示哪一病房先按下病人紧急呼叫按钮，并要具有优先级判
别的能力。

5．一旦护士看见护士站紧急呼叫闪烁灯后，须先按下护士处理按钮以取消闪烁情况，再依病房紧急呼叫顺序处理病房紧急事
故，若事故处理妥当后，病房紧急闪烁指示灯和病床上的紧急
指示灯方町被重置。

、、设计内容
1. 设计出硬件系统的结构图、接线图等；
2. 系统有启动、停止功能；
3. 程序结构与控制功能自行创新设计；
4. 进行系统调试，实现病床呼叫系统的控制要求。

主要参考资料[1]张鹤鸣，刘耀元，张辉先.可编程控制器原理及应用教程[M].北京：
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社,2008
教
研
室
意
见
摘要
病床呼叫系统是病房的病人在需要帮助的情况下可以随时向护士呼叫，同时护士能够收到呼叫请求以便能及时处理的系统。

随着科学技术的发展，各种机器设备在朝着自动化、智能化的方向发展。

现在的医院对医疗与服务设备的要求也越来越高，能够设计出一套安全可靠的病床呼叫系统就非常重要。

要设计一套病床呼叫系统方案有很多，比如基于单片机、ARM、FPGA等集成数字芯片都能实现。

可编程控制器简称PLC，在工业领域应用广泛，而且其抗干扰能力强、使用寿命长等优点，故以可编程控制器为核心设计病床呼叫系统。

文章从方案的选择、可编程控制器型号的选取、硬件设计的方法、软件设计的思路以及最后的调试与分析逐步探讨病床呼叫系统设计的整个流程。

关键词：病床呼叫系统；可编程控制器；硬件设计；软件设计
目录
1 概述 (1)
1.1 病床呼叫系统发展现状 (1)
1.2 病床呼叫系统发展趋势与存在的问题 (1)
1.3 课题介绍 (1)
2 控制方案 (2)
2.1 方案一 (2)
2.2 方案二 (2)
2.3 方案比较与选择 (3)
3 硬件模块设计 (4)
3.1 PLC的选型 (4)
3.2 信号灯、响铃与按钮的选择 (4)
3.3 I/O分配表 (5)
4 软件模块设计 (6)
4.1 程序流程图 (6)
4.2 程序设计 (6)
4.3 程序梯形图仿真与分析 (7)
参考文献 (14)
致谢 (15)
附录A 梯形图 (16)
1 概述
1.1 病床呼叫系统发展现状
现在医院的病床呼叫系统大多基于单片机等数字集成电路及低压电力线等传输媒质所构。

一般具有声光报警功能，以便医护人员能够及时了解病人的请求。

病床呼叫系统的主机一般都设置在护士值班室，主机通过导线与各病房病床的终端呼叫器相连，因此病房和值班室之间需要大量的连线，布线施工麻烦成本高。

也有采用无线技术通信的呼叫系统，其优点是无需通信导线连接，节省线路成本，缺点是安全可靠性不高，受距离场合的限制，技术要求高。

1.2 病床呼叫系统发展趋势与存在的问题
现在的产品越来越趋向智能化、网络化，所以未来医院的医疗服务设备一定离不开互联网，病床呼叫系统也会朝着这方向发展。

也许这种采用线路连接的系统有一天会被淘汰，目前而言传统的这种系统还有生存空间。

尽管现在网络技术比较成熟，但对于用在医院的设备还存在一些问题。

比如可能造成呼叫系统和医疗设备的高频干扰、信号传输不稳定，护士站不能及时收到病人的呼叫请求，造成病人病情的恶化。

PLC作为新型控制元件，在生产，生活，医疗，军事等领域都有了较大的使用，用于设计呼叫系统相当合适。

故选用PLC
作为呼叫系统的控制器。

1.3 课题介绍
病床呼叫系统是患者向值班医生或护士发出紧急呼叫的工具，要将患者的请求快速传送给值班医生或护士，并在护士站的监控中心留下准确完整的记录，是提高医院和病室护理水平的必备设备之一。

病床呼叫系统要求及时、准确、可
靠，简便可行，利于推广，其性能的优劣直接关系到病员的安危，因此历来受到各大医院的普遍重视。

它的作用是将病人的求助请求迅速而准确地通知医护人员，以便及时进行处治。

它的使用既可方便病人，又可减少医护人员的巡查次数，减轻其劳动强度，因而在临床上得到普遍的应用。

课题主要从方案提出与选择，硬件硬件电路和软件部分介绍。

调试步骤与结果等方面来说明。

2 控制方案
2.1 方案一
要达到设计要求可采用PLC作为核心控制器件，利用市电给其供电。

PLC基本模块中有RS422接口为下载接口，考虑一般台式机计算机还保留RS422接口，故选用台式计算机为PLC程序下载与调试。

其方案图如图1所示。

图1 方案一结构图
2.2 方案二
除了用PLC实现，采用单片机也是可行的。

只需使用普通51系列的单片机在满足最小系统工作的前提下外加相应的外围驱动电路，也能实现病床呼叫系统的设计，其结构图如图2所示。

图2 方案二结构图
2.3 方案比较与选择
以上两个方案均能完成设计任务，采用PLC和单片机各有优缺点，其中单片机优点是成本小，缺点是要增加驱动电路、安全可靠性较差。

PLC的优点是
抗干扰能力强、输出电压大，可以不用加驱动电路。

缺点是成本较高。

综合以上两种方案考虑，选择用PLC作为病床呼叫系统的控制器。

3 硬件模块设计
3.1 PLC的选型
由设计要求，三个房间、每个房间四个床位，每个床位有呼叫按钮和复位按钮，所以需要24个输入口，同时护士站还有3个复位按钮故一共需要27个输入口。

每个床头有显示灯，每个病房有显示灯，则需要15个输出，同时护士站有三个病房的指示灯和三个病房的响铃，则一共需要21个输出口。

所以PLC型号的输入点数
大于等于27，输出点数大于等于21点。

最后确定选用三菱公司型号为FX2N —64 MR 001的PLC，其引脚图如图3所示。

X000
X001
X002
X003
X004
X005
X006
X007
X010
X011
X012
X013
X014
X015
X016
X017
X020 X021FX2N-64MR
Y000
Y001
Y002
Y003
Y004
Y005
Y006
Y007
Y010
Y011
Y012
Y013
Y014
Y015
Y016
Y017
Y020
Y021
Y022
Y023
Y024
Y025
Y026
Y027
Y030
Y031
Y032
Y033
Y034
Y035
Y036
Y037
COM1
COM2
COM3
COM4
COM5
COM6
X022
X023
X024
X025
X026
X027
X030
X031
X032
X033
X034
X035
X036
X037
COM
L
N
图3 FX2N -64 MR型PLC引脚图
3.2 信号灯、响铃与按钮的选择
警报灯的选择分为两部分，一部分为病房警报灯的选择，另一部分为护士站警报的选择。

病房警报灯：考虑到病房警报灯的亮度对病人休息的影响，所以病房警报灯的选择其功率不宜过大，因选择亮度较小功率小的信号灯，用220V交流供电。

护士站警报灯：因护士站警报灯的选择是要提醒护士有病人呼叫，所以应选择亮度功率较大的警报灯，所以其工作电压使用220V电源，警报灯的选择为：AD38-22B-
R/08,其光源为红色LED光，工作电压为AC220V，工作电流为18mA，以防值班护士没注意警报灯的提示。

护士站响铃：响铃便于警报灯与警报铃的同步，电铃工作电压为220V电源。

3.3 I/O分配表
表1 I/O分配表
名称
1房1-4床紧急按钮输入变量
SB1-SB4
PLC对应输入
X000-X003
2房1-4床紧急按钮SB5-SB8X004-X007 3房1-4床紧急按钮SB9-SB12 X010-X013 1房1-4床重置按钮 SB13-SB16X014-X017 2房1-4床重置按钮 SB17-SB20X020-X023
3房1-4床重置按钮 SB21-SB24X024-X027护士站1房1-4床取消
紧急呼叫及灯闪烁按钮
SB25X030
护士站2房1-4床取消
紧急呼叫及灯闪烁按钮
SB26X030
护士站3房1-4床取消
紧急呼叫及灯闪烁按钮
SB27X032
名称
1房1-4床紧急灯输出变量
HL1-HL4
PLC对应输出
Y000-Y003
2房1-4床紧急灯HL5-HL8Y004-Y007
3房1-4床紧急灯 HL9-HL12Y010-Y013
1房房门紧急灯HL13Y014
1房房门紧急灯HL14Y015
1房房门紧急灯HL15Y016护士站1号房呼叫信号灯HL16Y017
护士站2号房呼叫信号灯HL17Y020
护士站3号房呼叫信号灯HL18Y021
护士站1号房呼叫响铃HA1Y022
护士站1号房呼叫响铃HA2Y023
护士站1号房呼叫响铃HA3Y024
4 软件模块设计
4.1 程序流程图
由设计要求，设计系统程序，其程序流程图如图4所示。

图4 程序流程图
4.2 程序设计
根据流程图及I/0分布设计出梯形图，见附录A
4.3 程序梯形图仿真与分析
设计要求，三个病房共12个床位。

现以一号病房为例说明设计过程与结果。

只要有按钮按下，且5秒内没按重置按钮，则床头的灯亮、病房的灯闪烁、护士站的灯闪烁，仿真图如图5所示。

图5 程序仿真图
由表1的I/O分配表可知图5中X000对应1号房一号床位紧急呼救按钮，M0 触点在这的作用自锁，定时器延时5秒，用X14来作为重置按钮，Y000对应1号房一号床信号灯。

现将X000按下，如图6所示操作。

仿真结果如图7所示
图7 仿真结果图
由图7仿真结果可知，当X000按下之后定时器延时5秒，当5秒内没按下X014，将Y000对应床头按钮的灯点亮，同时对应病房的灯Y014闪烁、护士站的响铃Y 022报警、护士站的信号灯Y017闪烁，达到了设计要求。

当护士站的护士看到报警后，按下处理按钮X030，如图8所示。

图8 软元件测试图
其结果如图9所示。

图9 仿真结果图
由图9所示，当按下X030后，护士站的闪烁的和响铃关闭，同时病房房门的闪烁灯也停止闪烁，床头指示灯继续亮，符合设计要求。

当护士处理完事故之后按下复位按键，如图10所示。

图10 软元件测试图
其仿真结果如图11所示。

图11 仿真结果图
由图11所示，当护士站处理完事故之后护士按下复位按钮，此时床头指示灯熄灭、病房指示灯、护士站信号灯和响铃全都停止，回到初始状态。

整个过程达到设计要求。

一号病房其他床位、以及2号病房、3号病房调试过程同上，这里不再重复调
试与说明。

参考文献
[1]张鹤鸣，刘耀元，张辉先.可编程控制器原理及应用教程[M].北京：北京大学
出版社，2011
[2]杨晋萍.可编程控制器原理及应用：西门子机型[M].北京：中国电力出版社，2
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[16]刘美俊.西门子S7系列PLC的应用与维护[M].北京:机械工业出版社,2008
[17]吴启红主编，变频器、可编程控制器及触摸屏综合应用技术实操指导书（第
二版）［M］.北京：机械工业出版社，2010
[18]史国生，鞠勇.电气控制与可编程控制器技术实训教程［M］.北京：化学工业
出版社，2010
[19]于晓云，许连阁.可编程控制技术应用—
项目化教程［M］.北京：化学工业出版社，2011
致谢
在病床呼叫系统设计的过程中，真正感受到了自己动手的乐趣。

但是要严谨的按照老师规定的步骤做下去。

过程还是艰辛的。

当成品成功的达到预期效果时，感觉这段时间的付出都是值得的。

经过病床呼叫系统课程设计的学习，接触到了很多以往不知道的东西，也学到了很多无法从书本上得到是知识。

病床呼叫系统实现比较简单，但是还有很大的改进空间。

在做课程设计之前，查阅了大量的资料，对其有了一个初步认识认识。

然后再对其原理进行了一定的分析和研究。

在了解到病床呼叫系统各个功能模块后，对每一部分进行具体分析。

通过和同学进行交流和沟通，彼此促进，相互学习。

经过两周的时间完成了病床呼叫系统的设计，当达到设计要求时感觉这两周的时间没有白费，感谢老师的指导与帮助，同时感谢学院给我们提供实验室，让我们有这么好的学习环境。

附录A 梯形图
1
2
3
4
A
B
A
C
B
C
D
E F
D
E
1
2
3
4
F
湖南工学院自动化卓越班病床呼叫系统设计
设计者郭中义制图人
郭中义标准化郭中义共一张NO.1
指导老师
罗雪莲
电路图
图号
X000X001X002X003X004X005X006X007X010X011X012X013X014X015X016X017X020X021
FX2N-64MR
SB1
SB10SB11SB12SB13SB14SB15SB16
SB17SB18SB19SB20SB21SB22SB23SB24SB25SB26
SB27
Y000Y001Y002Y003Y004Y005Y006Y007Y010Y011Y012Y013Y014Y015Y016Y017Y020Y021Y022Y023Y024Y025Y026Y027Y030Y031Y032Y033Y034Y035Y036Y037COM1COM2COM3COM4COM5COM6
HA1HA2HA3
220V
X022X023X024X025X026X027X030X031X032X033X034X035X036X037COM L N
SB2SB3SB4SB5SB6SB7
SB8SB9HL1HL2HL3HL5HL4HL6HL7HL8HL9HL10HL11HL12HL13HL14HL15HL16HL18HL17AC 220V
AC。