文档介绍：电子体温计设计
摘要本文设计一种基于单片机控制的电子体温计,实现了实时测量显示和语音播报与声音报警的功能。主要由电源电路模块,A/D转换电路模块,温度控制模块,自动控制模块,温度设制、显示及报警电路模块,串行通信模块和语音播放模块组成。自动控制模块采用双AT89S52构成主从串行处理结构实现对系统的自动控制。温度控制模块选用AD590集成温度传感器来采集外界温度,转换为线性电压信号。线性电压经由OP07构成高精度低温漂的放大电路处理后,由A/D转换电路模块中的ADC0809完成A/D转换,得到8位的数字信号送入自动控制模块的主机中。主机将采集到温度值在LED数码管上显示出来,并通过串口通信将温度信号传到从机。此外,主机完成温度预制和报警电路模块功能,从机完成温度值的语音播放功能。
关键词单片机; AD590; ADC0809; ISD2560
1 绪论
温度是存在于客观世界的一个基本物理量,它与人类的生活和生存有着密切的联系。温测量的历史,可以追溯到l6世纪。当时Saatorio用空气热膨胀的原理,制出了第一支测量口腔温度的体温计。本世纪初,开始用水银来制作体温计,至今在临床上得到了广泛的应用。根据1928年Ebstein的报告,当时除测量口腔及腋下的温度外,还可以测量直肠、颈部、大腿根部,外耳及尿温。这些都是用被测皮肤温度与玻璃球内积存的水银温度相等的原理实现的。
由于水银体温计使用方便、精度高,因而应用很广。由于用水银体温计进行体温监测很不方便,水银的污染的可能也很严重等,为了正确测量人体局部温度,促使人们开发了各种不同的测温仪器和测温方法。现在已有许多医院采用了电子体温计,用其它电子仪器测量体温也日益普及。
电子温度测量方式是随着电子技术的兴起而发展的一门学科。它利用材料随温度变化的参数转换成电信号[1]对温度进行测量。早期的电子温度测量均采用模拟技术的方法,对传感器的非线性补偿采用分立式电路进行各种方法的补偿,线路复杂、体积庞大、可靠性低,应用受到很大的制约,微电子技术的发展使这一希望逐步变成了现实。现在数字集成电路技术和相应的数字信号处理理论相对成熟,开发制造成本大幅下降,为新一代电子体温计的开发创造了良好的先决条件,以数字技术为主要技术的新一代电子体温计[2,3]又一次成为关注和研究的对象。
因此,鉴于传统的水银体温计***的污染及其携带不方便易破碎,尤其是测量时间过长等缺点,本课题设计出一种数字式电子体温计。
2 系统方案与论证
方案论证与比较
方案一:采用热电偶温差电路测温,温度检测部分可以使用低温热偶,热电偶由两个焊接在一起的异金属导线所组成,通过将参考结点保持在已知温度并测量该电压,便可推断出检测结点的温度。数据采集部分使用带有A/D 通道的单片机,在将随被测温度变化的电压或电流采集过来,进行A/D 转换后,就可以用单片机进行数据的处理,在显示电路上,就可以将被测温度显示出来。系统包括对A/D的数据采集,温度的显示等,这几项功能信号通过输入输出电路由单片机处理。[4]此外还有复位电路,晶振电路等。现场输入硬件有手动复位键、A/D 转换芯片,处理芯片为51 芯片,执行机构有数码管、报警器等。系统框图如图 2-1所示。
数码管
报警电路
测温点路
晶振电路
复位电路
按键防抖动
单片机
数据传送
图 2-1 热电偶温差电路测温系统框图
方案二:采用数字温度芯片DS18B20 测量温度,输出信号全数字化。该系统利用单片机控制温度传感器DS18B20进行实时温度检测并显示,能够实现快速测量环境温度,并可根据需要设定上下限报警温度。该系统扩展性非常强,在数据处理同时显示时间,利用键盘来进行调时和温度查询,获得的数据可通过MAX232芯片与RS232接口进行串口通信,方便采集和整理时间温度数据。系统框图如图 2-2所示。
按键输入电路
驱动电路
报警电路
测温电路
时钟电路复位电路
扩展接口:对时间和温度信息定点存储,并与计算机进行数据交换
显示电路
单片机
图 2-2 DS18B20温度测温系统框图
方案三:外部温度信号经过集成温度传感器采集转换成相应的电压信号,经过信号放大后成为模拟输入信号,AD将该模拟信号转换成数字信号,通过并口送入到主机。主机处理这些信号后通过LED数码管显示出来,同时还处理按键和报警模块的程序。温度值由主机通过串行通信传送给聪机,从机控制语音芯片报出对应的温度值。系统框图如图 2-3所示。
放大电路
AD温度采集
A/D转换电路模块
键盘预制、报警电路模块
主机
串行通信
语音播放模块
从机
显示模块
图 2-3 系统框图
方案选择
方案一:热电偶在测温范围内热电性质稳定,比热小,导电率高,