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摘要:以SPCE061A单片机为控制器的医用智能测温系统,通过温度传感器单元感受温度计给出的信号并将此信号转换成电信号,经实验接口板转换成数字信号输出给计算机,利用VB,根据设计好的测量数据处理方法编写相应的计算程序和交互式的窗体界面,实现对病房中病人的温度采取,及时反馈、保存等功能。系统控制简单,成本低,适于被医院监护房推广、采用。
关键词:测温系统;SPCE061A; VB;温度传感器
1 引言
本系统主要针对医院为对象,以凌阳单片机为核心,以计算机界面为终端进行的一个测温系统的设计。本文章主要针对其单片机部分进行的设计。包括硬件的设计和软件的设计,软硬件结合完成单片机的各项功能,有语音播报,数据传输,AD转换等。
在医院,对病人的记录,病房的分配,医药的管理等等都已经应用计算机来管理。通过计算机的帮助,使很多复杂的工程变得简单、明了化,极大反映了现在科技的优势。但在一般的病房内,对定时体温的测量还大多数通过护士在一定时间亲自走到病房进行测量来获得。增加了对人员,资源的要求。本系统就是专门针对这种现象而设计的。医生将想要测温的时间以及测温的方式输入到电脑里,单片机智能的在锁定的时间里提示病人拿起温度计进行温度测量,并在测量结束后将所测到的温度值通过单片机将温度播报出来,同时将温度值的曲线图显示出来。
2 系统的总体思路
在本系统中,将61板与计算机连接,采用串接的方法。对通信协议进行设置,包括,数据格式,传送速度,控制字符的定义。
61板接收由计算机传输过来的时间值。时间值包括四位,地址控制字,模式控制字,时间值的时,时间值的分。首先对第一位即地址控制字进行判断,当判断与该61板的控制字一致,接收第二个字符,接收两位字符并存储,当61板的定时时间和系统时间保持一致时,即进行语音播报“现在请拿起温度计进行测温”,测量所得的放大电压信号在61板内经过AD转换,得出该温度的温度值,同时,将温度的整位数,小数点后一位通过异步串行端口分别发送到计算机。当判断出是间隔时间测温模式字,同样接收后两位并存储,则一到定时的时间,即进行同普通测温模式的相同操作。当判断出是连续测温模式字后,同样接收后两位并存储,达到设定的初始时间,61板就会对输入的电压信号进行的AD转换,同时进行数字电压值与温度值之间的换算,在此模式下,不需要进行语音播报,而把温度值直接传输到计算机内就可以。当到达结束时间,停止AD转换操作。由于61板内的系统时间和计算机的系统时间可能不相符,在61板上添加了三个按钮,以供工作人员进行时间的调整,方便进行定时测温。
3 硬件设计
硬件部分分为三个大部分:温度传感器、异步串行接口、万年历调整。
3.1温度传感器
温度传感器部分由电阻桥路和放大器两部分组成。
电阻桥路选用的为1/4桥,如下图所示:
RT为铂电阻100温度传感器,它的特性为,当温度为0℃时,铂电阻的电阻值为100欧姆。它的性能十分稳定,可以测量-200～600℃的温度。并且当随着温度的变化,电阻值成线性变化。其变化的的公式为:
Rt=R0*(1+At+t2 ) 公式1
R0为温度传感器在0℃的电阻值,为100Ω,
A=3.96847*10-3/℃
B=-5.847*10-7/℃2
根据实际需要,测量温度值的范围为0~45℃,根据公式 所以RT的范围为100~118Ω。
由桥路所得,电桥的输出电压值的公式为以下:
U=U1-U2=(R2*RT-R1*R3)Ue/(R1+RT)(R2+R3) 公式2
Ue的值为准定电压值,这里取得是+5V
在此电桥中,达到平衡时,R2*RT=R1*R3
选择R2=1000Ω,R1=1000Ω,R3=100Ω,将R1,R2,R3,Ue值和RT的范围值代入到公式2中,可以得出U的电压范围为 0~0.073V
温度传感器的电阻发生变化,从而引起电压发生变化,此时的电压值达不到61板的参考电压,需将此电压放大。61板进行AD转换的电压范围为0~3.3V,择电压的放大倍数为30左右。这里选择的放大器的型号为HA17741,他的内部仅由一个普通的运算放大器组成。
3.2异步串行接口
在异步串行接口部分,考虑到实际情况,采用MAX485芯片与61板进行连接。RS-485是美国电气工业联合会(EIA)制定的利用平衡双绞线作传输线的多点通讯标准。它采用差分信号进行传输;最大传输距离可以达到1.2 km;最大可连接32个驱动器和收发器;接收器最小灵敏度可达±200 mV;最大传输速率可达2.5 Mb/s。由此可见,RS-485协议正是针对远距离、高灵敏度、多点通讯制定的标准。
3.3万年历调整
系统扩展的三个按键用于报时及校正时间。将IOA5,IOA6,IOA7设置成输入状态。三个按键分别为TIME,UP,DOWN。TIME键用于报时,由于时间包括年月日和时间,按一次TIME键,则报年月日,再按一次则报时分。当一直按着TIME键3S,则进入时间调整状态,语音报当前是****年,按UP键,年份增加,按DOWN键,年份减少。按TIME键来切换月,日,时,分,调整完毕后,按TIME键来确认,语音报出年月日时分。在校正时间的状态下,如果连续2分钟没有见按下,则自动退出
4 软件总体思路
本系统中,医生在计算机界面上敲入所希望定时的时间值,按下定时按钮,敲入的时间值就会通过异步串行接口送入到61板的相应寄存器内。时间值一共包括四位,地址控制字,模式控制字,时间值的时,时间值的分。通过判断接收需要处理的字符,选择模式。测量模式分普通测温模式、连续测温模式和间隔测温模式三种。
普通测温模式定时子程序的内容包括,延时2分钟子程序,一次AD转换子程序,电压值与温度值得转换计算子程序,音播报子程序,串行异步发送子程序。通过发送子程序将温度值送入到相对应的串口内,然后接着在VB界面上进行后续处理。间隔测温模式时间子程序与上述子程序相同。连续测温模式定时子程序与上述普通测温定时子程序相比,没有语音播报程序,并且AD转换为连续的AD转换。
整个程序包括主程序,键盘扫描子程序,万年历计算子程序,校正时间子程序,语音播放子程序,时间延迟子程序,AD转换子程序,异步串口通信子程序,发送数据子程序。
4.1凌阳16位单片机
SPCE061A是继μ′nSPTM系列产品SPCE500A等之后,凌阳科技推出的又一个16位结构的微控制器.SPCE061A里内嵌了32k字的闪存FLASH.较高的处理速度,使μ′nSPTM能够非常容易地快速处理复杂的数字信号,以μ′nSPTM为核心的SPCE061A微控制器,也适用在数字语音识别应用领域.SPCE061A在2.6～3.6V工作电压范围内,工作速度范围为0.32～49115MHz,较高的工作速度使其应用领域进一步拓宽.2k字SRAM和32k字闪存FLASH仅占一页存储空间,32位可编程的多功能I/O端口:两个16位定时器/计数器,32768Hz实时时钟,低电压复位/监测功能,8通道10位模—数转换输入功能,并具有内置自动增益控制功能的麦克风输入方式,双通道10位DAC方式的音频输出功能.SPCE061A是数字声音和语音识别产品的一种非常经济的应用。
4.2通信协议
凌阳单片机通过异步串口UART将数据一桢一桢的传输出去,接受的也是如此。每一桢数据有十位。他包括有一个起始位,八个数据位,一个停止位,无奇偶校验位。如上表:
传送数据的速度协议:通信的双方传送的波特率保持一致,全为9600Bit/s.计算机的设置通过通信控件的setting属性的选择,设置为:Mscomm1.setting=”9600,n,8,1”,这也是系统的默认值。“9600”为波特率,“N”为无校验位,“8”为数据位8位,“1”为有一个停止位。单片机的波特率通过对UART的属性设置来完成。
5 结语
通过医用智能测温系统完成以及应用,医生在医院内无须亲自走动,便可以在机房内控制整个医院的所有病人的体温状态。是一项十分便利的设计。对于目前而言,医院内用此类测温系统的很少,但是,例如这类测温系统已经十分普遍的应用于其他的环境之中。例如,大型的粮仓,冰库等一些对温度要求十分严格的环境之中。虽然对目前而言,应用于医院的不多,但是随着以后科技的不断发展,此类工程一定会在医院里得到广泛的应用。
参考文献
[1] 罗亚非,凌阳16位单片机应用基础[M],北京航空航天大学出版社, 2005年5月。
[2] 龚佩曾,Visual Basic程序设计教程[M],高等教育出版社,2002年7月。
[3] 张毅刚,彭喜元,单片机原理及应用[M],北京:高等教育出版社,2003年12月第1版。
[4]倪敏,基利用VB模拟升降法测电子电荷实验[J],大学物理实验。2004,17(3):60-64
[5]邓岳,周辉,基于MC9S12DG128 单片机智能车设计与实现[J],实验室研究与探索。2008,27(1):67-69
[6]李学慧,大学物理实验[M],高等教育出版社,2005年6月。
作者简介:王蔚(1980- ),男,吉林长春人,助理实验师,硕士在读,主要从事实验室仪器管理、开发及教学工作。
关键词:测温系统;SPCE061A; VB;温度传感器
1 引言
本系统主要针对医院为对象,以凌阳单片机为核心,以计算机界面为终端进行的一个测温系统的设计。本文章主要针对其单片机部分进行的设计。包括硬件的设计和软件的设计,软硬件结合完成单片机的各项功能,有语音播报,数据传输,AD转换等。
在医院,对病人的记录,病房的分配,医药的管理等等都已经应用计算机来管理。通过计算机的帮助,使很多复杂的工程变得简单、明了化,极大反映了现在科技的优势。但在一般的病房内,对定时体温的测量还大多数通过护士在一定时间亲自走到病房进行测量来获得。增加了对人员,资源的要求。本系统就是专门针对这种现象而设计的。医生将想要测温的时间以及测温的方式输入到电脑里,单片机智能的在锁定的时间里提示病人拿起温度计进行温度测量,并在测量结束后将所测到的温度值通过单片机将温度播报出来,同时将温度值的曲线图显示出来。
2 系统的总体思路
在本系统中,将61板与计算机连接,采用串接的方法。对通信协议进行设置,包括,数据格式,传送速度,控制字符的定义。
61板接收由计算机传输过来的时间值。时间值包括四位,地址控制字,模式控制字,时间值的时,时间值的分。首先对第一位即地址控制字进行判断,当判断与该61板的控制字一致,接收第二个字符,接收两位字符并存储,当61板的定时时间和系统时间保持一致时,即进行语音播报“现在请拿起温度计进行测温”,测量所得的放大电压信号在61板内经过AD转换,得出该温度的温度值,同时,将温度的整位数,小数点后一位通过异步串行端口分别发送到计算机。当判断出是间隔时间测温模式字,同样接收后两位并存储,则一到定时的时间,即进行同普通测温模式的相同操作。当判断出是连续测温模式字后,同样接收后两位并存储,达到设定的初始时间,61板就会对输入的电压信号进行的AD转换,同时进行数字电压值与温度值之间的换算,在此模式下,不需要进行语音播报,而把温度值直接传输到计算机内就可以。当到达结束时间,停止AD转换操作。由于61板内的系统时间和计算机的系统时间可能不相符,在61板上添加了三个按钮,以供工作人员进行时间的调整,方便进行定时测温。
3 硬件设计
硬件部分分为三个大部分:温度传感器、异步串行接口、万年历调整。
3.1温度传感器
温度传感器部分由电阻桥路和放大器两部分组成。
电阻桥路选用的为1/4桥,如下图所示:
RT为铂电阻100温度传感器,它的特性为,当温度为0℃时,铂电阻的电阻值为100欧姆。它的性能十分稳定,可以测量-200～600℃的温度。并且当随着温度的变化,电阻值成线性变化。其变化的的公式为:
Rt=R0*(1+At+t2 ) 公式1
R0为温度传感器在0℃的电阻值,为100Ω,
A=3.96847*10-3/℃
B=-5.847*10-7/℃2
根据实际需要,测量温度值的范围为0~45℃,根据公式 所以RT的范围为100~118Ω。
由桥路所得,电桥的输出电压值的公式为以下:
U=U1-U2=(R2*RT-R1*R3)Ue/(R1+RT)(R2+R3) 公式2
Ue的值为准定电压值,这里取得是+5V
在此电桥中,达到平衡时,R2*RT=R1*R3
选择R2=1000Ω,R1=1000Ω,R3=100Ω,将R1,R2,R3,Ue值和RT的范围值代入到公式2中,可以得出U的电压范围为 0~0.073V
温度传感器的电阻发生变化,从而引起电压发生变化,此时的电压值达不到61板的参考电压,需将此电压放大。61板进行AD转换的电压范围为0~3.3V,择电压的放大倍数为30左右。这里选择的放大器的型号为HA17741,他的内部仅由一个普通的运算放大器组成。
3.2异步串行接口
在异步串行接口部分,考虑到实际情况,采用MAX485芯片与61板进行连接。RS-485是美国电气工业联合会(EIA)制定的利用平衡双绞线作传输线的多点通讯标准。它采用差分信号进行传输;最大传输距离可以达到1.2 km;最大可连接32个驱动器和收发器;接收器最小灵敏度可达±200 mV;最大传输速率可达2.5 Mb/s。由此可见,RS-485协议正是针对远距离、高灵敏度、多点通讯制定的标准。
3.3万年历调整
系统扩展的三个按键用于报时及校正时间。将IOA5,IOA6,IOA7设置成输入状态。三个按键分别为TIME,UP,DOWN。TIME键用于报时,由于时间包括年月日和时间,按一次TIME键,则报年月日,再按一次则报时分。当一直按着TIME键3S,则进入时间调整状态,语音报当前是****年,按UP键,年份增加,按DOWN键,年份减少。按TIME键来切换月,日,时,分,调整完毕后,按TIME键来确认,语音报出年月日时分。在校正时间的状态下,如果连续2分钟没有见按下,则自动退出
4 软件总体思路
本系统中,医生在计算机界面上敲入所希望定时的时间值,按下定时按钮,敲入的时间值就会通过异步串行接口送入到61板的相应寄存器内。时间值一共包括四位,地址控制字,模式控制字,时间值的时,时间值的分。通过判断接收需要处理的字符,选择模式。测量模式分普通测温模式、连续测温模式和间隔测温模式三种。
普通测温模式定时子程序的内容包括,延时2分钟子程序,一次AD转换子程序,电压值与温度值得转换计算子程序,音播报子程序,串行异步发送子程序。通过发送子程序将温度值送入到相对应的串口内,然后接着在VB界面上进行后续处理。间隔测温模式时间子程序与上述子程序相同。连续测温模式定时子程序与上述普通测温定时子程序相比,没有语音播报程序,并且AD转换为连续的AD转换。
整个程序包括主程序,键盘扫描子程序,万年历计算子程序,校正时间子程序,语音播放子程序,时间延迟子程序,AD转换子程序,异步串口通信子程序,发送数据子程序。
4.1凌阳16位单片机
SPCE061A是继μ′nSPTM系列产品SPCE500A等之后,凌阳科技推出的又一个16位结构的微控制器.SPCE061A里内嵌了32k字的闪存FLASH.较高的处理速度,使μ′nSPTM能够非常容易地快速处理复杂的数字信号,以μ′nSPTM为核心的SPCE061A微控制器,也适用在数字语音识别应用领域.SPCE061A在2.6～3.6V工作电压范围内,工作速度范围为0.32～49115MHz,较高的工作速度使其应用领域进一步拓宽.2k字SRAM和32k字闪存FLASH仅占一页存储空间,32位可编程的多功能I/O端口:两个16位定时器/计数器,32768Hz实时时钟,低电压复位/监测功能,8通道10位模—数转换输入功能,并具有内置自动增益控制功能的麦克风输入方式,双通道10位DAC方式的音频输出功能.SPCE061A是数字声音和语音识别产品的一种非常经济的应用。
4.2通信协议
凌阳单片机通过异步串口UART将数据一桢一桢的传输出去,接受的也是如此。每一桢数据有十位。他包括有一个起始位,八个数据位,一个停止位,无奇偶校验位。如上表:
传送数据的速度协议:通信的双方传送的波特率保持一致,全为9600Bit/s.计算机的设置通过通信控件的setting属性的选择,设置为:Mscomm1.setting=”9600,n,8,1”,这也是系统的默认值。“9600”为波特率,“N”为无校验位,“8”为数据位8位,“1”为有一个停止位。单片机的波特率通过对UART的属性设置来完成。
5 结语
通过医用智能测温系统完成以及应用,医生在医院内无须亲自走动,便可以在机房内控制整个医院的所有病人的体温状态。是一项十分便利的设计。对于目前而言,医院内用此类测温系统的很少,但是,例如这类测温系统已经十分普遍的应用于其他的环境之中。例如,大型的粮仓,冰库等一些对温度要求十分严格的环境之中。虽然对目前而言,应用于医院的不多,但是随着以后科技的不断发展,此类工程一定会在医院里得到广泛的应用。
参考文献
[1] 罗亚非,凌阳16位单片机应用基础[M],北京航空航天大学出版社, 2005年5月。
[2] 龚佩曾,Visual Basic程序设计教程[M],高等教育出版社,2002年7月。
[3] 张毅刚,彭喜元,单片机原理及应用[M],北京:高等教育出版社,2003年12月第1版。
[4]倪敏,基利用VB模拟升降法测电子电荷实验[J],大学物理实验。2004,17(3):60-64
[5]邓岳,周辉,基于MC9S12DG128 单片机智能车设计与实现[J],实验室研究与探索。2008,27(1):67-69
[6]李学慧,大学物理实验[M],高等教育出版社,2005年6月。
作者简介:王蔚(1980- ),男,吉林长春人,助理实验师,硕士在读,主要从事实验室仪器管理、开发及教学工作。