基于SPCE061A醫(yī)用智能測溫系統(tǒng)

摘要:以SPCE061A單片機(jī)為控制器的醫(yī)用智能測溫系統(tǒng)，通過溫度傳感器單元感受溫度計(jì)給出的信號(hào)并將此信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)接口板轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出給計(jì)算機(jī)，利用VB，根據(jù)設(shè)計(jì)好的測量數(shù)據(jù)處理方法編寫相應(yīng)的計(jì)算程序和交互式的窗體界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)病房中病人的溫度采取，及時(shí)反饋、保存等功能。系統(tǒng)控制簡單，成本低，適于被醫(yī)院監(jiān)護(hù)房推廣、采用。

關(guān)鍵詞:測溫系統(tǒng);SPCE061A; VB;溫度傳感器

1 引言

本系統(tǒng)主要針對(duì)醫(yī)院為對(duì)象，以凌陽單片機(jī)為核心，以計(jì)算機(jī)界面為終端進(jìn)行的一個(gè)測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文章主要針對(duì)其單片機(jī)部分進(jìn)行的設(shè)計(jì)。包括硬件的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)，軟硬件結(jié)合完成單片機(jī)的各項(xiàng)功能，有語音播報(bào)，數(shù)據(jù)傳輸，AD轉(zhuǎn)換等。

在醫(yī)院，對(duì)病人的記錄，病房的分配，醫(yī)藥的管理等等都已經(jīng)應(yīng)用計(jì)算機(jī)來管理。通過計(jì)算機(jī)的幫助，使很多復(fù)雜的工程變得簡單、明了化，極大反映了現(xiàn)在科技的優(yōu)勢。但在一般的病房內(nèi)，對(duì)定時(shí)體溫的測量還大多數(shù)通過護(hù)士在一定時(shí)間親自走到病房進(jìn)行測量來獲得。增加了對(duì)人員，資源的要求。本系統(tǒng)就是專門針對(duì)這種現(xiàn)象而設(shè)計(jì)的。醫(yī)生將想要測溫的時(shí)間以及測溫的方式輸入到電腦里，單片機(jī)智能的在鎖定的時(shí)間里提示病人拿起溫度計(jì)進(jìn)行溫度測量，并在測量結(jié)束后將所測到的溫度值通過單片機(jī)將溫度播報(bào)出來，同時(shí)將溫度值的曲線圖顯示出來。

2 系統(tǒng)的總體思路

在本系統(tǒng)中，將61板與計(jì)算機(jī)連接，采用串接的方法。對(duì)通信協(xié)議進(jìn)行設(shè)置，包括，數(shù)據(jù)格式，傳送速度，控制字符的定義。

61板接收由計(jì)算機(jī)傳輸過來的時(shí)間值。時(shí)間值包括四位，地址控制字，模式控制字，時(shí)間值的時(shí)，時(shí)間值的分。首先對(duì)第一位即地址控制字進(jìn)行判斷，當(dāng)判斷與該61板的控制字一致，接收第二個(gè)字符，接收兩位字符并存儲(chǔ)，當(dāng)61板的定時(shí)時(shí)間和系統(tǒng)時(shí)間保持一致時(shí)，即進(jìn)行語音播報(bào)“現(xiàn)在請(qǐng)拿起溫度計(jì)進(jìn)行測溫”，測量所得的放大電壓信號(hào)在61板內(nèi)經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換，得出該溫度的溫度值，同時(shí)，將溫度的整位數(shù)，小數(shù)點(diǎn)后一位通過異步串行端口分別發(fā)送到計(jì)算機(jī)。當(dāng)判斷出是間隔時(shí)間測溫模式字，同樣接收后兩位并存儲(chǔ)，則一到定時(shí)的時(shí)間，即進(jìn)行同普通測溫模式的相同操作。當(dāng)判斷出是連續(xù)測溫模式字后，同樣接收后兩位并存儲(chǔ)，達(dá)到設(shè)定的初始時(shí)間，61板就會(huì)對(duì)輸入的電壓信號(hào)進(jìn)行的AD轉(zhuǎn)換，同時(shí)進(jìn)行數(shù)字電壓值與溫度值之間的換算，在此模式下，不需要進(jìn)行語音播報(bào)，而把溫度值直接傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)就可以。當(dāng)?shù)竭_(dá)結(jié)束時(shí)間，停止AD轉(zhuǎn)換操作。由于61板內(nèi)的系統(tǒng)時(shí)間和計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)時(shí)間可能不相符，在61板上添加了三個(gè)按鈕，以供工作人員進(jìn)行時(shí)間的調(diào)整，方便進(jìn)行定時(shí)測溫。

3 硬件設(shè)計(jì)

硬件部分分為三個(gè)大部分:溫度傳感器、異步串行接口、萬年歷調(diào)整。

3.1溫度傳感器

溫度傳感器部分由電阻橋路和放大器兩部分組成。

電阻橋路選用的為1/4橋，如下圖所示:

RT為鉑電阻100溫度傳感器，它的特性為，當(dāng)溫度為0℃時(shí)，鉑電阻的電阻值為100歐姆。它的性能十分穩(wěn)定，可以測量-200～600℃的溫度。并且當(dāng)隨著溫度的變化，電阻值成線性變化。其變化的的公式為:

Rt=R0*(1+At+t2 ) 公式1

R0為溫度傳感器在0℃的電阻值，為100Ω，

A=3.96847*10-3/℃

B=-5.847*10-7/℃2

根據(jù)實(shí)際需要，測量溫度值的范圍為0~45℃，根據(jù)公式 所以RT的范圍為100~118Ω。

由橋路所得，電橋的輸出電壓值的公式為以下:

U=U1-U2=(R2*RT-R1*R3)Ue/(R1+RT)(R2+R3) 公式2

Ue的值為準(zhǔn)定電壓值，這里取得是+5V

在此電橋中，達(dá)到平衡時(shí)，R2*RT=R1*R3

選擇R2=1000Ω，R1=1000Ω，R3=100Ω，將R1，R2，R3，Ue值和RT的范圍值代入到公式2中，可以得出U的電壓范圍為 0~0.073V

溫度傳感器的電阻發(fā)生變化，從而引起電壓發(fā)生變化，此時(shí)的電壓值達(dá)不到61板的參考電壓，需將此電壓放大。61板進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換的電壓范圍為0~3.3V，擇電壓的放大倍數(shù)為30左右。這里選擇的放大器的型號(hào)為HA17741，他的內(nèi)部僅由一個(gè)普通的運(yùn)算放大器組成。

3.2異步串行接口

在異步串行接口部分，考慮到實(shí)際情況，采用MAX485芯片與61板進(jìn)行連接。RS-485是美國電氣工業(yè)聯(lián)合會(huì)(EIA)制定的利用平衡雙絞線作傳輸線的多點(diǎn)通訊標(biāo)準(zhǔn)。它采用差分信號(hào)進(jìn)行傳輸;最大傳輸距離可以達(dá)到1.2 km;最大可連接32個(gè)驅(qū)動(dòng)器和收發(fā)器;接收器最小靈敏度可達(dá)±200 mV;最大傳輸速率可達(dá)2.5 Mb/s。由此可見，RS-485協(xié)議正是針對(duì)遠(yuǎn)距離、高靈敏度、多點(diǎn)通訊制定的標(biāo)準(zhǔn)。

3.3萬年歷調(diào)整

系統(tǒng)擴(kuò)展的三個(gè)按鍵用于報(bào)時(shí)及校正時(shí)間。將IOA5，IOA6，IOA7設(shè)置成輸入狀態(tài)。三個(gè)按鍵分別為TIME，UP，DOWN。TIME鍵用于報(bào)時(shí)，由于時(shí)間包括年月日和時(shí)間，按一次TIME鍵，則報(bào)年月日，再按一次則報(bào)時(shí)分。當(dāng)一直按著TIME鍵3S，則進(jìn)入時(shí)間調(diào)整狀態(tài)，語音報(bào)當(dāng)前是****年，按UP鍵，年份增加，按DOWN鍵，年份減少。按TIME鍵來切換月，日，時(shí)，分，調(diào)整完畢后，按TIME鍵來確認(rèn)，語音報(bào)出年月日時(shí)分。在校正時(shí)間的狀態(tài)下，如果連續(xù)2分鐘沒有見按下，則自動(dòng)退出

4 軟件總體思路

本系統(tǒng)中，醫(yī)生在計(jì)算機(jī)界面上敲入所希望定時(shí)的時(shí)間值，按下定時(shí)按鈕，敲入的時(shí)間值就會(huì)通過異步串行接口送入到61板的相應(yīng)寄存器內(nèi)。時(shí)間值一共包括四位，地址控制字，模式控制字，時(shí)間值的時(shí)，時(shí)間值的分。通過判斷接收需要處理的字符，選擇模式。測量模式分普通測溫模式、連續(xù)測溫模式和間隔測溫模式三種。

普通測溫模式定時(shí)子程序的內(nèi)容包括，延時(shí)2分鐘子程序，一次AD轉(zhuǎn)換子程序，電壓值與溫度值得轉(zhuǎn)換計(jì)算子程序，音播報(bào)子程序，串行異步發(fā)送子程序。通過發(fā)送子程序?qū)囟戎邓腿氲较鄬?duì)應(yīng)的串口內(nèi)，然后接著在VB界面上進(jìn)行后續(xù)處理。間隔測溫模式時(shí)間子程序與上述子程序相同。連續(xù)測溫模式定時(shí)子程序與上述普通測溫定時(shí)子程序相比，沒有語音播報(bào)程序，并且AD轉(zhuǎn)換為連續(xù)的AD轉(zhuǎn)換。

整個(gè)程序包括主程序，鍵盤掃描子程序，萬年歷計(jì)算子程序，校正時(shí)間子程序，語音播放子程序，時(shí)間延遲子程序，AD轉(zhuǎn)換子程序，異步串口通信子程序，發(fā)送數(shù)據(jù)子程序。

4.1凌陽16位單片機(jī)

SPCE061A是繼μ′nSPTM系列產(chǎn)品SPCE500A等之后，凌陽科技推出的又一個(gè)16位結(jié)構(gòu)的微控制器.SPCE061A里內(nèi)嵌了32k字的閃存FLASH.較高的處理速度，使μ′nSPTM能夠非常容易地快速處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)，以μ′nSPTM為核心的SPCE061A微控制器，也適用在數(shù)字語音識(shí)別應(yīng)用領(lǐng)域.SPCE061A在2.6～3.6V工作電壓范圍內(nèi)，工作速度范圍為0.32～49115MHz，較高的工作速度使其應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓寬.2k字SRAM和32k字閃存FLASH僅占一頁存儲(chǔ)空間，32位可編程的多功能I/O端口:兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘，低電壓復(fù)位/監(jiān)測功能，8通道10位?！獢?shù)轉(zhuǎn)換輸入功能，并具有內(nèi)置自動(dòng)增益控制功能的麥克風(fēng)輸入方式，雙通道10位DAC方式的音頻輸出功能.SPCE061A是數(shù)字聲音和語音識(shí)別產(chǎn)品的一種非常經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用。

4.2通信協(xié)議

凌陽單片機(jī)通過異步串口UART將數(shù)據(jù)一楨一楨的傳輸出去，接受的也是如此。每一楨數(shù)據(jù)有十位。他包括有一個(gè)起始位，八個(gè)數(shù)據(jù)位，一個(gè)停止位，無奇偶校驗(yàn)位。如上表:

傳送數(shù)據(jù)的速度協(xié)議:通信的雙方傳送的波特率保持一致，全為9600Bit/s.計(jì)算機(jī)的設(shè)置通過通信控件的setting屬性的選擇，設(shè)置為:Mscomm1.setting=”9600，n，8，1”，這也是系統(tǒng)的默認(rèn)值?！?600”為波特率，“N”為無校驗(yàn)位，“8”為數(shù)據(jù)位8位，“1”為有一個(gè)停止位。單片機(jī)的波特率通過對(duì)UART的屬性設(shè)置來完成。

5 結(jié)語

通過醫(yī)用智能測溫系統(tǒng)完成以及應(yīng)用，醫(yī)生在醫(yī)院內(nèi)無須親自走動(dòng)，便可以在機(jī)房內(nèi)控制整個(gè)醫(yī)院的所有病人的體溫狀態(tài)。是一項(xiàng)十分便利的設(shè)計(jì)。對(duì)于目前而言，醫(yī)院內(nèi)用此類測溫系統(tǒng)的很少，但是，例如這類測溫系統(tǒng)已經(jīng)十分普遍的應(yīng)用于其他的環(huán)境之中。例如，大型的糧倉，冰庫等一些對(duì)溫度要求十分嚴(yán)格的環(huán)境之中。雖然對(duì)目前而言，應(yīng)用于醫(yī)院的不多，但是隨著以后科技的不斷發(fā)展，此類工程一定會(huì)在醫(yī)院里得到廣泛的應(yīng)用。

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作者簡介:王蔚(1980- )，男，吉林長春人，助理實(shí)驗(yàn)師，碩士在讀，主要從事實(shí)驗(yàn)室儀器管理、開發(fā)及教學(xué)工作。