高精度電子體溫計(jì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

曾桂珍

（西鐵城精電科技（江門）有限公司，廣東 江門529000）

電子體溫計(jì)通過電路信號(hào)發(fā)振回路和A／D 轉(zhuǎn)換電路直接與CPU 完成數(shù)據(jù)采集和處理，實(shí)現(xiàn)方便、精度高，性能穩(wěn)定，與傳統(tǒng)的水銀玻璃體溫計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，測(cè)量時(shí)間短，測(cè)量精度高。下文就其高精度設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)詳述如下：

1 設(shè)計(jì)原理

電子體溫計(jì)（Electronic thermometer）由熱敏電阻回路、電路信號(hào)發(fā)振回路、A／D 轉(zhuǎn)換電路、CPU 進(jìn)行核心查表法技術(shù)自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)處理，測(cè)量溫度可以達(dá)到高精度，再結(jié)合體溫計(jì)的結(jié)構(gòu)于LCD 顯示輸出等部分組成。

2 設(shè)計(jì)細(xì)則

2.1 產(chǎn)品名稱

本文設(shè)計(jì)的電子體溫計(jì)產(chǎn)品名稱為CTEB720 多功能電子體溫計(jì)（CTEB720 Multi-function electronic thermometer）。

2.2 可行性分析

2.2.1 CPU 選定

采用具有可編程Flash 和靈活的16 位CPU 單片機(jī)S1C17W12，具有以下功能：

型式：S1C17W12（S1C17W00 系列）（Epson）

ROM（內(nèi)蔵Flash 記憶）/RAM容量：48K bytes/2K bytes

內(nèi) 蔵 clock：IOSC 700kHz/OSC1 32kHz/OSC3 250，384，500kHz，1，2，4MHz（可切換）

使用clock：起動(dòng)時(shí)IOSC 700kHz/測(cè)定時(shí)OSC3 250kHz

2.2.2 軟件開發(fā)環(huán)境（WindowsVista／7／8／8.1／10（32／64bit））

軟件開發(fā)工具: GNU17 Ver3.2.0, MultiProgrammer,ICDmini3 Device

2.2.3 溫度測(cè)定及溫度換算表

（1）各溫度的電阻值的計(jì)算

使用熱敏電阻的B 定數(shù)和37.0℃的電阻值，通過以下公式來計(jì)算每個(gè)溫度下的電阻值（※以絕對(duì)溫度計(jì)算溫度）

Rthmx[kΩ]：Tx[K]時(shí)熱敏電阻值

R37[kΩ]：37.0℃時(shí)熱敏電阻值（熱敏電阻規(guī)格）

B：B 定數(shù)（熱敏電阻的仕樣規(guī)格值）

Tx[K]：需計(jì)算電阻值的溫度

T37[K]：37.0℃的絕對(duì)溫度（37.00+273.15[K]）

Rin[Ω]：內(nèi)阻

（2）37.0℃時(shí)脈沖數(shù)的確定方法

在37.0℃時(shí)，設(shè)定基準(zhǔn)電阻和熱敏電阻的振蕩控制在振蕩上限時(shí)間的1/2 左右

基準(zhǔn)電阻和熱敏電阻的振蕩上限時(shí)間設(shè)定為32Hz 定時(shí)器，并進(jìn)行7 次振蕩計(jì)數(shù)，因此為218.75msec 設(shè)定脈沖數(shù)，即在37.0℃時(shí)發(fā)出約100msec。

根據(jù)MCU 的RFC 基準(zhǔn)/熱敏電阻振蕩頻率- 電阻特性的圖表，約30kΩ（37.0℃時(shí)）的RFC 基準(zhǔn)/傳感器振蕩頻率約為40kHz，可計(jì)算37.0℃時(shí)的脈沖數(shù)：P37=100msec×40kHz=4000 脈沖。

（3）各溫度下脈沖數(shù)的計(jì)算

f[Hz]：脈沖數(shù)，R[Ω]：電阻值，C[F]：電容值

因此，將各溫度下的電阻值與脈沖數(shù)相乘后的值變?yōu)楹愣?，由此求出?7.0℃時(shí)的電阻值與脈沖數(shù)相乘后的值：

根據(jù)所求出的常數(shù)和各溫度的電阻值求出各溫度的脈沖數(shù)：Px=118840/Rx

（4）分辨率和系數(shù)

分辨率為1℃之間的脈沖數(shù)，單位為[℃/1 PULSE]。系數(shù)是將分辨率整數(shù)化后的數(shù)值，用于小數(shù)點(diǎn)以下的脈沖溫度轉(zhuǎn)換。

從（1）～（4）的計(jì)算中，設(shè)定如下溫度轉(zhuǎn)換表1：溫度轉(zhuǎn)換表（P37=4000，此僅列出三個(gè)代表溫度點(diǎn)為例說明）

熱敏電阻：B 定數(shù)=3943 [k]；37.0℃基準(zhǔn)溫度時(shí)對(duì)應(yīng)阻值R37=29.71[kΩ]；內(nèi)阻Rin=0.3[kΩ]

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2.2.4 溫度算出

通過上表：溫度轉(zhuǎn)換表可檢索出整數(shù)部分，小數(shù)部分的計(jì)算由以下公式計(jì)算：

（振蕩脈沖數(shù)-PULSE 數(shù)）×系數(shù)/10000 [系數(shù)是分辨率整數(shù)化的數(shù)值。（參照2.2.3.4 分辨率和系數(shù)）]

例如，如果熱敏電阻的振蕩脈沖的數(shù)是3900 脈沖，則從溫度轉(zhuǎn)換表中檢索介于3840～4000 期間，則整數(shù)部分將其設(shè)置為36； 小 數(shù) 部 分 按 上 述 公 式 計(jì) 算 （3900-3840）×625/100000=0.37500，整數(shù)部分和小數(shù)部分相加，即溫度=36.375℃，由此結(jié)果可知，此設(shè)計(jì)的精度可以達(dá)到小數(shù)點(diǎn)后三位的精度，但基于電子體溫計(jì)結(jié)構(gòu)要求，精度選擇保留小數(shù)點(diǎn)一位顯示的情況下，即LCD 顯示溫度為36.3℃。

2.2.5 自動(dòng)精度調(diào)整機(jī)能

比較基準(zhǔn)電阻的振蕩脈沖數(shù)和熱敏電阻的振蕩脈沖數(shù)，調(diào)整基準(zhǔn)電阻的振蕩脈沖數(shù)以使熱敏電阻的振蕩脈沖數(shù)成為基準(zhǔn)值的功能。由上述2.2.3.2 可知，37.0℃時(shí)脈沖數(shù)：P37=4000。

熱敏電阻和基準(zhǔn)電阻在一定時(shí)間內(nèi)振蕩以獲得相應(yīng)的脈沖數(shù)，根據(jù)以下計(jì)算公式，確定基準(zhǔn)電阻的基準(zhǔn)脈沖數(shù)：

重復(fù)10 次基準(zhǔn)電阻振蕩、熱敏電阻振蕩和計(jì)算周期。

之后，熱敏電阻的振蕩脈沖數(shù)在4000±2 調(diào)整成功，將Flash 區(qū)域的數(shù)值改寫為調(diào)整后的值。

※參照溫度轉(zhuǎn)換表時(shí)，熱敏電阻的目標(biāo)振蕩脈沖數(shù)，可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)時(shí)理論與實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備等因素造成的偏差進(jìn)行對(duì)應(yīng)的修正補(bǔ)償，此值需通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行采集。

通過上述的設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)可行性分析，基于單片機(jī)控制的電子溫度計(jì)可滿足人們對(duì)體溫計(jì)高精度測(cè)量需求的轉(zhuǎn)型發(fā)展設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。