申林，許宗敬

聊城市第三人民醫(yī)院 設(shè)備科，山東聊城 252000

基于STC系列單片機(jī)病房溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

申林，許宗敬

聊城市第三人民醫(yī)院 設(shè)備科，山東聊城 252000

本文設(shè)計(jì)了一種基于STC系列單片機(jī)的病房溫度檢測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用STC12C5A60S2單片機(jī)和DS18B20溫度傳感器，能夠同時(shí)對(duì)8個(gè)病房的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)溫度檢測(cè)值來(lái)控制調(diào)溫設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，具有溫度檢測(cè)準(zhǔn)確、誤差低，操作方便等優(yōu)點(diǎn)。

單片機(jī)；溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；溫度傳感器

0 前言

病房?jī)?nèi)的溫度控制對(duì)于患者早期康復(fù)起著至關(guān)重要的作用，過(guò)冷或過(guò)熱都會(huì)對(duì)患者的恢復(fù)造成影響。傳統(tǒng)的溫度測(cè)量一般采用熱敏電阻、熱電偶等模擬溫度傳感器，當(dāng)需要測(cè)量多個(gè)地方的溫度時(shí)，使用模擬溫度傳感器的數(shù)量增多，需要進(jìn)行多次數(shù)模轉(zhuǎn)換，單片機(jī)的轉(zhuǎn)換與處理任務(wù)加重，對(duì)系統(tǒng)的處理速度要求高。隨著數(shù)字溫度傳感器的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了溫度值的數(shù)字化，有效地解決了上述問(wèn)題。本研究設(shè)計(jì)的溫度檢測(cè)系統(tǒng)采用STC12C5A60S2單片機(jī)和DS18B20溫度傳感器，能夠快速有效地同時(shí)完成多點(diǎn)溫度測(cè)量。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20數(shù)字溫度傳感器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括64位ROM、溫度傳感器、溫度報(bào)警觸發(fā)器和配置寄存器4部分。傳統(tǒng)讀取溫度的方法是在每次讀取溫度時(shí)必須先讀取DS18B20的序列號(hào)，本文通過(guò)改變DS18B20的電路省去讀取序列號(hào)的程序來(lái)同時(shí)檢測(cè)8個(gè)不同病房?jī)?nèi)的溫度[6]。

DS18B20外部有3個(gè)引腳：DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端，GND為地端，VDD為電源端。DS18B20的工作電壓范圍：3.0～5.5 V，本研究采用的單片機(jī)的供電電壓為5 V，因此統(tǒng)一選擇5 V供電。測(cè)溫范圍-55～+125℃，在-10～+85℃時(shí)精度為±0.5℃。病房溫度一般控制在15～30℃，可以將精度控制為±0.5℃。可編程的分辨率為9～12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625℃，將分辨率設(shè)置為12位，實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)溫[4]。

本文采用的單片機(jī)是STC12C5A60S2，該單片機(jī)包含中央處理器（CPU）、程序存儲(chǔ)器（Flash）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（SRAM）、UART串口、串口2、I/O接口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、高速A/D轉(zhuǎn)換、PCA、SPI接口及片內(nèi)R/C振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊。STC12C5A60S2單片機(jī)幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊[2]。

2 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件電路主要由電源、溫度采集和數(shù)據(jù)傳輸3部分組成。

電源部分采用AC220V電壓供電，通過(guò)交流變壓器將電壓變?yōu)锳C8V，然后通過(guò)整流橋和電容濾波得到穩(wěn)定的DC5V電壓給單片機(jī)和DS18B20供電（圖1）。該供電模式是醫(yī)療器械中比較常見(jiàn)的供電模式，輸出的電壓穩(wěn)定且不容易受外部其他設(shè)備干擾。

圖1 電源部分電路設(shè)計(jì)

溫度采集部分是由8個(gè)DS18B20組成，采用的是一種新型的控制方式來(lái)采集溫度，J2的DQ端接8個(gè)DS18B20的數(shù)字信號(hào)輸出端；J1的P11、P12、P13、P14、P15、P16、P17、P18分別接8個(gè)DS18B20的接地端；DS18B20的電源端接VCC；將8個(gè)DS18B20分別放在8個(gè)病房?jī)?nèi)。通過(guò)單片機(jī)控制DS18B20接地端的高低電平來(lái)選擇接通相應(yīng)的DS18B20，可實(shí)現(xiàn)讀取指定病房的溫度。數(shù)據(jù)傳輸部分主要是采用MAX232將數(shù)據(jù)通過(guò)USB接口傳輸?shù)诫娔XPC軟件上，J3接電腦USB接口。數(shù)據(jù)傳輸格式是采用字符串的形式。溫度采集及數(shù)據(jù)傳輸部分電路，見(jiàn)圖2。

圖2 溫度采集及數(shù)據(jù)傳輸部分電路設(shè)計(jì)

3 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)

軟件采用KEIL_C設(shè)計(jì)，主要分為溫度采集和數(shù)據(jù)傳輸兩部分。

溫度采集部分通過(guò)控制P11～P18的高低電平來(lái)選擇讀取指定病房?jī)?nèi)的溫度。即將需要讀取溫度病房所接的DS18B20接地端設(shè)置為0，其他病房的置為1。溫度采集部分的流程見(jiàn)圖3。

圖3 溫度采集流程圖

采集到的溫度由7位數(shù)據(jù)組成，比如采集到的第1個(gè)病房溫度數(shù)值為20.5，溫度格式為T1：20.5，共7位。當(dāng)在讀取的溫度值＞1000時(shí)，說(shuō)明接線斷路或溫度傳感器損壞，采集到的溫度格式為T1：EEEE，這樣就需要檢修電路或傳感器。一次采集完8個(gè)病房?jī)?nèi)的溫度后通過(guò)串口向PC發(fā)送數(shù)據(jù)，PC接收到的數(shù)據(jù)是56位。傳輸數(shù)據(jù)采用ASCii碼的形式，PC再將接收到的ASCii碼轉(zhuǎn)換成字符的形式并繪制成溫度變化曲線。數(shù)據(jù)傳輸流程見(jiàn)圖4。

圖4 數(shù)據(jù)傳輸流程圖

溫度采集部分程序：

4 PC及性能測(cè)試

PC部分采用Delphi編程軟件設(shè)計(jì)，將8個(gè)DS18B20放在同一個(gè)地方測(cè)試溫度曲線，見(jiàn)圖5。該曲線基本能成一條直線，說(shuō)明本系統(tǒng)采集到的溫度誤差較小，能到達(dá)對(duì)誤差的要求。

圖5 軟件性能測(cè)試界面

5 結(jié)論

本研究設(shè)計(jì)的病房溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有溫度檢測(cè)準(zhǔn)確、誤差低，操作方便等優(yōu)點(diǎn)。本研究只針對(duì)溫度的檢測(cè)及系統(tǒng)的硬件電路和程序設(shè)計(jì)，未來(lái)的研究重點(diǎn)在于溫控系統(tǒng)的智能化。

[1]錢明理,謝海源.基于AVR單片機(jī)的數(shù)字式耳溫測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2014,29（1）：26-28.

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[4]孔慶光.基于DS18B20多點(diǎn)無(wú)線溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].寧德師范學(xué)院學(xué)報(bào),2013,25（1）：55-58.

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Design and Implementation of a TemperatureMonitoring System for Hospital Wards Based on STC SeriesMicrocontrollers

SHEN Lin，XU Zong-jing
Department of Equipment, The Third People’s Hospital of Liaocheng, Liaocheng Shandong 252000, China

A temperature monitoringsystem wasdesigned in this paper for hospital wards based on STCseries microcontrollers, which adopted the STC12C5A60S2microcontroller and DS18B20 temperaturesensor. The easy-to-operatesystem could monitor the temperature in 8 hospital wardssimultaneously and had proven its high accuracy and low errors in temperature monitoring, which gave the feedback information to adjust the operation of the air-conditioner equipment to thedesired temperature.

microcontrollers；temperature monitoringsystem；temperaturesensors

TP21

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.08.007

1674-1633（2015）08-0024-03

2015-03-06

許宗敬，工程師。

通訊作者郵箱：2116306@163.com