新型PCB體溫計設計及在臨床中的應用

周一博，閆偉，陳榮

中山市中醫(yī)院 設備科，廣東 中山 528401

1 傳統(tǒng)體溫計的缺陷

水銀體溫計雖然價格便宜但是有諸多弊端：① 水銀體溫計遇熱或安置不當，體溫計容易破裂；② 水銀屬于重金屬，水銀溫度計一旦破裂，人體接觸水銀后會中毒，水銀泄露后，也會污染環(huán)境，嚴重威脅人類身體健康及生命安全；③ 采用水銀體溫計測人體體溫，需要的測量時間較長（5～10 min），不能實現(xiàn)實時讀數(shù)，使用不方便。

市場上有多種多樣的電子體溫計，如歐姆龍、邁克大夫、西鐵城等各種品牌，它們在臨床上使用普遍。在有關公開發(fā)表的文獻中，對電子體溫計的原理和設計進行了較全面的研究，但是卻很少有人研究它和其他醫(yī)療設備的兼容性。

根據(jù)臨床需求可行性，筆者通過研究設計了一塊新型微電腦數(shù)字測溫PCB板。該板具有以下幾個特點：① 體積小巧，價格便宜，是市場同類產(chǎn)品的價格的1/10；② 使用簡單，只有1個按鍵，容易上手；③ 電源分別有外部電源和內(nèi)部電源，外部電源通過USB線就可以進行供電，可以和各種有USB接口的醫(yī)療器械兼容。內(nèi)部電源為1個3～5 V的鋰電池，在沒有外部供電的情況下，可以用3年。

工作原理：用含有DS18B20的溫度探頭接觸病人測溫部位后，通過A/D轉換，然后進入微電腦。通過程序運算，得出病人的當前體溫，再進行D/A轉換，最后顯示在LED數(shù)碼管上。復位鍵用來清零數(shù)據(jù)。新型PCB體溫計工作原理框圖，見圖1。

圖1 新型PCB體溫計工作原理框圖

2 PCB體溫計的設計方法

2.1 設計要求

① 要能正確地測出病人的體溫，價格便宜，簡單實用；② 測量溫度范圍32～45℃，誤差在±（0.1～0.2）℃，瞬間可顯示溫度。

2.2 設計思路

（1）用Auto CAD畫圖軟件畫出電路圖，利用編程器對單片機編程。

（2）數(shù)碼管顯示溫度。

（3）按下復位鍵，該機回歸初始狀態(tài)。

（4）購買電子零件，根據(jù)電路圖把電子零件組裝成樣品。

2.3 相關電路

2.3.1 測溫電路

模塊DS18B20是美國達拉斯半導體公司推出的應用單總線技術的數(shù)字溫度傳感器，該器件將半導體溫敏器件、A/D轉換器、存儲器等集成在一個很小的電路芯片上，實現(xiàn)溫度采集。DS18B20全部傳感元件及轉換電路集成在形如1只三極管的集成電路內(nèi)。與其他溫度傳感器相比，DS18B20具有體積小、硬件開銷低，抗干擾能力強、精度高、供電方式靈活、附加功能強等優(yōu)點。

DS18B20主要由4部分組成：64位ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警除法器TH和TL、配置寄存器。ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看做是DS18B20的地址序列碼，每個DS18B20的64位序列號均不相同。ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。DS18B20寄生電源工作方式有兩種，溫度＞100℃時，不能使用寄生電源，因為此時器件中較大的漏電流會使總線不能可靠檢測高低電平，從而導致數(shù)據(jù)傳輸誤碼率的增大，DS18B20外接電源工作方式，見圖2。

圖2 DS18B20外接電源工作方式

2.3.2 按鍵復位電路

單鍵按扭控制復位電路，見圖3。該圖說明51單片機要復位只需要在第9腳引腳接個高電平持續(xù)2 μs就可以實現(xiàn)。

圖3 單鍵按扭控制復位電路圖

2.3.3 晶振電路

晶振電路12 MHz頻率，51單片機最小系統(tǒng)晶振一般采用6 MHz或11.0592 MHz，在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振，51單片機最小系統(tǒng)晶振振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率越大處理速度越快。

2.3.4 數(shù)碼管電路

數(shù)碼管電路，見圖4。該圖說明，外部采集到的數(shù)據(jù)通過處理后就會在數(shù)碼管上顯示。

圖4 數(shù)碼管電路圖

3 部分單片機程序

該新型PCB體溫計設計過程中所需的部分單片機程序及實現(xiàn)的功能如下：

4 小結

設計完成后，我們制做了樣板機，然后把它裝在普通病床的床頭板內(nèi)。通過臨床的實驗，該樣板設計成功，達到了設計要求。PCB板實物，見圖5。

圖5 PCB體溫計實物

使用該PCB板可以為昏迷不醒的危重病人測量體溫，我們已經(jīng)成功地把普通病床改造成了適合ICU等危重病人用的病床，該PCB板也適用于輪椅、擔架、手術轉移床等大量傳統(tǒng)的醫(yī)療器械上，對于行動不便的病人，它可以實時監(jiān)測病人的體溫，降低了護士的工作強度，大大提高了工作效率。

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