基于STC系列單片機病房溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計和實現(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

基于STC系列單片機病房溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計和實現(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)計了一種基于STC系列單片機的病房溫度檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用STC12C5A60S2單片機和DS18B20溫度傳感器，能夠同時對8個病房的溫度進行監(jiān)測，根據(jù)溫度檢測值來控制調(diào)溫設(shè)備運轉(zhuǎn)，具有溫度檢測準(zhǔn)確、誤差低，操作方便等優(yōu)點。

單片機；溫度監(jiān)測系統(tǒng)；溫度傳感器

0 前言

病房內(nèi)的溫度控制對于患者早期康復(fù)起著至關(guān)重要的作用，過冷或過熱都會對患者的恢復(fù)造成影響。傳統(tǒng)的溫度測量一般采用熱敏電阻、熱電偶等模擬溫度傳感器，當(dāng)需要測量多個地方的溫度時，使用模擬溫度傳感器的數(shù)量增多，需要進行多次數(shù)模轉(zhuǎn)換，單片機的轉(zhuǎn)換與處理任務(wù)加重，對系統(tǒng)的處理速度要求高。隨著數(shù)字溫度傳感器的出現(xiàn)，實現(xiàn)了溫度值的數(shù)字化，有效地解決了上述問題。本研究設(shè)計的溫度檢測系統(tǒng)采用STC12C5A60S2單片機和DS18B20溫度傳感器，能夠快速有效地同時完成多點溫度測量。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)采用美國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必須先讀取DS18B20的序列號，本文通過改變DS18B20的電路省去讀取序列號的程序來同時檢測8個不同病房內(nèi)的溫度[6]。

DS18B20外部有3個引腳：DQ為數(shù)字信號輸入/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的供電電壓為5 V，因此統(tǒng)一選擇5 V供電。測溫范圍-55～+125℃，在-10～+85℃時精度為±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，實現(xiàn)高精度測溫[4]。

本文采用的單片機是STC12C5A60S2，該單片機包含中央處理器（CPU）、程序存儲器（Flash）、數(shù)據(jù)存儲器（SRAM）、UART串口、串口2、I/O接口、定時/計數(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

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，通過交流變壓器將電壓變?yōu)锳C8V，然后通過整流橋和電容濾波得到穩(wěn)定的DC5V電壓給單片機和DS18B20供電（圖1）。該供電模式是醫(yī)療器械中比較常見的供電模式，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

溫度采集部分是由8個DS18B20組成，采用的是一種新型的控制方式來采集溫度，J2的DQ端接8個DS18B20的數(shù)字信號輸出端；J1的P11、P12、P13、P14、P15、P16、P17、P18分別接8個DS18B20的接地端；DS18B20的電源端接VCC；將8個DS18B20分別放在8個病房內(nèi)。通過單片機控制DS18B20接地端的高低電平來選擇接通相應(yīng)的DS18B20，可實現(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，見圖2。

圖2 溫度采集及數(shù)據(jù)傳輸部分電路設(shè)計

3 單片機程序設(shè)計

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

溫度采集部分通過控制P11～P18的高低電平來選擇讀取指定病房內(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，說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個病房內(nèi)的溫度后通過串口向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及性能測試

PC部分采用Delphi編程軟件設(shè)計，將8個DS18B20放在同一個地方測試溫度曲線，見圖5。該曲線基本能成一條直線，說明本系統(tǒng)采集到的溫度誤差較小，能到達(dá)對誤差的要求。

圖5 軟件性能測試界面

5 結(jié)論

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

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[3]宏晶科技.STC12單片機中文手冊[M].2008.

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[8]朱東芹,鄭瑤,李江全,等.案例解說Delphi典型控制應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社,2011.

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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