高精度電子體溫計設計與實現

曾桂珍

（西鐵城精電科技（江門）有限公司，廣東 江門529000）

電子體溫計通過電路信號發振回路和A／D 轉換電路直接與CPU 完成數據采集和處理，實現方便、精度高，性能穩定，與傳統的水銀玻璃體溫計相比，具有讀數方便，測量時間短，測量精度高。下文就其高精度設計與實現詳述如下：

1 設計原理

電子體溫計（Electronic thermometer）由熱敏電阻回路、電路信號發振回路、A／D 轉換電路、CPU 進行核心查表法技術自動校準系統處理，測量溫度可以達到高精度，再結合體溫計的結構于LCD 顯示輸出等部分組成。

2 設計細則

2.1 產品名稱

本文設計的電子體溫計產品名稱為CTEB720 多功能電子體溫計（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S1C17W12，具有以下功能：

型式：S1C17W12（S1C17W00 系列）（Epson）

ROM（內蔵Flash 記憶）/RAM容量：48K bytes/2K bytes

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

使用clock：起動時IOSC 700kHz/測定時OSC3 250kHz

2.2.2 軟件開發環境（WindowsVista／7／8／8.1／10（32／64bit））

軟件開發工具: GNU17 Ver3.2.0, MultiProgrammer,ICDmini3 Device

2.2.3 溫度測定及溫度換算表

（1）各溫度的電阻值的計算

使用熱敏電阻的B 定數和37.0℃的電阻值，通過以下公式來計算每個溫度下的電阻值（※以絕對溫度計算溫度）

Rthmx[kΩ]：Tx[K]時熱敏電阻值

R37[kΩ]：37.0℃時熱敏電阻值（熱敏電阻規格）

B：B 定數（熱敏電阻的仕樣規格值）

Tx[K]：需計算電阻值的溫度

T37[K]：37.0℃的絕對溫度（37.00+273.15[K]）

Rin[Ω]：內阻

（2）37.0℃時脈沖數的確定方法

在37.0℃時，設定基準電阻和熱敏電阻的振蕩控制在振蕩上限時間的1/2 左右

基準電阻和熱敏電阻的振蕩上限時間設定為32Hz 定時器，并進行7 次振蕩計數，因此為218.75msec 設定脈沖數，即在37.0℃時發出約100msec。

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

（3）各溫度下脈沖數的計算

f[Hz]：脈沖數，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相乘后的值變為恒定，由此求出將37.0℃時的電阻值與脈沖數相乘后的值：

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

（4）分辨率和系數

分辨率為1℃之間的脈沖數，單位為[℃/1 PULSE]。系數是將分辨率整數化后的數值，用于小數點以下的脈沖溫度轉換。

從（1）～（4）的計算中，設定如下溫度轉換表1：溫度轉換表（P37=4000，此僅列出三個代表溫度點為例說明）

熱敏電阻：B 定數=3943 [k]；37.0℃基準溫度時對應阻值R37=29.71[kΩ]；內阻Rin=0.3[kΩ]

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2.2.4 溫度算出

通過上表：溫度轉換表可檢索出整數部分，小數部分的計算由以下公式計算：

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

例如，如果熱敏電阻的振蕩脈沖的數是3900 脈沖，則從溫度轉換表中檢索介于3840～4000 期間，則整數部分將其設置為36； 小 數 部 分 按 上 述 公 式 計 算 （3900-3840）×625/100000=0.37500，整數部分和小數部分相加，即溫度=36.375℃，由此結果可知，此設計的精度可以達到小數點后三位的精度，但基于電子體溫計結構要求，精度選擇保留小數點一位顯示的情況下，即LCD 顯示溫度為36.3℃。

2.2.5 自動精度調整機能

比較基準電阻的振蕩脈沖數和熱敏電阻的振蕩脈沖數，調整基準電阻的振蕩脈沖數以使熱敏電阻的振蕩脈沖數成為基準值的功能。由上述2.2.3.2 可知，37.0℃時脈沖數：P37=4000。

熱敏電阻和基準電阻在一定時間內振蕩以獲得相應的脈沖數，根據以下計算公式，確定基準電阻的基準脈沖數：

重復10 次基準電阻振蕩、熱敏電阻振蕩和計算周期。

之后，熱敏電阻的振蕩脈沖數在4000±2 調整成功，將Flash 區域的數值改寫為調整后的值。

※參照溫度轉換表時，熱敏電阻的目標振蕩脈沖數，可根據實際生產時理論與實際生產設備等因素造成的偏差進行對應的修正補償，此值需通過實驗進行采集。

通過上述的設計原理及設計可行性分析，基于單片機控制的電子溫度計可滿足人們對體溫計高精度測量需求的轉型發展設計及實現。