智能仪器论文.docx
- 文档编号:8854332
- 上传时间:2023-02-02
- 格式:DOCX
- 页数:13
- 大小:389.10KB
智能仪器论文.docx
《智能仪器论文.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《智能仪器论文.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
智能仪器论文
智能仪器
内容智能仪器报告
名称电子体温计
学生姓名陈明良
学号20074922
专业班级生医0702
西南科技大学信息工程学院
电子体温计报告
市场分析:
目前,温度传感器的种类日益繁多,应用更为广泛,并且开始由模拟式向着数字式、单总线式、双总线式和三总线式以及集测量、储存、分析等于一身的集成化方向发展而数字温度传感器更因适用于各种微处理器接口组成的自动温度控制系统,具有可以克服模拟传感器与微处理器接口时,需要信号调理电路和转换器的弊端等更为优越而方便灵巧的特点,被广泛应用于工业控制、电子测温计、医疗仪器等各种温度控制测量系统中。
体温是观测人体机能是否正常的重要指标之一,也是人体生命活动的基本特征。
在日常生活中,在用水银体温计测量体温时,是通过读取刻度值来判断温度的高低。
当光线较暗或年纪较大,就看不清或不能准确的读出体温计的读数;同时在测量时需要等待较长时间,只有使水银温度计充分受热,才能基本准确反应其实际温度值,水银温度计给测量者带来了诸多不便。
而电子体温计不仅克服了传统体温计的许多缺陷,它可以快速的进行体温测量,而且以语音报出测量的体温值;同时可以将测量值保存起来,具有记忆功能。
具有较高的灵敏度,可以在几秒钟内测得结果,对于视力不佳而无法读取数值的人群或老年人显得更为重要。
在医院和家庭中普遍使用酒精或水银温度计来测量体温,不仅测量时间长,而且读数也不方便。
市场上销售的数字体温计不仅精度较低、体积大、耗电多,而且功能单一,难于推广应用。
而利用型医用数字体温计集成电路为内核的电子温度笔,可满足医院及家庭的急需,特别适合构成高精度、多功能、微型化的临床体温计,可满足医院及家庭的急需。
基本原理:
将电子体温计拆开后我们可以看到核心是一块用硅胶封好的芯片,通过使用万用表测试发现:
另外有2个电阻和3个电容,外接段码式LCD、蜂鸣器、传感器和电源。
由于核心芯片被封,我们无法得知它是采用的什么芯片,但从以下几方面我们可以得出一个结果:
1、芯片尺寸很小,从背面看到它大概在3mm*3mm左右,对外有28脚,外部没有外接时钟源,采用1.5V的锂电池供电。
而单片机需要外接时钟,采用5V供电。
2、内部没有放大电路将采得的信号放大,同时也没有A/D转换芯片,所以核心芯片处理的不是纯数字量。
除少数单片机内置有ADC或DAC外,其余都只能处理数字量。
3、像电子体温计这样的常用电子测量仪器,市场销售量很大,如果采用单片机制作需要,首先是尺寸稍大,其次每个产品都至少需要下载一次,略显麻烦,然后对于电子体温计来说,单片机的内部资源略显丰富。
4、如果采用单片机来实现电子体温计,则结构框图如下:
相比我们手上的电子体温计,此设计略显复杂,并不适合实现功能单一的电子体温计。
根据以上分析和所学知识,我觉得这个电子体温计不是用单片机制作的,而应该是用ASIC(专用集成电路)实现的。
ASIC被认为是一种为专门目的而设计的集成电路。
是指应特定用户要求和特定电子系统的需要而设计、制造的集成电路。
ASIC的特点是面向特定用户的需求,ASIC在批量生产时与通用集成电路相比具有体积更小、功耗更低、可靠性提高、性能提高、保密性增强、成本降低等优点。
而电子体温计集成电路,涉及在内部建立电阻及电容组合及逻辑开关控制系统或公式化的补偿参数表,以校正系统利用软件及硬件预定的目标值,选取最适当的补偿电阻及电容组排列组合,并写入内建或外加的存贮器,或将最适当的补偿电阻及电阻排列组合,利用熔断方式予以保留,将系统振荡频率及电力不足警告电压值调整至目标值,使回路的振荡频率趋向一致,改善现有体温计制作过程繁杂的缺点。
温度传感器的选择:
方案一:
采用热敏电阻。
热敏电阻价格便宜,对温度灵敏,原理简单,在一定范围内具有较好的线性,对我们这种只在极小范围内(+32℃-+42℃)测量的相当规模合适,但需要特别选择类型,因为有的类型在此范围内线性并不好。
方案二:
采用热电偶。
热电偶在测温范围内热电性质稳定,不随时间变化而变化,电阻温度系数小,导电率高,比热小,但热电偶一般体积较大,使用不方便,价格相对较高。
作为一个电子体温计的温度传感器,要求体积小,使用方便,便于携带,故此方案不合适。
方案三:
采用集成温度传感器。
集成温度传感器一般且有具有线性好、精度高、灵敏度高、体积小、使用方便等优点。
如AD590。
测温范围为-55℃~+150℃,能满足本设计的0~50度测量要求。
但由于本设计中采用ASIC实现,故不适合采用集成温度传感器。
系统分析:
在确定了该电子体温计后是采用专用芯片实现的以后,我在网上仔细查阅了资料,只找到几款功能、尺寸和管脚基本一致的芯片,包括艾禧电子科技有限公司的C7150;泰绩体电路股份有限公司的TC8492;HOLTEK(合泰)公司的HT7500、HT7501;菉华半导体有限公司CH2116S、CH2113S;TM8712-674等。
下面我就以HT7500为参考来讲述电子体温计的工作原理。
1、HT7500的主要特点
1单片CMOS结构,利用1.5V电池供电
2测量范围为+32℃-42℃,测量精确度为±0.1℃,分辨率为0.1℃。
3摄氏和华氏温度测量可利用接合器选择。
4在身体发烧情况下报警。
5最高温度保持,8分40秒后自动关断。
6开/关利用一个按钮开关控制。
7显示上一次的测试温度。
2、系统结构框图
该仪表采用钮1.5V的钮扣电池供电用来调节电池电压检测端的阈值电压,以便在电池电压小于1.3V时使LCD显示符号“V”,从而提醒用户及时更换电池。
REF为基准电阻,我们可以选择接触式的测人体体温的热敏电阻温度传感器为温度探头,SB为带自锁功能的电源键。
S1和S2为拨动开关,闭合S1时可检查LCD的全部笔段,测量体温时应将S1断开,为了显示摄氏温度,必须断开S2,R2为系统振荡器的振荡电阻,R2为820K(典型值)时,时钟频率为32KHz,BZ为压电陶瓷蜂鸣器,其发声频率为5.3KHz,C2和C3为倍压器的外部电容。
LCD显示器的正常显示范围是+32.0℃-+42.0℃,人的体温就在此范围内。
为了降低成本,还可简化电路,可去掉S1、S2,并将R1改成固定电阻。
接通电源时,蜂鸣器发出“嘟,嘟”声,持续时间为0.125S。
此后的整个测量过程如下:
(1)显示全部笔段,持续时间为2S;
(2)显示上次关机前的最后一次测量值,显示时间为2sS;
(3)显示符号“L℃”,持续2S;
(4)显示正在测量的体温t,然后符号“℃”以1Hz的频率闪烁;
(5)若t<+32℃,则显示符号“L℃”,表示体温过低;
(6)若t≥+42℃,则显示符号“H℃”,表示体温过高;
(7)在测量体温过程中,显示并保持最高体温值,直至检测到更高的体温时,显示值才被更新;
(8)若所测得的体温在16S后仍保持不变,则符号“℃”停止闪烁;
(9)测量停止时,若t>+37.5℃,则蜂鸣器发出“嗡、嗡”声,间隔为0.125S,持续4S。
若t≤+37.5℃,则蜂鸣器以0.5s的间隔时间发出嗡嗡声,表示被测体温正常。
(10)倘若测量结束后的8分钟40秒内温度又升高,则符号“℃”再次闪烁并开始下一个测量周期;
(11)假如测量结束后,经过8分钟40秒未见温度升高,就自动关机。
3、HT7500管脚分布图
HT7500采用33脚微型化表贴式封装,芯片尺寸仅为3.28(mm)×3.05(mm)。
但在实际应用当中,如上所讲,为了降低成本,可去掉S1、S2,并将R1改成固定电阻,所以在电子体温计中我们从外面看到的脚都少于33个。
4、引脚功能描述
引脚号
引脚名称
功能
1
LOWC
电源电压检测器,该引脚不用时开路.
2
VSS
电源地
3
SC
参考电阻与热敏电阻的公共端。
4
RF
接参考电阻
5
RS
接热敏电阻
6
VDD
正电源
7
PSW
接电源开关,以控制体温计的通、断电。
8
TEST2
用户测试端,此端接VDD时,LCD显示全部笔段,据此可判定LCD有无笔段残缺现象。
9
CLFH
摄氏温度/华氏温度选择端,此端开路时,仪表显示摄氏温度,该脚接VDD时,显示华氏温度。
10
OSCI
系统振荡器的输入端
11
OSCO
系统振荡器的输出端
12
BZ1
接蜂鸣器
13
BZ2
接蜂鸣器
14-16
COM1-COM3
接LCD背面的3个公共电极
17-19
SA1-SA3
LCD的笔段及标志符驱动端。
20-22
SB1-SB3
23-25
SC1-SC3
26
SD1
27
VEE
负电源端,可利用倍压器和外部充电泵电容产生-1.5V电源,以供驱动LCD用。
28
CAP
泵电容连接端。
29
C512
泵电容连接端。
30
TV
IC测试脚
31
TEST1
32
TIM
33
TS816
5、HT7500内部框图
该芯片内部主要包括系统振荡器、传感器振荡电路、控制电路、计数器和比较器、定时器、倍压器、脉冲参数表及脉冲发生器、计数、比较及锁存器以及LCD驱动器等电路。
当温度发生变化引起热敏电阻值改变时,该值将通过传感器振荡电路转换成频率信号。
脉冲发生器用于根据预先存储好的脉冲参数表来设定闸门的通断。
计数器用于对该频率信号进行计数以得到被测温度数据。
通过LCD驱动器可使液晶屏上显示出被测体温值。
当温度越限(含超出正常体温范围、超上限、超下限)时,利用芯片中的比较器可使LCD显示出相应的标志符,并使蜂鸣器发出超温报警声。
LCD的驱动电压为3V。
利用倍压器可将+1.5V电源变换成-1.5V电源,二者串联即可得到3V电压。
倍压器的原理等效于极性反转式DC/DC电源变换器,其特点是利用振荡器和开关式控制器使两组模拟开关交替地通、断以完成电路切换。
正半周时,+1.5V电池对泵电容充电,负半周时将泵电容上的电荷转移到UEE端的外部电容上以形成-1.5V电压。
这种电源称之为“泵电源”,由于其开关频率很高,因此电能损耗极低。
HT7500所配的3位半LCD显示器的右边有标识符“°E”和“▽”。
其中,“°E”可分别构成单位符号“℃”和“°F”,依次代表摄氏温度和华氏温度。
“▽”用作电池低电压指示。
HT7500采用1/3偏置法来动态驱动LCD显示器。
6、DT7500主要技术指标
7、LCD屏示意图
该类LCD屏是一个活动着的液晶通光开关,把一滴液晶滴在玻璃上,再用另一块玻璃把它紧紧地压住,就形成了一个小薄片液晶的夹层,液晶分子呈捧状,分子的质心没有长程的有序性,分子排列方式很像一大把筷子。
分子沿上下方向排列比较整齐。
但沿前后方向排列可以变动,并不规则。
LCD就是这种向列型液晶夹在两块镀有透明的导电电极的玻璃之间,其厚度约为10微米左右,构成液晶盒。
其数码显示特点是当电极间未加电压时,液晶的分子呈平行排列,液晶是透明的,当外加电压超过某一值时,液晶中产生了湍流,液晶就变成混浊的,就象磨砂玻璃一般。
去掉电,又立即恢复透明。
在下面的玻璃上全部涂上导电物质,它就成了一个电极,而在上面的玻璃上,只贴上七段导电片,由它们组成一个“8”字形,从七段导电片上各引出一根导线,如果七根导线全部上电,这七段导电片与下层玻璃片之间就有了电压,它们中间所夹的液晶就变得混浊不清,数字“8”就显示了,改变导通情况就可以显示不同的值。
此种方式的LCD消耗的电能极少,在每平方厘米的显示面积上,消耗的电功率大概只有1毫瓦。
8、工作流程图
成本分析:
经网上查询,体温计IC的成本大概在0.5-1.0元之间,加上电阻电容、蜂鸣器、锂电池、LCD和外壳包装,总成本不会超过5元钱。
而换作其他方法,例如使用单片机作为核心芯片,最便宜的一次性编程单片机单价在3元左右,加上放器、A/D芯片等,总成本应该超过10元,由此可见用ASIC实现的优点。
用途及优点和不足:
电子体温计主要用在医疗单位进行医疗诊断、临床检查、病房监护及医学实验等医疗领域和相关部门,电子体温计的优点就在于比起普通体温计它的测量精度高、测量范围较大、直观性强、美观大方,相比普通体温测计对人体尤其是幼儿形成危害的危险性小,不用担心会出现使用普通体温计时,因为使用不当而造成的汞中毒而且由于可以直接读出阿拉伯数字的温度显示,测量时间也较普通体温计减短了很多,大大的提高了医生诊断的效率,为医治病人提供了宝贵的时间。
现在市面上出售的电子测温计主要是用单片机作内核,电路版的设计也是以单片机等分离元件为主要器件单片机一般多用廉价的51系列,最小面积不小于30mm*30mm,不仅电路精度不太高而且其电路板较大,因而电子测温笔的外形也比较大。
为了减小产品体积这类产品往往简化一些必要的附带电路,虽然降低了产品成本但其质量也大打折扣,相比之下本电子体温计的设计采用集成度更高的专用精密集成电路配以贴片元件,不但电路板较小、体积小、轻便易携带,而且精度较高,测量分析速度要快很多,还有一般电子测温计不具备的记忆功能和报警功能。
当然,电子体温计也有它的局限,主要是电池能量和电子器件寿命的有限,这是电子体温计最大的不足之处如何改善不足也是我们大家有待努力的目标。
原理图分析:
以下是在protel99下画的原理图和面线。
图中外接电源、开关和蜂鸣器的都使用的是跳线,然后在PCB下将其删除,设为简单的过孔。
另外,在成品中不需要用到的引脚,如TEST1、TEST2和CLFH等,都没有外接。
原理图
PCB图,大小32mm*24mm
3D视图
其它实现方法:
在此我主要讲述两种其他实现电子体温计的方法:
一种是基于单片机制作,另一种也是基于ASIC制作的。
方法一:
由于单片机具有较丰富的内部资源,价格便宜,应用成熟,由它可以做出功能更加多的电子体温计,例如语音功能、电子表功能和功能选择按钮等,其中LCD为LCD显示屏,可以显示中文字符,结构框图如下:
方法二:
通过定制这样一种ASIC来实现:
由于我们所采用的热敏电阻在测量范围内具有较好的线性,那么我们可以得出这样一种结果:
测得的温度值与热敏电阻两端的电压值成正比,其比值可以通过测试得到。
当开关闭合时,温度改变,热敏电阻的电阻值也改变,两端所分得的电压也就改变,将此电压值输入IC内,执行乘法运算,乘于相应的系数就可以得到对应的温度值,然后由LCD显示出来。
相比采用计数方法实现的体温测量来说,此种方式更加简便。
使用方法探究:
相比老式的水银体温计,新型的电子体温计有测量快、准确度高、成本低等优点,但相应的也有它的不足,在使用过程中,由于需要反复对多人测量,为了防止交叉感染,就需要不断地更换保护胶套,这样就无疑就增加了使用成本,而传统的体温计只需75%的酒精擦试消毒即可。
下面介绍一种使用电子体温计的新方法,供大家参考:
取普通冰箱保鲜膜,将整卷保鲜膜用利器切成5Cm见方的小块,供测温时使用。
测温方法:
取一块单层保鲜膜裹在保护胶套外,每测一人只需更换一块保鲜膜,而不必更换保护胶套。
用此方法测得的体温比单用保护胶套要低0.4℃左右。
这可能是因为红外线经保鲜膜、保护胶套两次吸收,进人测温头的红外线减弱.使读数偏低。
以上方法既卫生又经济,取材方便,避免交叉感染,适合于基层卫生单位使用,也适用于医院大规模门诊病人的体温筛查。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 智能 仪器 论文