動物溫度檢測儀設(shè)計特點探析論文

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[摘要]為改變動物生理參數(shù)采集的現(xiàn)況，提高寵物的治愈率，減輕獸醫(yī)的工作強(qiáng)度，在現(xiàn)有水平基礎(chǔ)上進(jìn)一步探討測溫裝置。該系統(tǒng)實現(xiàn)了對體溫數(shù)據(jù)的采集、處理、實時顯示以及對體溫超標(biāo)時的報警處理。利用它可以對動物病患的體溫變化情況進(jìn)行監(jiān)測而無需與病患經(jīng)常接觸。

[關(guān)鍵詞]動物溫度傳感器單片機(jī)

一、設(shè)計指標(biāo)

本系統(tǒng)采用了高精度傳感器AD22100。要準(zhǔn)確測量動物病患體溫，首先應(yīng)全面了解動物的正常體溫。據(jù)有關(guān)資料報道.美國科學(xué)家用口腔電子體溫計對幾十種動物測試得到了一系列數(shù)據(jù)，可將這些數(shù)據(jù)存儲于上位機(jī)之中?？紤]到整個監(jiān)控系統(tǒng)的成本，A/D轉(zhuǎn)換采用價廉的8位芯片.設(shè)計時量程范圍確定為36.00-41.10℃。將36.0℃時.輸入到A/D芯片的電壓處理.調(diào)整為0V.溫度41.10℃時.輸入到A/D芯片的電壓處理、調(diào)整為5V。溫度每升高0.02℃，.電壓升高5V/255=0.0196V.保證系統(tǒng)分辨力為0.02c.0.02℃×255—5.10℃.溫度上下限為36.0℃-41.10℃。報警溫度為36.5℃。

二、方案比較與選擇

本課題的核心問題在于模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換以及數(shù)字量的顯示，筆者對兩種比較理想的方案進(jìn)行討論。

1.硬件實現(xiàn)：在溫度傳感器AD22100將溫度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號后，通過A/D轉(zhuǎn)換器將電壓模擬量轉(zhuǎn)化成八位二進(jìn)制精度的數(shù)字信號，再把該八位二進(jìn)制精度的數(shù)字通過譯碼轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制數(shù)，并最終用數(shù)碼管顯示。

2.基于單片機(jī)的軟件實現(xiàn)：在溫度傳感器AD22100將溫度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號后，通過A/D轉(zhuǎn)換器將電壓模擬量轉(zhuǎn)化成八位二進(jìn)制精度的數(shù)字信號，改用51單片機(jī)，通過編寫程序，按照一定的算法來將八位二進(jìn)制精度的數(shù)字轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制數(shù)，并通過數(shù)碼管顯示出來。

實踐表明：A/D轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化出來的是八位二進(jìn)制精度的數(shù)字，這個二進(jìn)制數(shù)的大小并不代表真實的溫度，需要一種算法來實現(xiàn)而不是單純的譯碼就可以實現(xiàn)的。而單片機(jī)軟件實現(xiàn)分辨率高，高可靠性且具有一定的智能功能。

所以綜合考慮，確立方案：用單片機(jī)程序?qū)⒃摪宋欢M(jìn)制精度的數(shù)字轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制數(shù)字，再利用單片機(jī)驅(qū)動顯示器顯示，可以從顯示器上精確的讀出溫度的數(shù)值。

三、硬件設(shè)計

1.傳感器、放大模塊。測量溫度的時候，我們選用具有信號調(diào)理的電壓輸出溫度傳感器AD22100。其有以下特點：工作溫度范圍為—50~150度；溫度系數(shù)22.5mV/℃；輸出電壓正比于溫度與V+的乘積；線性優(yōu)于滿量程的±1%。；反向電壓保護(hù)；高電壓、低阻抗輸出。

溫度傳感器AD22100將溫度信號通過溫敏電阻R的變化轉(zhuǎn)換成電壓信號，從運放輸出端輸出電壓，對應(yīng)的電壓信號傳輸函數(shù)為：

當(dāng)圖中電源電壓為+5V，—50~150度對應(yīng)的輸出電壓為0.25~4.75V。溫度與輸出電壓呈線性關(guān)系，當(dāng)溫度變化有變化，則會對應(yīng)有一個電壓輸出，通過溫度傳感器AD22100將溫度轉(zhuǎn)化成電壓。

2.A/D轉(zhuǎn)換模塊。運用A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809將模擬量的電壓信號轉(zhuǎn)化成八位二進(jìn)制精度的數(shù)字量ADC0809芯片介紹可參看有關(guān)文獻(xiàn)。

3.單片機(jī)的顯示數(shù)碼轉(zhuǎn)換模塊

(1)原理與算法。在很多運用單片機(jī)進(jìn)行測量的系統(tǒng)中，通過傳感器或A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)只是測量數(shù)據(jù)，并非顯示數(shù)據(jù)，將這些測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制的顯示數(shù)據(jù)，才能通過查表的方式正確顯示直觀數(shù)據(jù)。8位二進(jìn)制有0-255共256個值，但是電壓值卻只有0-5V，8位二進(jìn)制的0和電壓的0V對應(yīng)，而8位二進(jìn)制的255和電壓值的5V對應(yīng)，把0-255分成5分，即255/5=51，，1/51=0.0196V，即一個8位二進(jìn)制值所代表的電壓值近似為0.0196伏。再按照這個關(guān)系去除以51，得到十位電壓值；再將余數(shù)與26比較，小于26直接乘以10再除以51，所得商就是個位電壓值；如大于26則先減去26，再乘以10，然后除以51，所得商再加上5，即得個位電壓值；將第二次除以51所得余數(shù)，按第二次除以51的方法進(jìn)行計算，所得結(jié)果為十分位電壓值。(2)單片機(jī)與LED數(shù)碼管動態(tài)顯示接口電路。具體電路可查閱相關(guān)文獻(xiàn)。由于動態(tài)顯示情況下，CPU要定時掃描刷新顯示，數(shù)碼管的信號在不停的通斷變化，為了保證顯示效果，一般會在數(shù)據(jù)端口接一個緩沖驅(qū)動芯片(如74HC244、74LS244等)，而在位選通端接一個PNP三極管作驅(qū)動(如9012、8550等)。

4.超溫異常報警模塊。利用AD22100傳感器取得電壓模擬量后，根據(jù)其傳輸函數(shù)公式可算得當(dāng)溫度TA達(dá)到36.5時，電壓模擬量V0的值為2.196V。所以，在V0后面加一個比較器，當(dāng)V0大于恒壓源設(shè)定值時，就會在比較器輸出端輸出一報警信號，從而引發(fā)報警裝置。

四、軟件設(shè)計

1.顯示程序的實現(xiàn)。在程序設(shè)計時一般將具體的顯示部分單獨分出來組成一個顯示子程序，這樣編程方便、思路清晰，也便于檢查。顯示時，從主程序調(diào)用顯示子程序，根據(jù)顯示數(shù)據(jù)通過查表程序讀取顯示代碼，將顯示代碼從P0口傳給數(shù)碼管，同時P2選中1個數(shù)碼管，每個數(shù)碼管亮1MS，顯示完接著顯示第二位數(shù)據(jù)，當(dāng)所有數(shù)碼管第一輪全部顯示完后返回主程序。公務(wù)員之家

2.程序設(shè)計。設(shè)計者可按個人習(xí)慣及擅長具體設(shè)計。

五、問題及展望

此類溫度檢測器只能有一種報警溫度值，理論上只適用于平均溫度接近的一類動物的檢測，存在局限性，可在此問題上進(jìn)行深入的研究，制造出集成的有各種溫度設(shè)定值得模塊，設(shè)計更加通用型的溫度檢測儀。

參考文獻(xiàn)：

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