一種快速反應(yīng)電子體溫計應(yīng)用方案

傳統(tǒng)測量體溫的方法是使用水銀體溫計，由于水銀溫度計破損后會導(dǎo)致有害重金屬外泄不利于環(huán)保，甚至對人體產(chǎn)生傷害，電子體溫計勢必將逐步替代水銀體溫計。熱敏電阻(Thermistor)的廣泛應(yīng)用為溫度量測方法開啟了新方向。目前，我們只需根據(jù)Thermistor不同溫度對應(yīng)不同電阻值這一特性，即可以通過測量電阻值實現(xiàn)溫度量測。本文將說明如何使用纮康科技HY11P32芯片實現(xiàn)快速體溫測量。

一、纮康科技HY11P系列簡介

　　隨溫度的變化，Thermistor呈現(xiàn)不同阻值，那么它上面的電阻也會變化，這樣就能利用Thermister將溫度這個物理信號轉(zhuǎn)換成電阻信號，再經(jīng)由纮康科技的單片機” HY11P32”量測電阻訊號、運算、數(shù)字輸出顯示溫度，如圖 1，以最少的組件達成快速反應(yīng)電子體溫計應(yīng)用方案。

單片機簡介

8位精簡指令集，共有46個指令

　　2.0V to 3.6V工作電壓范圍，-40~85℃工作溫度范圍.

　　內(nèi)部高精度RC震蕩器，4種CPU工作頻率切換選擇，可讓使用者達到最佳省電規(guī)劃.

　　運行模式 300uA＠2MHz

　　待機模式 3uA@28KHz

　　休眠模式 1uA

　　2KWord OTP (One Time Programmable) Type程序內(nèi)存，128Byte數(shù)據(jù)存儲器

　　Brownout detector及Watch dog Timer，可防止CPU進入死機模式

　　18bit 全差動輸入ΣΔADC 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器

　　內(nèi)置PGA (Programmable Gain Amplifier) 及可有1/4、1/2、1. …..128倍10種輸入信號放大倍率選擇

　　內(nèi)置輸入零點調(diào)整，可針對不同應(yīng)用增加其量測范圍

　　1.0V的內(nèi)部模擬電路共地電壓源，具有Push-Pull 驅(qū)動能力，可提供傳感器驅(qū)動電壓

　　LVD低電壓檢測功能具14段檢測電壓設(shè)置與外部輸入電壓檢測功能

　　模擬電壓源VDDA具10mA穩(wěn)壓電壓源輸出能力

　　4x12 LCD 液晶驅(qū)動器

　　1/4 Duty、1/3 Bias

　　內(nèi)建Charge Pump穩(wěn)壓線路，可提供4種LCD偏壓

　　8-bit Timer A

　　Built-in EPROM (BIE)

二、感測組件簡介

　　熱敏電阻(Thermistor)是對熱敏感的電阻器，主要功能在顯示電阻值隨環(huán)境溫度的變化。熱敏電阻分為正溫度系數(shù)(Positive Temperature Coefficient，PTC)熱敏電阻和負溫度系數(shù)(Negative Temperature Coefficient，NTC)熱敏電阻，其中NTC熱敏電阻靈敏度高、價格低廉，因而應(yīng)用較為廣泛。

　　傳統(tǒng)測量體溫的方法是使用水銀體溫計，由于水銀溫度計破損后會導(dǎo)致有害重金屬外泄不利于環(huán)保，甚至對人體產(chǎn)生傷害，電子體溫計勢必將逐步替代水銀體溫計。熱敏電阻(Thermistor)的廣泛應(yīng)用為溫度量測方法開啟了新方向。目前，我們只需根據(jù)Thermistor不同溫度對應(yīng)不同電阻值這一特性，即可以通過測量電阻值實現(xiàn)溫度量測。本文將說明如何使用纮康科技HY11P32芯片實現(xiàn)快速體溫測量。

一、纮康科技HY11P系列簡介

　　隨溫度的變化，Thermistor呈現(xiàn)不同阻值，那么它上面的電阻也會變化，這樣就能利用Thermister將溫度這個物理信號轉(zhuǎn)換成電阻信號，再經(jīng)由纮康科技的單片機” HY11P32”量測電阻訊號、運算、數(shù)字輸出顯示溫度，如圖 1，以最少的組件達成快速反應(yīng)電子體溫計應(yīng)用方案。

單片機簡介

8位精簡指令集，共有46個指令

　　2.0V to 3.6V工作電壓范圍，-40~85℃工作溫度范圍.

　　內(nèi)部高精度RC震蕩器，4種CPU工作頻率切換選擇，可讓使用者達到最佳省電規(guī)劃.

　　運行模式 300uA＠2MHz

　　待機模式 @28KHz">3uA@28KHz

　　休眠模式 1uA

　　2KWord OTP (One Time Programmable) Type程序內(nèi)存，128Byte數(shù)據(jù)存儲器

　　Brownout detector及Watch dog Timer，可防止CPU進入死機模式

　　18bit 全差動輸入ΣΔADC 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器

　　內(nèi)置PGA (Programmable Gain Amplifier) 及可有1/4、1/2、1. …..128倍10種輸入信號放大倍率選擇

　　內(nèi)置輸入零點調(diào)整，可針對不同應(yīng)用增加其量測范圍

　　1.0V的內(nèi)部模擬電路共地電壓源，具有Push-Pull 驅(qū)動能力，可提供傳感器驅(qū)動電壓

　　LVD低電壓檢測功能具14段檢測電壓設(shè)置與外部輸入電壓檢測功能

　　模擬電壓源VDDA具10mA穩(wěn)壓電壓源輸出能力

　　4x12 LCD 液晶驅(qū)動器

　　1/4 Duty、1/3 Bias

　　內(nèi)建Charge Pump穩(wěn)壓線路，可提供4種LCD偏壓

　　8-bit Timer A

　　Built-in EPROM (BIE)

二、感測組件簡介

　　熱敏電阻(Thermistor)是對熱敏感的電阻器，主要功能在顯示電阻值隨環(huán)境溫度的變化。熱敏電阻分為正溫度系數(shù)(Positive Temperature Coefficient，PTC)熱敏電阻和負溫度系數(shù)(Negative Temperature Coefficient，NTC)熱敏電阻，其中NTC熱敏電阻靈敏度高、價格低廉，因而應(yīng)用較為廣泛。

在測量之前先要建表，表中的資料要求能精確反映出Thermistor隨溫度變化阻值的變化情況。例如503ET(NTC熱敏電阻)溫度由32.1° C上升至32.2°C，它的阻值由36.763KΩ下降至36.605KΩ，由于溫度變化非常小，所以這一過程可以當成是線性的。我們將它在人體溫范圍內(nèi)的阻值建表(在0.1°C溫度變化范圍內(nèi)，它的阻值變化近似是線性的)，然后利用查表的方式就可以通過測量到的電阻值得到與之對應(yīng)的溫度。

　　NTC Thermistor 503ET的數(shù)學(xué)模式如下：

　　Rth(T)=R25 × exp { B × [ 1/(T+273.13) - 1/(25+273.13) ] }

　　Rth(T)：Thermistor變化電阻值

　　B：Sensitivity of Thermistor

　　R25：25°C電阻值

三、訊號量測

　　測量架構(gòu)如圖4所示，內(nèi)部模擬電路共地電壓源ACM經(jīng)Thermistor(RT1)與100KΩ電阻分壓產(chǎn)生待測信號與參考電壓。SD18進行模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換后所得到的ADC值為測到的電阻值，該電阻值經(jīng)過查表計算可得出與之對應(yīng)的溫度值。系統(tǒng)設(shè)計爭取以最少的組件達成快速測量體溫方案。

　　503ET熱穩(wěn)定時間為6秒，SD18 OSR取1024，這樣經(jīng)過軟件取平均值濾波可以達到每秒輸出20筆數(shù)據(jù)，所以只需幾秒的時間就可以得到測量到的體溫值。

四、結(jié)論

　　采用HY11P32芯片以簡單的電路構(gòu)架實現(xiàn)快速測溫的方案主要具有以下特點：

　　·整體消耗電流低

　　·輸出速度快，約可達20筆/Sec

　　·電路簡單并具較高測量分辨率

　　·解決產(chǎn)線因測溫不準確而返工處理的成本

　　·在成本差異不大，得到較佳的測量數(shù)據(jù)及抗干擾

　　甲、硬件技術(shù)規(guī)格

　　·數(shù)字操作電壓：2.2~3.6V

　　·模擬操作電壓：2.6~3.6V

　　·操作消耗電流(測試溫度34.5℃)：404µA

　　·睡眠消耗電流：0.7µA

　　·溫度量測范圍：32.1~42.5℃

　　·分辨率：0.01℃

　　·準確度：0.05℃

　　·數(shù)據(jù)更新率：20Hz

乙、測量精度與資料如表一所示：

五、參考線路

發(fā)布者：呂勇