基于STC系列单片机病房温度监测系统的设计和实现

申林，许宗敬

聊城市第三人民医院 设备科，山东聊城 252000

基于STC系列单片机病房温度监测系统的设计和实现

申林，许宗敬

聊城市第三人民医院 设备科，山东聊城 252000

本文设计了一种基于STC系列单片机的病房温度检测系统。该系统采用STC12C5A60S2单片机和DS18B20温度传感器，能够同时对8个病房的温度进行监测，根据温度检测值来控制调温设备运转，具有温度检测准确、误差低，操作方便等优点。

单片机；温度监测系统；温度传感器

0 前言

病房内的温度控制对于患者早期康复起着至关重要的作用，过冷或过热都会对患者的恢复造成影响。传统的温度测量一般采用热敏电阻、热电偶等模拟温度传感器，当需要测量多个地方的温度时，使用模拟温度传感器的数量增多，需要进行多次数模转换，单片机的转换与处理任务加重，对系统的处理速度要求高。随着数字温度传感器的出现，实现了温度值的数字化，有效地解决了上述问题。本研究设计的温度检测系统采用STC12C5A60S2单片机和DS18B20温度传感器，能够快速有效地同时完成多点温度测量。

1 系统硬件设计

本系统采用美国DALLAS公司生产的DS18B20数字温度传感器，其内部结构主要包括64位ROM、温度传感器、温度报警触发器和配置寄存器4部分。传统读取温度的方法是在每次读取温度时必须先读取DS18B20的序列号，本文通过改变DS18B20的电路省去读取序列号的程序来同时检测8个不同病房内的温度[6]。

DS18B20外部有3个引脚：DQ为数字信号输入/输出端，GND为地端，VDD为电源端。DS18B20的工作电压范围：3.0～5.5 V，本研究采用的单片机的供电电压为5 V，因此统一选择5 V供电。测温范围-55～+125℃，在-10～+85℃时精度为±0.5℃。病房温度一般控制在15～30℃，可以将精度控制为±0.5℃。可编程的分辨率为9～12位，对应的可分辨温度分别为0.5、0.25、0.125和0.0625℃，将分辨率设置为12位，实现高精度测温[4]。

本文采用的单片机是STC12C5A60S2，该单片机包含中央处理器（CPU）、程序存储器（Flash）、数据存储器（SRAM）、UART串口、串口2、I/O接口、定时/计数器、高速A/D转换、PCA、SPI接口及片内R/C振荡器和外部晶体振荡电路等模块。STC12C5A60S2单片机几乎包含了数据采集和控制中所需的所有单元模块[2]。

2 系统的硬件电路设计

系统的硬件电路主要由电源、温度采集和数据传输3部分组成。

电源部分采用AC220V电压供电，通过交流变压器将电压变为AC8V，然后通过整流桥和电容滤波得到稳定的DC5V电压给单片机和DS18B20供电（图1）。该供电模式是医疗器械中比较常见的供电模式，输出的电压稳定且不容易受外部其他设备干扰。

图1 电源部分电路设计

温度采集部分是由8个DS18B20组成，采用的是一种新型的控制方式来采集温度，J2的DQ端接8个DS18B20的数字信号输出端；J1的P11、P12、P13、P14、P15、P16、P17、P18分别接8个DS18B20的接地端；DS18B20的电源端接VCC；将8个DS18B20分别放在8个病房内。通过单片机控制DS18B20接地端的高低电平来选择接通相应的DS18B20，可实现读取指定病房的温度。数据传输部分主要是采用MAX232将数据通过USB接口传输到电脑PC软件上，J3接电脑USB接口。数据传输格式是采用字符串的形式。温度采集及数据传输部分电路，见图2。

图2 温度采集及数据传输部分电路设计

3 单片机程序设计

软件采用KEIL_C设计，主要分为温度采集和数据传输两部分。

温度采集部分通过控制P11～P18的高低电平来选择读取指定病房内的温度。即将需要读取温度病房所接的DS18B20接地端设置为0，其他病房的置为1。温度采集部分的流程见图3。

图3 温度采集流程图

采集到的温度由7位数据组成，比如采集到的第1个病房温度数值为20.5，温度格式为T1：20.5，共7位。当在读取的温度值＞1000时，说明接线断路或温度传感器损坏，采集到的温度格式为T1：EEEE，这样就需要检修电路或传感器。一次采集完8个病房内的温度后通过串口向PC发送数据，PC接收到的数据是56位。传输数据采用ASCii码的形式，PC再将接收到的ASCii码转换成字符的形式并绘制成温度变化曲线。数据传输流程见图4。

图4 数据传输流程图

温度采集部分程序：

4 PC及性能测试

PC部分采用Delphi编程软件设计，将8个DS18B20放在同一个地方测试温度曲线，见图5。该曲线基本能成一条直线，说明本系统采集到的温度误差较小，能到达对误差的要求。

图5 软件性能测试界面

5 结论

本研究设计的病房温度监测系统具有温度检测准确、误差低，操作方便等优点。本研究只针对温度的检测及系统的硬件电路和程序设计，未来的研究重点在于温控系统的智能化。

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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

许宗敬，工程师。

通讯作者邮箱：2116306@163.com