基于8051单片机的婴儿培养箱恒温模拟系统

文/郭浩然，菏泽市产品检验检测研究院

随着计算机总线技术与自动控制技术的不断发展，生产设备基本上都通过软件控制来打到远程操作的目的，并且大规模企业的数量不断上涨，计量器具的批量进行检测的要求与日俱增。为了确保仪器仪表的优秀计量技能校准市场对计量部门的量值溯源提出了进行现场检测、在线检测等不同的新要求，面对新要求传统仪器已经跟不上时代的发展了，而使用虚拟仪器完成计量检测，则能够有效地处理好这些问题。

本系统是典型的传统仪器，虽然在上述方面的优势较虚拟仪器相对较弱，但是，传统仪器却在实际操作方面比虚拟仪器有着巨大优势，在婴儿培养箱方面，计量检定人员面临的主要为题是实际操作较少、业务熟练程度不高，虚拟仪器虽然精度较高、操作较为方便，但是却模拟不了被检仪器的实际情况，对计量检定人员熟练操作、提升业务能力方面的帮助不大，这也是笔者选择将婴儿培养箱模拟系统设计成传统仪器而非电脑软件类的虚拟仪器的主要原因。

本系统模拟婴儿培养箱的恒温控制，婴儿培养箱一旦设定温度，不论遇到何种干扰，都会自动调节温度至设定温度，本系统以电压信号模拟婴儿培养箱的温度信号，及不论受到何种干扰，本系统都会自动调节电压信号至设定值，保持恒压。

我们主要了解一下婴儿培养箱温度偏差的校准方法，根据JJF 1260-2010《婴儿培养箱校准规范》，对婴儿培养箱温度偏差的校准步骤有：

1、婴儿培养箱床位温度测试点，温度测试点共有5 点，均匀分布于婴儿培养箱中心以及四周。

将5支温度传感器分别置于床垫中心和床垫长宽中心线划分为四块面积的中心点，传感器放置在高出床垫表面上方10cm 的平面上。然后，将婴儿培养箱的温度控制器设定到所要求的控制温度，使婴儿培养箱正常工作。达到稳定温度状态后开始读数，每2min记录有所测量点的温度及显示温度，在30min 内供测试15 次。

2、控制温度分别为32℃和36℃。在一定温度状态下，计算显示温度平均值与平均培养箱温度之差。

式中：dtΔ ----温度偏差，℃；

实际测量中，由于培养箱显示温度 dt 的波动非常小且接近设定值，估一般用培养箱的设定温度代替显示温度平均值。

实际工作用，我们的常用的婴儿培养箱校准设备为Incutest 便携式带数据记录功能的检测系统，可依据相关IEC 标准对婴儿培养箱，保育运送箱和辐射保温台等设备进行温度、气体流速、噪声水平和湿度等参数的检测、记录和分析。Incutest 采用交直流供电设计，使用4.8V 镍氢电池（4 节AA 电池）或5VDC 稳压电源供电。其5 个温度传感器、1 个流速传感器、1 个噪声传感器和1 个湿度传感器均可拆卸，这为我们利用电压信号模拟培养箱温度信号提供了方便。

根据JJF1260-2010《婴儿培养箱校准规范》中对婴儿培养箱校准步骤的规定及Incutest 系统特点，笔者设计出一种以恒压电信号代替培养箱温度信号的模拟系统，本设计以8051单片机为控制器，辅以其他的外围电路，实现高精度的恒定电压输出。

根据上述要求，需要电压:负载压降10V，电流检测分压器最大压降0.4V，达林顿基极-发射极压降1.4V。考虑到饱和及非线性，本设计选择20V 电源电压。

本系统中自主设计了±18V 的直流源。模块采用了两个同种型号的7818，将其中一个的输出与另一个的地相连作为系统的接地线，这样就得到了+18V 和-18V 电压。虽然相对多使用了一个变压器，但是消除了零点漂移现象，产生两个精度较高的对称电压值输出。

本系统使用DA 输出控制达林顿管，由于充电电源负载压降 10V，电流检测分压电阻0.4V，达林顿基极-发射极压降1.4V，合计11.8V，最大约为15V，加在基极的驱动电压要求大于此电压，因此在DA 输出与达林顿管基极之间要加调理电路，其电源电压选择18V。为了更精确的控制，本设计采用了分段控制方法。调理电路由三级放大器组成，第一级为加法器形式，输入为DA 的输出与CD4051 八选一选通的通路信号之和，即可实现八段控制，使控制更精确。由于第一级放大倍数为负值，因此第二级组成了反向放大电路，第三级为电压跟随器。输出电压为：

达林顿管接负载后，串联康铜丝自制的分压器，分压器的阻值为2Ω，电阻温度系数比较小，减小电阻体温度变化对测量精度的影响。

随着社会的发展，我们所处的社会将会对生活质量、医疗卫生条件有越来越高的要求，医疗设备的准确安全运行是医学发展和减少医疗事故的有力保证，对医疗设备的计量检定是保证医疗设备安全运行和量值传递准确的重要途径，加强计量检定人员的业务水平及技巧是保证计量事业健康稳定发展的重中之重，本文介绍了一种可代替实物婴儿培养箱的模拟系统，极大的方便了首次接触婴儿培养箱校准装置系统或者对婴儿培养箱的校准流程不熟悉的计量检定人员，不需多次去医院进行练习，在所在单位实验室就可直接进行操作练习熟悉校准流程，占用空间小，十分方便，用模拟机进行计量检定练习是十分方面而且有效的，由此来看，模拟机在计量检定方面的发展前景是广阔的。