高精度电子体温计设计与实现

曾桂珍

（西铁城精电科技（江门）有限公司，广东 江门529000）

电子体温计通过电路信号发振回路和A／D 转换电路直接与CPU 完成数据采集和处理，实现方便、精度高，性能稳定，与传统的水银玻璃体温计相比，具有读数方便，测量时间短，测量精度高。下文就其高精度设计与实现详述如下：

1 设计原理

电子体温计（Electronic thermometer）由热敏电阻回路、电路信号发振回路、A／D 转换电路、CPU 进行核心查表法技术自动校准系统处理，测量温度可以达到高精度，再结合体温计的结构于LCD 显示输出等部分组成。

2 设计细则

2.1 产品名称

本文设计的电子体温计产品名称为CTEB720 多功能电子体温计（CTEB720 Multi-function electronic thermometer）。

2.2 可行性分析

2.2.1 CPU 选定

采用具有可编程Flash 和灵活的16 位CPU 单片机S1C17W12，具有以下功能：

型式：S1C17W12（S1C17W00 系列）（Epson）

ROM（内蔵Flash 记忆）/RAM容量：48K bytes/2K bytes

内 蔵 clock：IOSC 700kHz/OSC1 32kHz/OSC3 250，384，500kHz，1，2，4MHz（可切换）

使用clock：起动时IOSC 700kHz/测定时OSC3 250kHz

2.2.2 软件开发环境（WindowsVista／7／8／8.1／10（32／64bit））

软件开发工具: GNU17 Ver3.2.0, MultiProgrammer,ICDmini3 Device

2.2.3 温度测定及温度换算表

（1）各温度的电阻值的计算

使用热敏电阻的B 定数和37.0℃的电阻值，通过以下公式来计算每个温度下的电阻值（※以绝对温度计算温度）

Rthmx[kΩ]：Tx[K]时热敏电阻值

R37[kΩ]：37.0℃时热敏电阻值（热敏电阻规格）

B：B 定数（热敏电阻的仕样规格值）

Tx[K]：需计算电阻值的温度

T37[K]：37.0℃的绝对温度（37.00+273.15[K]）

Rin[Ω]：内阻

（2）37.0℃时脉冲数的确定方法

在37.0℃时，设定基准电阻和热敏电阻的振荡控制在振荡上限时间的1/2 左右

基准电阻和热敏电阻的振荡上限时间设定为32Hz 定时器，并进行7 次振荡计数，因此为218.75msec 设定脉冲数，即在37.0℃时发出约100msec。

根据MCU 的RFC 基准/热敏电阻振荡频率- 电阻特性的图表，约30kΩ（37.0℃时）的RFC 基准/传感器振荡频率约为40kHz，可计算37.0℃时的脉冲数：P37=100msec×40kHz=4000 脉冲。

（3）各温度下脉冲数的计算

f[Hz]：脉冲数，R[Ω]：电阻值，C[F]：电容值

因此，将各温度下的电阻值与脉冲数相乘后的值变为恒定，由此求出将37.0℃时的电阻值与脉冲数相乘后的值：

根据所求出的常数和各温度的电阻值求出各温度的脉冲数：Px=118840/Rx

（4）分辨率和系数

分辨率为1℃之间的脉冲数，单位为[℃/1 PULSE]。系数是将分辨率整数化后的数值，用于小数点以下的脉冲温度转换。

从（1）～（4）的计算中，设定如下温度转换表1：温度转换表（P37=4000，此仅列出三个代表温度点为例说明）

热敏电阻：B 定数=3943 [k]；37.0℃基准温度时对应阻值R37=29.71[kΩ]；内阻Rin=0.3[kΩ]

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2.2.4 温度算出

通过上表：温度转换表可检索出整数部分，小数部分的计算由以下公式计算：

（振荡脉冲数-PULSE 数）×系数/10000 [系数是分辨率整数化的数值。（参照2.2.3.4 分辨率和系数）]

例如，如果热敏电阻的振荡脉冲的数是3900 脉冲，则从温度转换表中检索介于3840～4000 期间，则整数部分将其设置为36； 小 数 部 分 按 上 述 公 式 计 算 （3900-3840）×625/100000=0.37500，整数部分和小数部分相加，即温度=36.375℃，由此结果可知，此设计的精度可以达到小数点后三位的精度，但基于电子体温计结构要求，精度选择保留小数点一位显示的情况下，即LCD 显示温度为36.3℃。

2.2.5 自动精度调整机能

比较基准电阻的振荡脉冲数和热敏电阻的振荡脉冲数，调整基准电阻的振荡脉冲数以使热敏电阻的振荡脉冲数成为基准值的功能。由上述2.2.3.2 可知，37.0℃时脉冲数：P37=4000。

热敏电阻和基准电阻在一定时间内振荡以获得相应的脉冲数，根据以下计算公式，确定基准电阻的基准脉冲数：

重复10 次基准电阻振荡、热敏电阻振荡和计算周期。

之后，热敏电阻的振荡脉冲数在4000±2 调整成功，将Flash 区域的数值改写为调整后的值。

※参照温度转换表时，热敏电阻的目标振荡脉冲数，可根据实际生产时理论与实际生产设备等因素造成的偏差进行对应的修正补偿，此值需通过实验进行采集。

通过上述的设计原理及设计可行性分析，基于单片机控制的电子温度计可满足人们对体温计高精度测量需求的转型发展设计及实现。