智能语音数字体温计设计.docx

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智能语音数字体温计设计

摘要

体温是观测人体性能是不是正常的重要指标之一，也是人体生命活动的大体特点。

诸如SARS、甲型H1N1病毒等流感疾病均是以体温作为要紧的检测目标。

为了尽快发觉病情、及时医治，人们对体温计的性能要求愈来愈高。

可是目前，在大多数医院和家庭普遍利用的仍然是水银温度计。

它通过读取刻度值判定温度的高低，当光线较暗或视力较弱者利历时，不方便读数；同时，为了使水银充分受热，需要等待较长时刻，给利用者带来不便。

本设计提出了一种智能语音数字体温计，该体温计可在数秒内完成测温，并将测量结果进行显示和语音播报；此外，设定预警温度，当测量结果高出预警温度时，系统当即报警，还能够将每次的测量结果上传至PC机，实现数据的保留功能，方便研究和观测。

本设计硬件部份以凌阳SPCE061A单片机为操纵核心，通过扩展外围电路，要紧包括温度测量电路、语音电路、报警电路、LCD显示电路、USB通信电路等。

软件部份采纳C语言进行编程，它的语法限制不太严格、程序设计自由度大，许诺直接访问物理地址，能够直接对硬件进行操作，生成代码质量高，程序执行效率高，适用范围大，可移植性好。

本设计给医院、机场、车站、学校和家庭用户都带来了极大的方便，它操作简单、快速平安靠得住，携带也十分方便，具有专门好的性价比。

关键词：

红外测温；数字体温计；SPCE061A；单片机；液晶显示

Abstract

Observingthehumanbodytemperatureisanimportantfunctionwhetheritisnormalforoneoftheindicators,butalsothebodyofthebasiccharacteristicsoflife.SuchasSARS,AH1N1influenzavirusdiseasearebasedontemperaturedetectedasthemaintarget.Inordertofindthediseaseassoonaspossible,andtreatmenttimely,itistheperformancerequirementsofthethermometerrising.However,inmosthospitalsandthefamilyisstillwidelyusedmercurythermometer.Itreadcalibrationvaluetodeterminehighandlowtemperature,lowlightorwhentheuseofweakeyesight,theinconvenienceofreading;Atthesametime,themercuryinordertofullyheat,needtowaitforalongerperiodoftime,causinginconveniencetousers.

Thedesignofanintelligentvoicedigitalthermometer,thethermometermaybeafewsecondstocompletethemeasurement,andmeasurementresultsshowbroadcast,andvoice;Inaddition,thesetwarningtemperature,themeasurementresultswhenthetemperaturehigherthantheearly-warningsystemtoimmediatelyalarm,butalsoeachofthemeasurementresultswillbeuploadedtothePC,thesaveddatafunctiontofacilitatetheresearchandobservation.Partofthedesignofhardwareforthecontrolofsingle-chipSunplusSPCE061Acore,throughtheexpansionofperipheralcircuits,includingtemperaturemeasurementcircuits,voicecircuits,alarmcircuits,LCDdisplaycircuit,USBandothercommunicationcircuits.SoftwareusingCprogramminglanguage,anditslessstringentrestrictionsonsyntax,programdesignfreedom,andallowdirectaccesstophysicaladdress,youcanoperatedirectlyonthehardwaretogeneratethecodeofhighquality,efficientprocedures,scopeofapplication,andgoodportability.

Thedesignforhospitals,airports,railwaystations,schoolsandhomeusershasbroughtgreatconvenience,itissimple,fast,safeandreliable,alsoveryconvenienttocarryandhasaverygoodvalueformoney.

Keywords：

InfraredTemperatureMeasurement;Digitalthermometer;SPCE061A;Single-chip;Liquidcrystaldisplay

第1章绪论

人体体温计实现数字化是人们长期以来尽力的目标。

以往尽管提出各类不同的数字测量方式，但都因为实现的复杂和体积的笨重而难以实际利用。

最近几年来，随着数字温度测量方式研究的日臻成熟和集成电路技术的快速进展，许多过去利用分立元件或小规模集成电路难以实现的方式，此刻通过大规模集成电路并结合一些特殊的方式，在单片集成电路上得以实现。

从而使体温计从条件苛刻、操作繁琐的模拟体温计向轻便灵巧、利用方便的数字体温计过渡成为可能。

课题的研究意义

社会已进入信息化时期，如何把电子信息技术应用到人们的生产和生活中去，成为目前的研究热点。

随着生活水平的提高，人们对医疗保健的要求愈来愈高，而医院病房治理工作繁重，医护人员欠缺、高危病房的监护工作强度大，传染病房的隔离工作等问题日趋突出。

因此，提高医护人员的工作效率，减轻他们的劳动强度，有效的减少医护人员与病人的交叉感染，成为目前急待解决的一项重要课题。

在医护人员对病人的医治和监护治理工作中，需要对病人的体温做按时的测量，以便能够及时了解病人的躯体状况，对病人的病情做出相应的判定，为主治医生制定医治方案提供必然的参考。

传统的水银体温计尽管价钱廉价可是有许多短处:

其一,水银体温计遇热或放置不妥,容易破裂造成人体接触中毒、污染环境;其二,水银体温计是依照水银随温度起落的热胀冷缩的性质,通过读取刻度值来判定温度高低。

有时由于光线较暗或其他因素的阻碍,使观看者难以准确判定温度值;其三,采纳水银体温计测温时,往往要等待较长时刻（5min-10min）,以期能够让其充分受热。

这些都给测量者带来了不便。

体温计进展的历史和现状

温度是存在于客观世界的一个大体物理量，它与人类的生活和生存有着紧密的联系。

初期人类对温度的熟悉只能处于自身感知器官去定性地感知它的存在。

直到十七世纪，随着物理学的兴起人类熟悉温度的尽力才有了冲破性的进展，1592年，意大利学者伽利略研制成世界上第一支气温温度计。

那是一支有刻度的直形细管，封锁的一端呈球形，未封锁的一端插在水里，可从管内水柱的高低测出气温。

因为它只能用于测定大气温度转变，故亦称“寒暑表”。

1654年，伽利略的学生伏迪南用酒精代替水柱，而且把另一端也封锁起来，这确实是现代温度计的雏形。

1657年，意大利阿克得米亚又用水银代替了酒精，如此就与现代的温度计相差无几了。

现代温度计的摄氏刻度，是1742年依照瑞典科学家摄尔塞斯改定的冰的熔点为零度，水的沸点为一XX作为计算单位的，这即是现代所称的摄氏温度计。

人体体温计的显现是伴随着温度计的发明而诞生的，已经有两百连年的历史。

1714年，德国物理学家华伦海特，初期研制的体温表是把盛着酒精的玻璃管放在冰雪和盐的混合物里，看玻璃管内酒精降到哪里，刻上一条线，然后把表含入口中，看酒精升到哪里，又刻上一条线。

把这两条线作为固定点，再把两条线之间分成0～96°。

这确实是初期的体温计。

后来，华海伦特把冰点定为32°，沸点为212°，发明了华氏温标。

1742年又发明了0～100°的摄氏温标，从此实现了体温计的刻度标准化。

1865年，英国的阿尔伯特发明了一种很有特色的体温计，特点是贮存水银的细管里有一狭道，当体温计接触人体后，水银专门快升到人体实际体温处，掏出后水银柱不下降，而是在狭道处断开，使狭道以上部份始终维持体温度数。

这种温度计受到了临床的欢迎和普及应用。

但随着人们要求的不断提高，其反映速度慢、操作不方便、易损坏等不足的地方也日渐显现。

玻璃体温计一旦破碎，产生的汞珠应及时搜集处置。

因为汞挥发到空气中，会产生毒性专门大的汞蒸气。

它可通过呼吸道和皮肤直接接触侵入人体，可能引发全身多系统的汞中毒。

与易碎的玻璃体温计相较，电子体温计在这方面就显得更有优势，它是把体温用电子数字的形式显示出来。

1984年芬兰的一名医疗器械师发明了一种电子体温计。

电子温度测量方式是随着电子技术的兴起而快速进展的一门学科。

它利用材料随温度转变的参数转换成电信号对温度进行测量。

初期的电子温度测量均采纳模拟技术的方式，对传感器的非线性补偿采纳分立式电路进行各类方式的补偿，线路复杂、体积庞大、靠得住性低，应用受到专门大的制约，后来运算机的显现及相关技术的进展使测量的精度和温度操纵能力有了专门大的提高，但价钱昂贵。

微电子技术的进展使这一希望慢慢变成了现实。

十年前，单片体温计集成电路开始问世，但那时由于MOS电路技术尚未成熟，电路多采纳模拟工艺制造信号，处置方式也以模拟信号处置方式为主，各方面的性能不尽如人意，加上价钱高，进展受到专门大制约。

此刻数字集成电路技术和相应的数字信号处置理论相对成熟，开发制造本钱大幅下降，为新一代电子体温计的开发制造了良好的先决条件，以数字技术为要紧技术的新一代电子体温计又一次成为关注和研究的对象。

本论文的要紧任务和内容

本设计的要紧任务是：

1.考虑当前应用的实际情形，设计一款智能化的数字体温计，合理的测温方式，能够知足日常工作的需要，高精度，低本钱，人性化，利用方便。

2.以单片机为操纵核心，实现10秒内测温，并能对实时温度值进行显示和播报；设定预警温度，当温度超过预警温度值时，系统当即报警，并可将检测结果上传PC机，实现数据的自动保留。

本论文的要紧内容是：

第一章，第一回忆了体温计及温度传感器的进展历史和现状。

第二章，对系统的硬件电路设计进行详细的介绍，包括要紧器件的大体知识、设计的整体方案和各部份电路硬件连接方式。

第三章，系统的软件设计，包括整体流程图、要紧部份的设计思想和源程序。

第2章系统的硬件电路设计

要紧芯片的选择

单片机的选择

随着现代电子技术的进展,电子设备愈来愈显示出其向高集成化和小型化的进展趋势。

集成度的高低,从某种意义上来讲,已经成为衡量电子设备好坏的关键性指标之一。

而关于体温计这种人们日常利用的仪器,在这一点上就具有更高的要求。

因此，本设计方案采纳了台湾凌阳公司推出一款具有语音处置功能的16位高速单片机SPCE061A。

它具有如下特点：

1）整合了多个经常使用的功能模块，进行系统开发时不用外加过量的硬件就可方便的完成一个系统的设计。

2）耗电少，能够知足很多手提设备、掌上设备低能耗的需求。

3）可方便的用来实现声音的录制、播放，Midi音乐合成和语音识别，相较别的单片机比较有特色。

4）可方便的完成一系列乘加运算，实现一些数据处置比较容易，别的单片机一样不具有那个功能。

5）芯片里具有在线仿真调试电路，使调试和程序下载加倍方便。

温度传感器的选择

传感器作为温度搜集的重要部份直接阻碍体温计的精度和灵敏度，因此在选择芯片的时候要多种方案对照选择最正确。

方案一：

热敏电阻。

其优势是：

灵敏度较高，其电阻温度系数要比金属大10～100倍以上，能检测出10-6℃的温度转变；工作温度范围宽，常温器件适用于-55℃～315℃，高温器件适用温度高于315℃，低温器件适用于-273℃～55℃；体积小，能够测量其他温度计无法测量的间隙、腔体及生物体内血管的温度；利用方便，电阻值可在～100kΩ间任意选择；易加工成复杂的形状，可大量量生产；稳固性好、过载能力强。

可是，用于测量体温是不适合的，因为它的测量精度通常只有1℃，增强以后也只能达到℃，不符合本设计的要求。

方案二：

DS18B20。

它的特点是：

独特的单线接口方式，DS18B20在与微处置器连接时仅需要一条口线即可实现微处置器与DS18B20的双向通信；测温范围－55℃～＋125℃，固有测温分辨率℃；在利用中不需要任何外围元件；测量结果以9~12位数字量方式串行传送。

可是它的缺点是：

接触型，分辨率越高温度数据转换时刻越长。

为了达到快速测量和幸免交叉感染的要求，DS18B20显然不符合要求。

方案三：

红外温度传感器TSEA01-4A。

其特点为：

测温范围：

20～60℃；分辨率:

℃；测温精度:

≤±℃；输出信号:

～；工作电压：

5～18V。

传感器TSEA01-4A在30～50℃间其线性度最好。

而用于体温测量时的温度范围是34～44℃之间，因此它能够知足红外体温计的性能要求。

区别于前两种传感器的特点在于非接触型，测量速度快，等待时刻短，无利用次数限制。

经上述比较最终确信选择红外温度传感器TSEA01-4A。

显示电路的选择

作为一种便携式手持设备，能耗是一个关键的技术指标。

显示电路部份应在良好清楚度的基础上选择功耗低、利用寿命长的芯片。

方案一：

选用LED显示器，LED的特点在于价钱廉价，但它的清楚度和利用寿命不高，只能显示一些数字和字母，不能进行复杂显示。

方案二：

选用LCD显示器，LCD显示器具有体积小，重量轻，功耗低，寿命长，清楚度高等特点。

经上述比较，本设计选用LCD显示，并选用字符集图形点阵液晶显示器LCM12832ZK，它要紧由行驱动器/列驱动器及128×32全点阵液晶显示器组成，可完成图形显示,也能够显示8×2个（16×16点阵）汉字,与外部CPU接口采纳并行或串行方式操纵，电源操作范围宽。

整体设计方案

本设计要紧设计一数字体温计，测温范围为34～44℃，测量精度为±0.1℃。

以单片机为操纵核心，在软件的操纵下，与其它硬件电路相结合实现每秒一次的温度搜集，实时显示并播报温度值，同时设定预警温度，温度超过预警温度值时，系统当即报警，并可将检测结果上传PC机，实现数据的自动保留。

本系统要紧由六部份组成：

单片机操纵电路，信号搜集电路，语音播报电路，LED报警电路，LCD显示电路和USB通信电路。

温度信号由单片机外接的红外温度传感器搜集,通过单片机自身的10位A/D转换器完成转换。

为了精准起见，在AD搜集进程中应采纳多次搜集取平均值的方式。

最后,将此平均值送温度处置子程序进行处置,待计算出十进制温度值后,以语音播报和LCD方式显示结果，语音播放的是测量的温度和是不是属于正常温度范围，LCD显示的是温度值包括显示温度数据和汉字。

键盘电路用于开关的操纵和时刻的调整和数据的存储显示。

同时，当测量结果高于预设结果时自动启动报警电路进行报警提示，提示方式为发光二极管的闪烁。

温度数据还可由USB上传至PC机供比对研究利用。

整体框图如下图。

其中各部份芯片：

1）传感器：

TSEA01-4A型红外温度传感器。

它是由温差热电堆和热敏电阻和运算放大器组成的，在30～50℃间线性度最好，而用于体温测量时的温度范围是34～44℃之间，因此它能够知足体温计的性能要求。

TSEA01-4A的分辨率为℃，测温精度≤±℃；输出信号为～；工作电压为5～18V。

2）单片机：

凌阳SPCE061A单片机。

它是具有语音处置功能的16位高速单片机。

其特点是：

有多路A/D转换功能、有足够大的存储器，且具有掉电爱惜功能、具有USB接口、功耗低、抗干扰性好。

它的标准工作电压为，它内部集成有2K字SRAM，32K字FLASH程序存储器，两个十六位按时/计数器，32位可变成I/O端口，8通道模数转换输入，双通道DAC方式的音频输出，看门狗电路等。

3）语音电路：

SPCE061A提供两个10位D/A输出通道DAC一、DAC2，其中每一个DAC通道的输出能力为3mA，用于输出语音信号。

考虑功耗问题，采纳单通道DAC1输出，经三极管C8050放大后再由外接喇叭播放语音。

4）LCD显示：

LCD采纳液晶显示模块LCM12832ZK。

它是一种内置8192个16×16点汉字库和128个16×8点ASCII字符集图形点阵液晶显示器。

它要紧由行驱动器/列驱动器及128×32全点阵液晶显示器组成，可显示8×2个汉字，与外部CPU接口采纳并行或串行方式操纵。

单片机SPCE061A

SPCE061A单片机简介

SPCE061A是继μ’nSP™系列产品SPCE500A等以后凌阳科技推出的又一款16位结构的微操纵器。

与SPCE500A不同的是，在存储器资源方面考虑到用户的较少资源的需求和便于程序调试等功能，SPCE061A里只内嵌32K字的闪存（FLASH）。

较高的处置速度使μ’nSP™能够超级容易地、快速地处置复杂的数字信号。

因此，与SPCE500A相较，以μ’nSP™为核心的SPCE061A微操纵器是适用于数字语音识别应用领域产品的一种最经济的选择。

SPCE061A性能参数如下：

●16位μ’nSP™微处置器；

●工作电压（CPU）VDD为~，（I/O）VDDH为~；

●CPU时钟：

~；

●内置2K字SRAM；

●内置32KFLASH；

●可编程音频处置；

●晶体振荡器；

●系统处于备用状态下（时钟处于停止状态），耗电仅为2

A/；

●2个16位可编程按时/计数器；

●2个10位DAC输出通道；

●32位通用可编程输入/输出端口；

●利用凌阳音频编码SACM＿S240方式，能容纳210秒的语音数据；

●32768HZ实不时钟；

●7通道10位电压ADC和单通道声音模数转换器；

●内置在线仿真电路ICE接口；

●具有保密能力。

芯片的引脚排列和说明

SPCE061A单片机有两种封装片，一种为84个引脚，PLCC84封装形式，图为PLCC84封装排列图和实物图；另一种为80个引脚，LQFP80封装。

在PLCC84封装中，有15个空余脚，用户利历时这15个空余脚悬浮。

图SPCE061APLCC84封装排列图和实物图

引脚说明：

管脚名称

管脚编号

类型

描述

IOA[15:

60~53

输入输出

IOA[15:

8]：

双向IO端口

IOA[7:

48~41

输入输出

IOA[7:

0]：

通过编程，可设置成唤醒管脚

IOA[6:

0]：

与ADCLine_In输入共用

IOB[15:

11]

IOB10

IOB9

IOB8

IOB7

IOB6

IOB5

IOB4

IOB3

IOB2

IOB1

IOB0

64~68

输入输出

IOB[15:

11]：

双向IO端口。

IOB10~0除用作普通的IO端口，还可作为：

IOB10：

通用异步串行数据发送管脚Tx

IOB9：

TimerB脉宽调制输出管脚BPWMO

IOB8：

TimerA脉宽调制输出管脚APWMO

IOB7：

通用异步串行数据接收管脚Rx

IOB6：

双向IO端口

IOB5：

外部中断源EXT2的反馈管脚

IOB4：

外部中断源EXT1的反馈管脚

IOB3：

外部中断源EXT2

IOB2：

外部中断源EXT1

IOB1：

串行接口的数据传送管脚

IOB0：

串行接口的时钟信号

DAC1

输出

DAC1音频输出

DAC2

输出

OSC32O

输入

32768Hz晶振输出管脚

OSC32I

输出

32768Hz晶振输入管脚

VCOIN

输入

PLL的RC滤波器连接管脚

AGC

输入

AGC的控制管脚

MICN

输入

麦克风负向输入管脚

MICP

输入

麦克风正向输入管脚

VREFZ

输出

电压源产生5mA的驱动电流，可用作外部ADCLine_In通道的最高参考输入电压，不可作为电压源使用

MICOUT

输出

麦克风1阶放大器输出管脚，管脚外接电阻决定AGC增益倍数

OPI

输入

麦克风2阶放大器输入管脚

VEXTREF

输入

ADCLine_In通道的最高参考输入电压管脚

VMIC

输出

麦克风电源

VCM

输出

AD参考电压（由内部ADC产生）

VDD

7，15

输入

逻辑电源的正向电压

VSS

9，19，38

输入

逻辑电源和IO口的参考地

VDDIO

51，52，75

输入

IO端口的正向电压管脚

VSSIO

49，50，62

输入

IO端口的参考地

AVDD

输入

模拟电路（A/D、D/A和2V稳压源）正向电压

AVSS

输入

模拟电路（A/D、D/A和2V稳压源）参考地

RESET

输入

低电平有效的复位管脚

XSLEEP

输出

睡眠模式（高电平激活）

XICE

输入

激活ICE（高电平激活）

XICECLK

输入

ICE串行接口时钟管脚

XICESDA

输入输出

ICE串行接口数据管脚

XTEST

输入

测试模式时接高电平，正常模式时接地GND或悬浮

PFUSE，PVIN

29，20

输入

测试闪烁存储器，正常模式时悬浮

SPCE061A功能描述

1.CPU

SPCE061A配备了凌阳科技开发的最新的16位微处置器μ’nSP™。

它内含有8个寄放器：

4个通用寄放器R1~R4，1个程序计数器PC，1个堆栈指针SP，1个基址指针BP和1个段寄放器SR。

通用寄放器R3和R4结合形成

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