语音智能电子体温计设计

文章编号：１００８－０５７０（２００７）０１－１－０１５３－０３

传感器与仪器仪表

语音智能电子体温计设计

ＤｅｓｉｇｎｏｆＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＦｕｎｃｔｉｏｎｓＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒｗｉｔｈＳｏｕｎｄ

（郑州大学）支长义

程志平焦留成

ＺＨＩＣＨＡＮＧＹＩＣＨＥＮＧＺＨＩＰＩＮＧＪＩＡＯＬＩＵＣＨＥＮＧ

摘要：根据设计要求，以ＳＰＣＥ０６１Ａ新型单片机为基础，通过对温度采样信号分析研究，给出了语音智能电子体温计设计电路，测试结果表明，该电路较为理想。

关键词：ＳＰＣＥ０６１Ａ单片机；电子体温计；语音播报中图分类号：ＴＰ３０２文献标识码：Ｂ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏＤｅｓｉｇｎＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｏｆＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＦｕｎｃｔｉｏｎｓＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒｗｉｔｈＳｏｕｎｄｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｆ－ｔｅｒａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓａｍｐｌｅｓｉｎｇｌｅｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｂａｓｅｄｏｎＳＰＣＥ０６１ＡＣｈｉｐＭｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｓａｔｉｓｆｉｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＳＰＣＥ０６１Ａｃｈｉｐｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒ，Ｓｏｕｎｄｒｅｐｏｒｔ

１引言

体温是观测人体机能是否正常的重要指标之一，也是人体生命活动的基本特征。在日常生活中，在用水银体温计测量体温时，是通过读取刻读值来判断温度的高低。当光线较暗或年纪较大，就看不清或不能准确的读出体温计的读数；同时在测量时需要等待较长时间，只有使水银温度计充分受热，才能基本准确反应其实际温度值，水银温度计给测量者带来了诸多不便。而语音智能电子体温计不仅克服了传统体温计的许多缺陷，它可以快速的进行体温测量，而且以语音报出测量的体温值；同时可以将测量值保存起来，具有记忆功能。具有较高的灵敏度，可以在几秒钟内测得结果，对于视力不佳而无法读取数值的人群或老年人显得更为重要。

真、编程接口，可以方便实现在线调试，这大大加快了系统的开发与调试。

测温传感器：铂热电阻的物理化学性虽然能在高温和氧化性介质中很稳定，它能用作工业测温元件，且此元件线性较好，但反应相应的较慢。热敏电阻是一种新型半导体感温元件，具有灵敏度高、体积小、寿命长等特点。负温度系数热敏电阻具有负的温度特性，当温度升高时，电阻值减小；当温度降低时，电阻值增大，其阻温特性如图一所示。热敏电阻阻值—温度曲线是非线性的，在实际应用只使用其线性度较好的一段。本方案选用的热敏电阻其线性度较好的一段是—２０℃—８０℃，精度为

技

术创新

１％。由于用于测量体温，其范围是３４℃—４４℃，因此，具有很好

的线性度，完全能达到测量要求。

２基本功能要求

（１）电子测量体温，在几秒内测得结果。（２）语音报出测量体温值。

（３）保存测量温度值，同时保存相应的时间，根据需要再回

放所保存的温度、时间。

４系统硬件电路设计

语音智能电子体温计的原理框图如图２所示，主要包括一下几个部分：

１．数据采样：温度传感器的电压信号经ＡＤ转换后，换算成

相应的温度值，用于播报和存储。

存储温度值２．语音播放：语音播放人体体温测量温度值、和时间。

存储、报时、校时等共六个按３．键盘设定：用于温度测量、

键。ＫＥＹ１：校时，为复用按键，可进行年、月、日、时、分、秒的调整；ＫＥＹ２、减；ＫＥＹ４：报时，为复用按ＫＥＹ３：设置校时的加、

键；ＫＥＹ５：温度语音播报，为复用按键；ＫＥＹ６：保存温度；ＫＥＹ７：复位键；ＫＥＹ８：电源开关键。系统上电后，自动进行初始化，按ＫＥＹ５后，系统开始测温，并语音播报温度测量值。

４．１主要电路的设计

４．１．１ＰＵ：本系统采用ＳＰＣＥ０６１Ａ芯片作为核心部件，ＳＰＣＥ０６１Ａ内部带有８路ＡＤＣ和２路的ＤＡＣ，３２个ＩＯ口，内置３２Ｋ字闪存和２Ｋ字的静态存储器。用来实现体温测量资源已足够使用。

（４）语音报时，具有万年历功能。

３方案设计与论证

单片机选择：采用常规单片机如８９Ｃ５１实现，单片机软件编程自由度大，可用编程实现各种控制，但８９Ｃ５１需外接模数转换器来满足数据采样，如果系统增加语音播放功能，还需外接语音芯片，对外围电路来说，比较复杂，且软件实现也较麻烦。另外，５１单片机需要用仿真器来实现软硬件调试，较为繁琐。ＳＰＣＥ０６１Ａ是继μ’ｎＳＰ系列产品ＳＰＣＥ５００Ａ等之后凌阳科技推出的又一个１６位结构的微控制器，此单片机内置８路

ＡＤＣ，２路ＤＡＣ，且集成开发环境中，配有很多语音播放函数，用ＳＰＣＥ０６１Ａ实现语音播放极为方便。另外，该芯片内置在线仿

支长义：副教授硕士

基金项目：河南省科技攻关项目（０４９６０５０９０４）

４．１．２感器：温度传感器使用３Ｎ５０３精密热敏电阻，采样电路硬件连接如图３所示。将热敏电阻Ｒｔ与固定电阻Ｒ串联，接

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ＰＬＣ技术应用２００例》

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传感器与仪器仪表

中文核心期刊《微计算机信息》（测控自动化）２００７年第２３卷第１－１期

３．３Ｖ电源，当温度改变时，Ｒｔ阻值改变，其两端的电压随之改变，测量两端的电压，通过以下公式求得温度值：Ｔ＝Ｔ０－ＫＶｉｎ

其中：Ｔ－被测温度。

Ｔ０－与热敏电阻特性有关的温度参数。Ｋ－与热敏电阻特性有关的系数。Ｖｉｎ－热敏电阻两端的电压。

选用负温度系数热敏电阻ＣＷＦ５６，其线性化较好的一段是在－２０℃￣８０℃。固定电阻Ｒ阻值的选取依据：在热敏电阻线性

化较好的范围内，根据其阻稳特性，为了在最高温度和最低温度时使被测信号基本接近满量程值，采取线性区域内中间某一点温度的阻值作为固定电阻的值。它们分压后，ＡＤ的输入电压是ＡＤ的输入电压范围一半。在２５℃时热敏电阻的阻值为

１００ｕＡ），当ＥＮＰＩＮ＝Ｌｏｗ时更可以使芯片的Ｓｔａｎｄｂｙ电流

低于１ｕＡ，延长电池的工作时间。芯片具有过流保护、温度

保护功能。

４．１．５音频输出电路：音频输出电路如图４所示，音频的输出是通过ＳＰＹ００３０功率放大，驱动喇叭，完成语音播放。

图３Ａ／Ｄ采集精密稳压电源

技术创新

１０ＫΩ，所以选取固定电阻Ｒ的值为１０ＫΩ。在０℃时热敏电阻的阻值为３３．５５９０ＫΩ，热敏电阻两端电压接近Ａ／Ｄ输入电压的上限；在８０℃时热敏电阻的阻值为１．２２４２ＫΩ，热敏电阻两端电压接近Ａ／Ｄ输入电压的下限０Ｖ。在温度线性化较好的区域内ＳＰＣＥ０６１Ａ的Ａ／Ｄ值都没有达到极限值。

４．１．３、Ａ／Ｄ采集：电路采用ＳＰＣＥ０６１ＣＰＵ内置的８通道１０位ＡＤＣ实现模拟电压到数字量的转换。如图２所示，模拟电压信号由ＬＩＮＥ＿ＩＮ通道输入，采样输入由ＩＯＡ６完成。系统扩展了一个按键Ｋ５，接于ＩＯＡ４，当按键按下时，就进行Ａ／Ｄ转换初始化，并进行４次Ａ／Ｄ转换，ＳＰＣＥ０６１Ａ的Ａ／Ｄ转换结果在高１０位，每次将其移入低１０位再计算４次平均值作为ＡＤ有效结

果返回；为了提高准确度，软件变量都采用浮点数，采用数字滤波，计算完成后将温度值用语音报出来。由于在放音时播放函数会改变一些参数，为稳定期间，在每次Ａ／Ｄ转换前都做一次初始化。

由于每个热敏电阻的特性并非一样、与热敏电阻串联的固定电阻不准确等原因，每支温度计在整个测量范围内至少要５点进行校正，并适当的修改参数以达到最佳状态。

图４音频输出电路

４．１．６键盘设置电路：语音智能电子体温计采用多个复用键

盘，共有７个键，如图５所示。ＩＯＡ０接ＫＥＹ１，ＩＯＡ１接ＫＥＹ２，ＩＯＡ２接ＫＥＹ３，ＩＯＡ３接ＫＥＹ４，ＩＯＡ４接ＫＥＹ５，ＩＯＡ５接ＫＥＹ６。

图１语音智能电子体温计的原理框图

图５键盘电路设计

５软件设计

程序采用模块化设计。整个程序分为三个部分：主程序、子程序和中断服务程序。下面说明主程序框图和中断服务程序框图。

温度１．主程序：主程序用Ｃ编制。它主要完成系统初始化、

时间的播报和时间日期的调整等如图６。

２．中断程序：中断程序包括键盘唤醒中断和实时钟中断

在无按键的情况下，系统进入睡眠状态，以节省功耗。当有

图２采样电路

稳定性，在４．１．４精密稳压电路：为了保证测量值的准确性、

电池供电时，对采样电路的电源进行特别处理，保证采样基准保持稳定，即Ａ／Ｄ的基准电压保持稳定。在该电路中，使用超低压差、低静态电流的线性精密稳压器ＣＹＴ５２１８－２．５Ｖ，电路如图该芯片在１ｍＡ的负载时，电压为１ｍＶ，在５００ｍＡ负载３所示。

时，电压低于６００ｍＶ。芯片还具有极低的静态电流（典型值＜

－

键按下时，系统唤醒，并开始扫描键盘。其程序框图７如所示。

播报子程３．子程序模块：子程序模块主要包括采样子程序、序、语音驱动子程序等。

６调试方法及测试结果

测试环境：环境温度２８摄氏度，测试仪器：数字万用表；温度计０－－－１００摄氏度；热源（水）；秒表

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２００例》

测试方法：采用温度计同时测量水温变化情况，得出系统温差指标。

测试结果：设定温度由２５摄氏度到６０摄氏度，标定温差＜＝０．２摄氏度，时间４秒

静态误差＜＝０．１摄氏度，最大超调量０．２摄氏度

本文根据ＳＰＣＥ０６１Ａ单片机的特点，开发出语音智能电子体温计，设计简单方便，造价低廉；性能可靠，是温度测量较为理想的替代产品。

传感器与仪器仪表

。［１］ＳＰＣＥ０６１Ａ单片机原理与应用》

［２］ＳＰＣＥ０６１Ａ原理与应用教材书。

基于单片机的磁卡读写机，微计算机信息，［３］徐冠捷曹柏荣，

２００６，０２

基于单片机ＡＴ８９Ｃ２０５１的楼宇直按可视对讲门铃系［４］夏方林，

统的设计［Ｊ］微计算机信息，２００６，０２

［５］凌阳大学计划网站ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｕｎｓｐ．ｃｏｍ．ｃｎ。

［６］模拟电子技术基础－－－－－－清华大学电子学教研组编（董诗白主编）。

—１９９４年获奖作品选编。［７］全国大学生电子设计竞赛——

作者简介：支长义（１９６４－）男（汉），河南省商水县人，郑州大学电气工程学院副教授，硕士，主要从事过程控制方面的教学和研究。

Ｂｉｏｇｒａｐｈｙ：ＺｈｉＣｈａｎｇｙｉ（１９６４－），ｍａｌｅ，ｂｏｒｎｉｎＳｈａｎｇＳＨｕｉｃｏｕｎ－

ｔｙ，Ｈｅｎａｎ，ａｓｓｏｃｉａｔｅｐｒｏｆｅｓｓｏｒｉｎＺｈｅｎｇＺｈｏｕｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ｍａｊｏｒｉｎｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌ。

（４５０００２河南郑州郑州大学电气工程学院）支长义程志平

焦留成

（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００２，Ｃｈｉｎａ）ＺｈｉＣｈａｎｇ－ｙｉ，ＣｈｅｎｇＺｈｉ－ｐｉｎｇ，ＪｉａｏＬｉｕＣｈｅｎｇ

通讯地址：（４５０００２河南河南省郑州市文化路９７号郑州大学工学院电气学院）支长义

（收稿日期：２００７．１．１２）（修稿日期：２００７．２．１５）

踏破铁鞋无觅处得来全不费功夫

嵌入盼望已久的《２０余万嵌入式系统的研发人员，

图６主程序框图

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图７键盘中断程序框图

７结论

本文作者创新点是以ＳＰＣＥ０６１Ａ新型单片机为基础，通过对温度采样信号分析研究，给出了语音智能电子体温计设计电路，克服了传统体温计的许多缺陷，不仅可以快速进行体温测量，并用语音播报出来，而且具有记忆功能，具有较高的灵敏度。

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参考文献：

ＰＬＣ技术应用２００例》

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