一種溫度測量裝置的製作方法
2023-05-04 20:39:36
專利名稱：一種溫度測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種溫度測量裝置，尤其是一種針對微環境的多點溫度測量裝置，具體的說，是一種應用單總線技術實現多通道多點測溫的裝置。
背景技術：
在衛生裝備研究中，微環境溫度是一項很重要的檢測指標，無論是在寒區適應性試驗中，還是在熱區適應性試驗中，都要進行升溫、降溫或保溫性能測試。如方艙式野戰機動醫療系統中，保障艙對固定艙、單擴艙、雙擴艙等各功能艙的製冷/制熱效果如何，以及各功能艙自身的保溫性能如何；帳篷式野戰醫療系統中，保障掛車對各功能帳篷提供的製冷/制熱保障如何，及各功能帳篷自身的保溫性能如何；此外，野戰制氧掛車、手術車、X線車等，都離不開對微環境溫度的檢測。
並且，在有些衛生裝備中，對溫度的要求很嚴，如野戰運血箱、野戰運血車等，對其升溫、降溫和保溫性能提出了很高的要求，其儲藏室溫度必須控制在4℃±2℃範圍內。為此，在性能試驗、寒區適應性試驗、熱區適應性試驗中必須對儲藏室各點溫度進行檢測，才能保證儲藏室平均的溫度在要求的範圍內。
目前，在衛生裝備寒區和熱區適應性試驗中，對溫度的檢測，具有如下特點第一，在寒區適應性試驗中，為了能得到最低的環境溫度，經常是在最寒冷的地區(黑河、集寧等地)，且在夜裡2～4點之間進行升溫、保溫試驗；而在熱區適應性試驗中，為了能得到最高的環境溫度，經常是在最熱的地區(廣州、漳州等地)，且在中午12～3點之間進行升溫、保溫試驗。第二，每個微環境測溫點的布置，通常採用三三三制均勻布局，即上、中、下三個平面，左、中、右三個平面，前、中、後三個平面，共27個交叉測溫點，這樣才能較準確地反映微環境溫度場的變化情況。
目前的檢測方法為靠人工每隔一段時間(如5分鐘)讀取一次數據，27個點通常需要3人讀數和1人記錄。使用的測試儀器多數是酒精溫度計，誤差一般在±3℃左右。除此之外，也有一種多通道溫度記錄儀，但體積較大，監測點的布線多而亂，且通道數有限。
由此可知，微環境溫度監測是一項費時、費力的工作，且試驗現場的條件非常惡劣。在某些衛生裝備中，微環境溫度的監測還是非常困難的，如野戰運血箱。然而，微環境溫度的監測又是衛生裝備研究中非常重要的一個環節，而溫度的檢測與控制也是部分衛生裝備必不可少的研究內容。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題在於針對現有技術的不足提出一種溫度測量裝置，實現數位化、多點溫度測量，提高測量的精度，提高抗幹擾能力；擴展性強；現場監測點布線簡單，測溫過程中的無人值守，省時省力，提高工作效率。
本實用新型的目的是通過如下的技術方案實現的一種溫度測量裝置，包括處理器、一個以上的測溫單元、顯示單元、輸入單元和通信接口單元；其中，所述的處理器具有一個以上雙向輸入/輸出端，所述的一個以上的測溫單元為單總線測溫單元；所述處理器的每一個雙向輸入/輸出端同時與一個以上的單總線測溫單元的數據端連接，所述連接在一個雙向輸入/輸出端的一個以上的單總線測溫單元的電源端接同一個電源，接地端共地；所述用於輸入用戶指令及設定參數的輸入單元與處理器的數據端連接；所述用於顯示數據及信息的顯示單元與處理器的數據端連接；所述用於輸出數據的通信接口單元與處理器的數據端連接。
上述的單總線測溫單元包括單總線適配晶片和溫度傳感器，其中，溫度傳感器設置在測溫點，其信號輸出端與單總線適配晶片的數據輸入端連接，單總線適配晶片的數據輸出端與處理器的一個雙向輸入/輸出端連接。其中，所述的溫度傳感器為模擬傳感器，或數字傳感器，或光纖傳感器；當為模擬傳感器時，模擬傳感器的輸出端連接到模數轉換電路的輸入端，模數轉換電路的輸出端連接到單總線適配晶片的數據輸入端；當為數字傳感器時，數字傳感器的輸出端連接到單總線適配晶片的數據輸入端；當為光纖傳感器時，光纖傳感器的信號輸出端連接到光電轉換電路的輸入端，光電轉換電路的輸出端與單總線適配晶片的數據輸入端連接。
另外，所述的單總線測溫單元為集成有單總線功能的數字傳感器。
所述的顯示單元為LCD顯示模塊，或LED顯示模塊；所述的LCD顯示模塊包括LCD顯示器及其驅動電路，處理器的數據端與驅動電路的輸入端連接，驅動電路的輸出端與LCD顯示器的數據端連接；所述的LED顯示模塊包括LED數碼管及其驅動電路，處理器的數據端與驅動電路的輸入端連接，驅動電路的輸出端與LED數碼管的數據端連接。
所述的輸入單元為一個以上的按鍵，所述一個以上的按鍵分別與處理器的輸入端連接。
所述的通信接口單元包括通信接口及通信轉換電路，所述處理器的通信埠與通信轉換電路的數據埠連接，所述的通信接口為RS232或RS485串行通信接口或USB接口。
綜上所述，本實用新型現場監測點的布線簡單，可方便地實現測溫裝置的多點組網，提高測量精度，提高抗幹擾能力；並且實現無人值守，省時省力，提高工作效率；由於單總線測溫單元採用三線制與處理器進行通信，大大提高了處理器接負載的能力，本實用新型可根據實際需要擴展測溫單元的數目，擴展性強。
圖1為本實用新型所述系統的測溫原理圖；圖2為本實用新型所述系統的結構原理圖；圖3為本實用新型所述系統實施例的電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體的實施例對本實用新型進行詳細的說明。
本實用新型基於單總線原理，應用單總線器件和各種功能的傳感器，構成多點單總線測量系統，其原理圖如圖1所示，處理器的一個輸入/輸出端子引出一條總線，也即一個通道，在這一條總線上可以掛接一個以上的單總線器件，每個單總線器件與溫度傳感器連接構成單總線測溫單元。溫度傳感器將在測溫點所測的數據通過單總線器件傳輸到處理器中，由處理器對該數據進行分析、存儲、顯示。其中，處理器與單總線器件的通信及數據傳輸必須嚴格遵守單總線命令時序。
本實用新型所述系統的結構原理如圖2所示其核心元件為一處理器1，該處理器1通過其一個雙向輸入/輸出端和一個以上的單總線測溫單元2連接，即一條總線可以和多個單總線測溫單元2連接，在本實用新型中，處理器1可以有一條以上的總線，每一條總線構成一個通道，所以本實用新型為多通道的單總線測溫系統；輸入單元3與處理器1連接，用於向處理器1輸入用戶指令及設定參數，其中，輸入單元3可以為按鍵，可以為觸控螢幕；處理器1根據用戶的指令及設定的參數，對接收的單總線測溫單元傳送來的溫度數據進行處理，並將處理的結果輸出到顯示單元4中顯示出來；為了方便的將處理器1中的數據輸出，還設置了通信接口單元5，如串行通信接口，USB接口等，通過這些通信接口將處理器1中的數據輸出到計算機中進行分析、保存等，也可以連接到印表機上將處理器1中的數據列印出來。
其中，上述的單總線測溫單元可以是由單總線器件和溫度傳感器構成的電路，也可以是集成在一起的具有單總線功能的傳感器。
目前的模擬溫度傳感器體積較大，信號易受傳輸線路的幹擾，電路結構較複雜，成本較高；而近年來發展起來的數字傳感器無需信號調理電路，直接輸出數位化信號，可與單片機直接連接，使用非常方便，接口電路和信號處理電路簡單，由此構成的測溫系統抗幹擾能力強、成本低。所以，單總線測溫單元中的傳感器多為數字傳感器。
具體的實施例請參見圖3所示的電路圖一種溫度測量裝置，包括USB接口單元A、微處理器單元B、鍵盤與顯示單元C、數字測溫單元D。其中，為了對設置的64個測溫點進行測溫，微處理器採用8條總線，即8個通道，每條總線上掛接8個測溫單元；基於體積小巧的考慮，鍵盤採用按鍵式，顯示器採用LCD顯示模塊。
其中，微處理器U1採用Atmel公司的89系列89C52，其內部設有8K字節的程序存儲器，以滿足編程的容量要求，但內部設置的數據存儲容量只有256×8位元組，不能滿足64個檢測點每隔5分鐘持續採集24小時(技術指標要求)共18432個數據量的要求，為此擴展一數據存儲器U2。
數據存儲器U2選用美國Ramtron公司的256K位非易失性隨機串行存儲器FM24C256，其結構容量為32K×8位，讀寫次數超過100億次，數據在掉電後可保存10年，寫數據無延時。使用二線制串行總線及其傳輸協議進行雙向傳輸，這種接口方式佔用腳位少，佔用線路板空間小。總線速度可達到1MHz，同時兼容100KHz或400KHz時鐘速度。工作溫度-40℃～+85℃。採用8腳EIAJ SOP封裝。
微處理器U1的輸入/輸出端P20-P27作為8條總線，用於掛接單總線測溫單元，每一條總線上掛接8個單總線測溫單元，在本實施例中，所述的單總線測溫單元採用集成有單總線功能的數字傳感器DS18B20，DS18B20是單總線式數字溫度傳感器，具有3引腳T0-92小體積封裝形式；溫度測量範圍為-55℃～+125℃，可編程為9～12位A/D轉換精度，測溫解析度可達0.0625℃，被測溫度用帶符號擴展的16位數字方式串行輸出；其工作電源既可在遠端引入，也可採用寄生電源方式產生；多個DS18B20可以並聯到3或2根線上，CPU只需一根埠線就能與諸多DS18B20通信，佔用微處理器的埠較少，可節省大量的引線和邏輯電路。以上特點使DS18B20非常適合遠距離多點溫度檢測系統中。
在本實施例中，採用三線制，即，一條總線，與數字傳感器DS18B20的數據線連接，一根電源線，為掛接在一條總線上的多個數字傳感器DS18B20供電，一根地線，掛接在一條總線上的多個數字傳感器DS18B20共同接地。
LCD顯示模塊U4的驅動電路和顯示器集成在一起，微處理器U1的輸入/輸出端P00-P03與LCD顯示模塊U4的數據端(即，驅動電路的輸入端)連接，用於向LCD顯示模塊U4輸出顯示內容。
微處理器U1的輸入/輸出端P04-P07分別與按鍵S1-S4的一端連接，按鍵S1-S4的另一端接地。
微處理器U1的輸入/輸出端即通信端TXD、RXD分別與USB接口電路中的轉換晶片U3的通信端TXD、RXD連接，微處理器U1的輸入/輸出端即中斷請求端T0、T1分別與轉換晶片U3的RTS端、CTS端連接，轉換晶片U3的USBDM、USBDP端分別與USB接口的兩個數據端連接。
按鍵S1-S4分別為功能鍵、UP鍵、DOWN鍵、確認鍵。功能鍵用於下列功能選擇數據採集時間設定、數據顯示通道選擇、數據列印輸出、上下限報警限值設定、上下限輸出控制限值設定等。確認鍵用於功能選擇後的確認。UP鍵和DOWN鍵用於數字的增加和減少。
微處理器U1將按鍵設定的參數顯示在顯示器中，並按照設定的要求顯示所需要顯示的內容。
當微處理器U1與測溫單元D中的單總線式數字傳感器D1-Dn成功的建立了握手連接後，可順序讀取單總線式數字傳感器所測量的溫度信號，並根據設定的參數顯示通道的溫度，將該通道的溫度循環顯示在顯示器中。例如，顯示器中顯示「25℃ 03」，表示這一通道上第三個傳感器的溫度。
為了能將微處理器U1內的數據輸出到外部計算機或存儲設備中，需要通信接口，在本實施例中，採用USB接口與外部進行通信。
在本實施例中，每一條總線共掛接8個傳感器，根據不同的測溫條件，可以減少或增加傳感器的個數，由於採用三線制，只需將減少或增加的傳感器從三條線上摘下或掛接，並不影響處理器的處理，擴展性強。當通過通信接口與上位機進行通信時，本實施例可以做為下位機，當具有多個與本實施例相同的下位機時，可以進行組網，形成一個測溫系統，實現更全面、效率更高的溫度測量。
最後應說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。
權利要求1.一種溫度測量裝置，包括處理器、一個以上的測溫單元、顯示單元、輸入單元和通信接口單元，其特徵在於所述的處理器具有一個以上雙向輸入/輸出端，所述的一個以上的測溫單元為單總線測溫單元，其中，所述處理器的每一個雙向輸入/輸出端同時與一個以上的單總線測溫單元的數據端連接，所述連接在一個雙向輸入/輸出端的一個以上的單總線測溫單元的電源端接同一個電源，接地端共地；所述用於輸入用戶指令及設定參數的輸入單元與處理器的數據端連接；所述用於顯示數據及信息的顯示單元與處理器的數據端連接；所述用於輸出數據的通信接口單元與處理器的數據端連接。
2.根據權利要求1所述的溫度測量裝置，其特徵在於所述的單總線測溫單元包括單總線適配晶片和溫度傳感器，其中，溫度傳感器設置在測溫點，其信號輸出端與單總線適配晶片的數據輸入端連接，單總線適配晶片的數據輸出端與處理器的一個雙向輸入/輸出端連接。
3.根據權利要求2所述的溫度測量裝置，其特徵在於所述的溫度傳感器為模擬傳感器，或數字傳感器，或光纖傳感器；當為模擬傳感器時，模擬傳感器的輸出端連接到模數轉換電路的輸入端，模數轉換電路的輸出端連接到單總線適配晶片的數據輸入端；當為數字傳感器時，數字傳感器的輸出端連接到單總線適配晶片的數據輸入端；當為光纖傳感器時，光纖傳感器的信號輸出端連接到光電轉換電路的輸入端，光電轉換電路的輸出端與單總線適配晶片的數據輸入端連接。
4.根據權利要求1所述的溫度測量裝置，其特徵在於所述的單總線測溫單元為集成有單總線功能的數字傳感器。
5.根據權利要求1所述的溫度測量裝置，其特徵在於所述的顯示單元為LCD顯示模塊，或LED顯示模塊；所述的LCD顯示模塊包括LCD顯示器及其驅動電路，處理器的數據端與驅動電路的輸入端連接，驅動電路的輸出端與LCD顯示器的數據端連接；所述的LED顯示模塊包括LED數碼管及其驅動電路，處理器的數據端與驅動電路的輸入端連接，驅動電路的輸出端與LED數碼管的數據端連接。
6.根據權利要求1所述的溫度測量裝置，其特徵在於所述的輸入單元為一個以上的按鍵，所述一個以上的按鍵分別與處理器的輸入端連接。
7.根據權利要求1所述的溫度測量裝置，其特徵在於所述的通信接口單元包括通信接口及通信轉換電路，所述處理器的通信埠與通信轉換電路的數據埠連接，所述的通信接口為RS232或RS485串行通信接口或USB接口。
專利摘要本實用新型公開了一種溫度測量裝置，包括處理器、一個以上的測溫單元、顯示單元、輸入單元和通信接口單元，所述的處理器具有一個以上雙向輸入/輸出端，所述的一個以上的測溫單元為單總線測溫單元，所述處理器的每一個雙向輸入/輸出端同時與一個以上的單總線測溫單元的數據端連接，所述連接在一個雙向輸入/輸出端的一個以上的單總線測溫單元的電源端接同一個電源，接地端共地；所述輸入單元與處理器的數據端連接；所述顯示單元與處理器的數據端連接；所述用於輸出數據的通信接口單元與處理器的數據端連接。本實用新型實現了數位化、多點溫度測量，提高了測量的精度；擴展性強；現場監測點布線簡單，測溫過程中的無人值守，省時省力，提高了工作效率。
文檔編號G01K13/00GK2709959SQ20042000543
公開日2005年7月13日 申請日期2004年3月2日 優先權日2004年3月2日
發明者石梅生, 劉洋, 王南林, 宋振興, 陳平, 孟興菊 申請人:中國人民解放軍軍事醫學科學院衛生裝備研究所