基于SPCE061A的智能溫度計設計

摘要：設計一種滿足特殊情況的智能體溫計，采用凌陽16位單片機SPCE061A作為控制核心，利用其UART口實現聯(lián)網功能，配以語音輸入電路和按鍵電路實現編程功能，實現狀態(tài)切換和參數設置。通過語音輸出電路實現語音播報，以一線總線數字溫度傳感器DSl8B20為測溫元件，實現了語音播報測溫結果、不同狀態(tài)切換和相應參數設置，并可與上位機聯(lián)機顯示歷史溫度變化曲線，也可聯(lián)網實現病人與醫(yī)護人員的隔離測溫。該溫度計具有實用性強、可靠性高、靈活性好、便于擴展等優(yōu)點，具有一定的推廣應用價值。
關鍵詞：SPCE061A；DSl8B20；溫度計；智能控制

O 引言
常用溫度計依材料和用途種類可分為以下幾種：玻璃水銀溫度計，測量準確，價格低廉，但必須直接接觸人體3 min以上，而且由于刻度過細，不易讀數，同時還有易碎等缺點；電子數字顯示溫度計，以數字形式顯示體溫，對玻璃水銀溫度計不易讀數的缺點進行了改進，但仍然存在緊急情況下需要一直關注溫度計的缺點；貼紙溫度計，使用方便但精度不高；奶嘴溫度計，屬于專用溫度計，夜間使用不方便；耳溫槍，價格昂貴；一次性體溫計相對成本較高等。
在數字溫度計的基礎上采用數字語音技術，測量結果通過語音的方式播報，可以發(fā)揮聽覺的優(yōu)勢，彌補完全用光信號傳遞信息的不足，實現溫度測量由“查詢方式” 向“中斷方式”的過渡，充分發(fā)揮中斷方式的優(yōu)勢，如在光線較暗的地方或者眼睛正在關注其他細節(jié)的時候或者其他特殊情況(如夜間長時間監(jiān)測溫度)。本文設計并研制了一種集可編程(設置參數)、語音播報、超限報警功能于一體，并能聯(lián)機顯示溫度變化曲線和可聯(lián)網使用的新型智能溫度計。可以廣泛地應用于醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)甚至家庭，如夜間測體溫和體溫監(jiān)測中，在監(jiān)護重癥病人時，設置合適的報警溫度值，可以有效地減輕監(jiān)護人員的工作強度，同時又可及時發(fā)現溫度異常。通過聯(lián)網運行，在傳染性較強、和體溫有關的疾病檢測中也可以發(fā)揮其優(yōu)勢，可以有效地保護醫(yī)務人員。該溫度計可編程，本身可以裁減，給溫度計的使用帶來了極大的靈活性，在不同的需要測溫的行業(yè)中都可以推廣使用。

1 系統(tǒng)設計目標
(1)系統(tǒng)每分鐘采用語音報告一次所測溫度的實時值，無誤報、漏報。當所測溫度超過預警溫度值時，系統(tǒng)立即報警。
(2)系統(tǒng)預警溫度值可在-55．O～+125．O℃的范圍內任意設置(默認值設定為37．O℃)。
(3)記錄測溫結果，并可以和計算機聯(lián)網顯示溫度變化曲線。
(4)測量精度為±0．1℃(或0．2 F)。
(5)系統(tǒng)結構簡單，使用方便，價格合理。

2 硬件設計
系統(tǒng)采用一般自動測試系統(tǒng)的成熟方案，由主控單片機、測溫電路、語音播報和編程電路組成。
2．1 主控芯片的選擇
可供選擇的主控芯片比較多，如使用面最廣的MCS-5l系列、資源豐富的ARM7TDMI-S系列微控制器、低功耗的MSP430系列等?？紤]到語音播報和語音編程功能的高性價比實現方案，所以采用臺灣凌陽公司推出的16位μ’nSPTM內核單片機SPCE061A，其較高的處理速度能夠非常容易、快速地處理復雜的數字信號，也是適用于數字語音識別應用領域產品的一種最經濟的選擇。
2．2 測溫方案
在不同的測溫范圍，成熟的測溫方案也比較多，如采用熱敏電阻、利用鉑電阻、基于集成溫度傳感器等的測溫系統(tǒng)。當前流行的數字型溫度傳感器有 AD7416；MAX6575L／H以及DSl8X20。前兩者多用于計算機或儀器設備內部的溫度檢測。鑒于后者接口簡單，且就測量精度、器件可靠性、穩(wěn)定性及參數一致性而言表現良好，應用較廣泛。由于在-10～+85℃范圍其測溫誤差不超過±O．5℃，以及有12位的分辨率而使其在各適用領域十分受歡迎。本系統(tǒng)采用DSl8B20，該傳感器內部自帶信號調理和A／D轉換，與單片機之間的硬件接口非常簡單，只需要通過一根數據線與單片機相連，所以保證了系統(tǒng)的高可靠性。為了實現測量精度為±0．1℃，利用了DSl8B20中SCRATCHPAD中的“剩余脈沖數”和“每度脈沖數”，通過公式：高分辨率溫度值=TI-0．25+(Tp—TR)／TP可以獲得±0．1℃的測量精度。
2．3 語音播報
對于語音播報，常用做法是用單片機對ISDl420操作來實現，所用硬件和連線都較多，所以系統(tǒng)的可靠性和成本都不占優(yōu)勢。本設計由于采用了 SPCE061A單片機，由于其強大的信號處理功能，所以可以直接由單片機輸出語音信號，不需要借助其他語音芯片，從而使系統(tǒng)的可靠性得到大幅提高。
2．4 語音控制(編程)
語音控制也有現成的芯片可供選擇，由于本系統(tǒng)采用的單片機具有較強的數字信號處理能力，而且其Mic輸入內部已經集成AGC電路，使得語音控制更為穩(wěn)定，所以直接用SPCE061A實現語音控制。由于凌陽公司提供的語音識別API是基于特定人語音識別技術的，所以使用之前需要用戶對系統(tǒng)進行訓練，同時也只有對訓練過的人的語音識別率才較高，所以使用很不方便。本系統(tǒng)基于DHMM模型的識別算法，用BaumWelch法對模板進行訓練，Viterbi算法進行識別實現的非特定人語音識別，使得使用者可以直接控制而無需進行繁瑣的訓練，不同的用戶也不需要經常反復訓練，使系統(tǒng)的適應性大為增強。
2．5 鍵盤電路
考慮到使用者講話的習慣，對于部分用戶，使用語音控制不太方便，所以設置鍵盤電路，以解決其設置(編程)問題，所以要求鍵盤電路非常簡單，對整體成本影響不大。SPCE06IA有2個16位的通用I／O接口Port A和Port B，而且Port A具有喚醒功能，所以采用A口直控鍵盤的形式。