低功耗高精度体温计设计

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1、计算机测量与控制.2011.19(3)#676#ComputerMeasurement&Control设计与应用文章编号:1671-4598(2011)03-0676-03中图分类号:TP216+11文献标识码:A低功耗高精度体温计设计1112赵汉宾,和卫星,吕继东,吴慧雅(11江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013;21济南奥图自动化工程有限公司,山东济南260306)摘要:介绍了一种基于MSP430F2013单片机的热敏电阻低功耗高精度体温计设计,分析了NTC热敏电阻的电阻-温度特性,利用单片机片上18ppm(1pp

2、m=10-6)电压基准为非平衡电桥提供激励电压,利用片内16位A/D和其过采样方式,实现高灵敏度热敏电阻的信号采集和数字化,通过多项式拟合的方法矫正热敏电阻的非线性能使系统获得较高的测温精度。根据低功耗高精度测温的要求,给出了体温计的具体硬件电路设计和相应的流程图。所完成的测温系统具有集成度高、精度高、功耗低和成本低的特点。关键词:热敏电阻;高精度;温度测量;MSP430DesignofLow-powerHighPrecisionThermometerBasedonMSP4301112ZhaoHanbin,HeWeixing,L

3、vJidong,WuHuiya(11SchoolofElectricalandInformationEngineering,JiangsuUniversity,Zhenjiang212013,China;21JinanAottoTechnologiesCO.,LtdJinan260306,China)Abstract:Introducedadesignoflow-powerhigh-precisionthermistorthermometerbasedonMSP430F2013;theNTCthermistorresistanc

4、e-temperaturecharacteristicswasanalyed;Theon-chip18ppm(1ppm=10-6)voltagereferenceprovidedpowerforthenon-equilibriumbridge.Usingon-chip16-bitA/Danditsover-samplingmethodtoachievehighsensitivitythermistorsignalacquisitionanddigitalization.Usingratiometricoperation,over

5、-samplingmethodand3-orderpolynomialfittingcalculation,thesystemrealizedhigh-resolution,highaccuratetemperaturemeasurement.Thisdesignhasthefeatureofsimplestructure,lowpowerconsumptionandlowcostcharacteristics.Keywords:thermalresistance;precision;temperaturemeasurement

6、;MSP4300引言通常在高精度的温度测量过程中,需要高分辨率A/D变换器把测量电路中热敏电阻产生的电压信号进行数字化。体温指机体深部的平均温度,有深部温度(胸腹腔、脏器MSP430F2013单片机是MSP430系列中一款低成本、高性价比和脑的温度)及表层温度(体表温度)之分,它是反映人体健的16位超低功耗单片机(待机电流仅有015LA).其片内具有康状况的重要指标之一,其准确性直接影响到疾病的诊断、治疗和护理[1]。传统的水银体温计具有成本低、操作简单的优功能强大的SD16_A(增强16位的2-$ADC)模块,温漂15ppm的

7、集成程控增益放大器(PGA)和温漂18ppm的112V参点,但是也存在测量时间长,数据无法保存的缺点。随着电子考电压,适合做低成本高精度信号采集和处理的微控制器。技术的发展,出现很多低功耗大规模集成电路,其片上带有多该系统利用MSP430F2013((文中简称F2013)进行温度信号种外设模块可以形成集成解决方案,为设计低功耗高精度测温系统提供了硬件基础[2]。采集,将前端温度传感器采集来的体温信号经过程控增益放大器进行放大,随后送入AD进行模数转换,转换完成后进行软件利用MSP430F2013的片上电压基准(18ppm)和片

8、内16滤波和校正计算,最终获得体温数据,并送段码LCD显示。位A/D,同时为非平衡电桥和片内16位A/D供电,从而形成图1是系统电路图。F2013片上基准源可以为外部提供比值测量系统,利用比值法可降低对激励电压源的要求,因此112V的基准电压Vref,当配置内部