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兽医助手——温度检测仪

作者：吴小帆 许志华 吴玉翠

[摘要]为改变动物生理参数采集的现况,提高宠物的治愈率,减

轻兽医的工作强度,在现有水平基础上进一步探讨测温装置。 该系统实

现了对体温数据的采集、处理、实时显示以及对体温超标时的报警处

理。利用它可以对动物病患的体温变化情况进行监测而无需与病患经

常接触。

[关键词]动物 温度 传感器 单片机

一、设计指标

本系统采用了高精度传感器 AD22100。要准确测量动物病患体温,

首先应全面了解动物的正常体温。 据有关资料报道.美国科学家用口腔

电子体温计对几十种动物测试得到了一系列数据,可将这些数据存储

于上位机之中。考虑到整个监控系统的成本,A/D 转换采用价廉的 8 位

芯片.设计时量程范围确定为 36.00-41.10℃。将 36.0 ℃时.输入到

A/D 芯片的电压处理.调整为 0V.温度 41.10℃时.输入到 A/D 芯片的电

压处理、调整为 5V。温度每升高 0.02℃,.电压升高 5V/255=0.0196V.

保 证 系 统 分 辨 力 为 0.02c.0.02 ℃ × 255 — 5.10 ℃ . 温 度 上 下 限 为

36.0℃ -41.10℃。报警温度为 36.5℃。

二、方案比较与选择

本课题的核心问题在于模拟量到数字量的转换以及数字量的显示,

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笔者对两种比较理想的方案进行讨论。

1.硬件实现:在温度传感器 AD22100 将温度信号转换成电压信号

后,通过 A/D 转换器将电压模拟量转化成八位二进制精度的数字信号,

再把该八位二进制精度的数字通过译码转化成十进制数,并最终用数

码管显示。

2.基于单片机的软件实现:在温度传感器 AD22100 将温度信号转

换成电压信号后,通过 A/D 转换器将电压模拟量转化成八位二进制精

度的数字信号,改用 51 单片机,通过编写程序,按照一定的算法来将八

位二进制精度的数字转化成十进制数,并通过数码管显示出来。

实践表明:A/D 转化器转化出来的是八位二进制精度的数字,这个

二进制数的大小并不代表真实的温度,需要一种算法来实现而不是单

纯的译码就可以实现的。 而单片机软件实现分辨率高,高可靠性且具有

一定的智能功能。

所以综合考虑,确立方案:用单片机程序将该八位二进制精度的数

字转化成十进制数字,再利用单片机驱动显示器显示,可以从显示器上

精确的读出温度的数值。

三、硬件设计

1.传感器、放大模块。测量温度的时候,我们选用具有信号调理的

电压输出温度传感器 AD22100。其有以下特点:工作温度范围为—

50~150 度;温度系数 22.5mV/℃;输出电压正比于温度与 V+的乘积;线

性优于满量程的±1%。;反向电压保护;高电压、低阻抗输出。

温度传感器 AD22100 将温度信号通过温敏电阻 R 的变化转换成电

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压信号,从运放输出端输出电压,对应的电压信号传输函数为:

当图中电源电压为+5V,—50~150 度对应的输出电压为 0.25~4.75V。 温

度与输出电压呈线性关系,当温度变化有变化,则会对应有一个电压输

出,通过温度传感器 AD22100 将温度转化成电压。 2.A/D 转

换模块。运用 A/D 转换器 ADC0809 将模拟量的电压信号转化成八位二

进制精度的数字量 ADC0809 芯片介绍可参看有关文献。

3.单片机的显示数码转换模块

(1)原理与算法。在很多运用单片机进行测量的系统中,通过传感

器或 A/D 转换后的数据只是测量数据,并非显示数据,将这些测量数

据转换为二进制的显示数据,才能通过查表的方式正确显示直观数据。

8 位二进制有 0-255 共 256 个值,但是电压值却只有 0-5V,8 位二进制

的 0 和电压的 0V 对应,而 8 位二进制的 255 和电压值的 5V 对应,把

0-255 分成 5 分,即 255/5=51,,1/51=0.0196V,即一个 8 位二进制值

所代表的电压值近似为 0.0196 伏。 再按照这个关系去除以 51,得到十

位电压值;再将余数与 26 比较,小于 26 直接乘以 10 再除以 51,所得

商就是个位电压值;如大于 26 则先减去 26,再乘以 10,然后除以 51,

所得商再加上 5,即得个位电压值;将第二次除以 51 所得余数,按第二

次除以 51 的方法进行计算,所得结果为十分位电压值。(2)单片机与

LED 数码管动态显示接口电路。具体电路可查阅相关文献。由于动态

显示情况下,CPU 要定时扫描刷新显示,数码管的信号在不停的通断变

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