低功耗高精度体温计设计

　　0　引言

　　体温指机体深部的平均温度,有深部温度(胸腹腔、脏器和脑的温度)及表层温度(体表温度)之分,它是反映人体健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、操作简单的优点,但是也存在测量时间长,数据无法保存的缺点。随着电子技术的发展,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]。

　　利用MSP430F2013的片上电压基准(18 ppm)和片内16位A/D,同时为非平衡电桥和片内16位A/D供电,从而形成比值测量系统,利用比值法可降低对激励电压源的要求,因此可利用片内电压基准实现高精度的温度测量。所完成的测温系统具有集成度高、精度高及功耗低的特点。

　　1　热敏电阻和测温电路设计

　　高精度温度测量通常采用重复性和稳定特性都很好的热电阻实现(尤其是铂电阻应用最为广泛)。但是热电阻也存在灵敏度低和响应速度慢等缺点,因此热电阻不适合要求快速高精　度的测温场合;热敏电阻互换性不好,阻值随温度变化的线性度也很差,但其灵敏度很高,响应速度很快,尤其是珠状玻封热敏电阻,这种特性在要求快速高精测温的应用中是非常有应用价值的(金属浴的高精度温度控制中)。

　　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。MSP430F2013单片机是MSP430系列中一款低成本、高性价比的16位超低功耗单片机(待机电流仅有0·5μA).其片内具有功能强大的SD16 _ A (增强16位的Σ-ΔADC)模块,温漂15ppm的集成程控增益放大器( PGA)和温漂18 ppm的1·2 V参考电压,适合做低成本高精度信号采集和处理的微控制器。

　　该系统利用MSP430F2013 ( (文中简称F2013)进行温度信号采集,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A D进行模数转换,转换完成后进行软件滤波和校正计算,最终获得体温数据,并送段码LCD显示。

　　图1是系统电路图。F2013片上基准源可以为外部提供1·2V的基准电压Vref,当配置内部缓冲后可以向外部提供约1mA的输出电流,该电流足够可用于激励热敏电阻测温电桥;同时,Vref又为A /D变换器提供电压基准,从而就和测量电桥形成了比值测量系统,比值测量系统不受基准电压变化的影响[3],从而降低了对基准电压源精度的要求。

　　电路中3个电阻器与热敏电阻Rt构成一个单臂电桥,电桥的作用在于激励出热敏电阻差分电压信号。设计中R1、R2、R3均采用50 K (1/1000) 25 ppm的标准精密金属膜电阻。