专利名称：一种温度测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种温度测量装置，尤其是一种针对微环境的多点温度测量装置，具体的说，是一种应用单总线技术实现多通道多点测温的装置。
背景技术：
在卫生装备研究中，微环境温度是一项很重要的检测指标，无论是在寒区适应性试验中，还是在热区适应性试验中，都要进行升温、降温或保温性能测试。如方舱式野战机动医疗系统中，保障舱对固定舱、单扩舱、双扩舱等各功能舱的制冷/制热效果如何，以及各功能舱自身的保温性能如何；帐篷式野战医疗系统中，保障挂车对各功能帐篷提供的制冷/制热保障如何，及各功能帐篷自身的保温性能如何；此外，野战制氧挂车、手术车、X线车等，都离不开对微环境温度的检测。
并且，在有些卫生装备中，对温度的要求很严，如野战运血箱、野战运血车等，对其升温、降温和保温性能提出了很高的要求，其储藏室温度必须控制在4℃±2℃范围内。为此，在性能试验、寒区适应性试验、热区适应性试验中必须对储藏室各点温度进行检测，才能保证储藏室平均的温度在要求的范围内。
目前，在卫生装备寒区和热区适应性试验中，对温度的检测，具有如下特点第一，在寒区适应性试验中，为了能得到最低的环境温度，经常是在最寒冷的地区(黑河、集宁等地)，且在夜里2～4点之间进行升温、保温试验；而在热区适应性试验中，为了能得到最高的环境温度，经常是在最热的地区(广州、漳州等地)，且在中午12～3点之间进行升温、保温试验。第二，每个微环境测温点的布置，通常采用三三三制均匀布局，即上、中、下三个平面，左、中、右三个平面，前、中、后三个平面，共27个交叉测温点，这样才能较准确地反映微环境温度场的变化情况。
目前的检测方法为靠人工每隔一段时间(如5分钟)读取一次数据，27个点通常需要3人读数和1人记录。使用的测试仪器多数是酒精温度计，误差一般在±3℃左右。除此之外，也有一种多通道温度记录仪，但体积较大，监测点的布线多而乱，且通道数有限。
由此可知，微环境温度监测是一项费时、费力的工作，且试验现场的条件非常恶劣。在某些卫生装备中，微环境温度的监测还是非常困难的，如野战运血箱。然而，微环境温度的监测又是卫生装备研究中非常重要的一个环节，而温度的检测与控制也是部分卫生装备必不可少的研究内容。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术的不足提出一种温度测量装置，实现数字化、多点温度测量，提高测量的精度，提高抗干扰能力；扩展性强；现场监测点布线简单，测温过程中的无人值守，省时省力，提高工作效率。
本实用新型的目的是通过如下的技术方案实现的一种温度测量装置，包括处理器、一个以上的测温单元、显示单元、输入单元和通信接口单元；其中，所述的处理器具有一个以上双向输入/输出端，所述的一个以上的测温单元为单总线测温单元；所述处理器的每一个双向输入/输出端同时与一个以上的单总线测温单元的数据端连接，所述连接在一个双向输入/输出端的一个以上的单总线测温单元的电源端接同一个电源，接地端共地；所述用于输入用户指令及设定参数的输入单元与处理器的数据端连接；所述用于显示数据及信息的显示单元与处理器的数据端连接；所述用于输出数据的通信接口单元与处理器的数据端连接。
上述的单总线测温单元包括单总线适配芯片和温度传感器，其中，温度传感器设置在测温点，其信号输出端与单总线适配芯片的数据输入端连接，单总线适配芯片的数据输出端与处理器的一个双向输入/输出端连接。其中，所述的温度传感器为模拟传感器，或数字传感器，或光纤传感器；当为模拟传感器时，模拟传感器的输出端连接到模数转换电路的输入端，模数转换电路的输出端连接到单总线适配芯片的数据输入端；当为数字传感器时，数字传感器的输出端连接到单总线适配芯片的数据输入端；当为光纤传感器时，光纤传感器的信号输出端连接到光电转换电路的输入端，光电转换电路的输出端与单总线适配芯片的数据输入端连接。
另外，所述的单总线测温单元为集成有单总线功能的数字传感器。
所述的显示单元为LCD显示模块，或LED显示模块；所述的LCD显示模块包括LCD显示器及其驱动电路，处理器的数据端与驱动电路的输入端连接，驱动电路的输出端与LCD显示器的数据端连接；所述的LED显示模块包括LED数码管及其驱动电路，处理器的数据端与驱动电路的输入端连接，驱动电路的输出端与LED数码管的数据端连接。
所述的输入单元为一个以上的按键，所述一个以上的按键分别与处理器的输入端连接。
所述的通信接口单元包括通信接口及通信转换电路，所述处理器的通信端口与通信转换电路的数据端口连接，所述的通信接口为RS232或RS485串行通信接口或USB接口。
综上所述，本实用新型现场监测点的布线简单，可方便地实现测温装置的多点组网，提高测量精度，提高抗干扰能力；并且实现无人值守，省时省力，提高工作效率；由于单总线测温单元采用三线制与处理器进行通信，大大提高了处理器接负载的能力，本实用新型可根据实际需要扩展测温单元的数目，扩展性强。
图1为本实用新型所述系统的测温原理图；图2为本实用新型所述系统的结构原理图；图3为本实用新型所述系统实施例的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体的实施例对本实用新型进行详细的说明。
本实用新型基于单总线原理，应用单总线器件和各种功能的传感器，构成多点单总线测量系统，其原理图如图1所示，处理器的一个输入/输出端子引出一条总线，也即一个通道，在这一条总线上可以挂接一个以上的单总线器件，每个单总线器件与温度传感器连接构成单总线测温单元。温度传感器将在测温点所测的数据通过单总线器件传输到处理器中，由处理器对该数据进行分析、存储、显示。其中，处理器与单总线器件的通信及数据传输必须严格遵守单总线命令时序。
本实用新型所述系统的结构原理如图2所示其核心元件为一处理器1，该处理器1通过其一个双向输入/输出端和一个以上的单总线测温单元2连接，即一条总线可以和多个单总线测温单元2连接，在本实用新型中，处理器1可以有一条以上的总线，每一条总线构成一个通道，所以本实用新型为多通道的单总线测温系统；输入单元3与处理器1连接，用于向处理器1输入用户指令及设定参数，其中，输入单元3可以为按键，可以为触摸屏；处理器1根据用户的指令及设定的参数，对接收的单总线测温单元传送来的温度数据进行处理，并将处理的结果输出到显示单元4中显示出来；为了方便的将处理器1中的数据输出，还设置了通信接口单元5，如串行通信接口，USB接口等，通过这些通信接口将处理器1中的数据输出到计算机中进行分析、保存等，也可以连接到打印机上将处理器1中的数据打印出来。
其中，上述的单总线测温单元可以是由单总线器件和温度传感器构成的电路，也可以是集成在一起的具有单总线功能的传感器。
目前的模拟温度传感器体积较大，信号易受传输线路的干扰，电路结构较复杂，成本较高；而近年来发展起来的数字传感器无需信号调理电路，直接输出数字化信号，可与单片机直接连接，使用非常方便，接口电路和信号处理电路简单，由此构成的测温系统抗干扰能力强、成本低。所以，单总线测温单元中的传感器多为数字传感器。
具体的实施例请参见图3所示的电路图一种温度测量装置，包括USB接口单元A、微处理器单元B、键盘与显示单元C、数字测温单元D。其中，为了对设置的64个测温点进行测温，微处理器采用8条总线，即8个通道，每条总线上挂接8个测温单元；基于体积小巧的考虑，键盘采用按键式，显示器采用LCD显示模块。
其中，微处理器U1采用Atmel公司的89系列89C52，其内部设有8K字节的程序存储器，以满足编程的容量要求，但内部设置的数据存储容量只有256×8字节，不能满足64个检测点每隔5分钟持续采集24小时(技术指标要求)共18432个数据量的要求，为此扩展一数据存储器U2。
数据存储器U2选用美国Ramtron公司的256K位非易失性随机串行存储器FM24C256，其结构容量为32K×8位，读写次数超过100亿次，数据在掉电后可保存10年，写数据无延时。使用二线制串行总线及其传输协议进行双向传输，这种接口方式占用脚位少，占用线路板空间小。总线速度可达到1MHz，同时兼容100KHz或400KHz时钟速度。工作温度-40℃～+85℃。采用8脚EIAJ SOP封装。
微处理器U1的输入/输出端P20-P27作为8条总线，用于挂接单总线测温单元，每一条总线上挂接8个单总线测温单元，在本实施例中，所述的单总线测温单元采用集成有单总线功能的数字传感器DS18B20，DS18B20是单总线式数字温度传感器，具有3引脚T0-92小体积封装形式；温度测量范围为-55℃～+125℃，可编程为9～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用带符号扩展的16位数字方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适合远距离多点温度检测系统中。
在本实施例中，采用三线制，即，一条总线，与数字传感器DS18B20的数据线连接，一根电源线，为挂接在一条总线上的多个数字传感器DS18B20供电，一根地线，挂接在一条总线上的多个数字传感器DS18B20共同接地。
LCD显示模块U4的驱动电路和显示器集成在一起，微处理器U1的输入/输出端P00-P03与LCD显示模块U4的数据端(即，驱动电路的输入端)连接，用于向LCD显示模块U4输出显示内容。
微处理器U1的输入/输出端P04-P07分别与按键S1-S4的一端连接，按键S1-S4的另一端接地。
微处理器U1的输入/输出端即通信端TXD、RXD分别与USB接口电路中的转换芯片U3的通信端TXD、RXD连接，微处理器U1的输入/输出端即中断请求端T0、T1分别与转换芯片U3的RTS端、CTS端连接，转换芯片U3的USBDM、USBDP端分别与USB接口的两个数据端连接。
按键S1-S4分别为功能键、UP键、DOWN键、确认键。功能键用于下列功能选择数据采集时间设定、数据显示通道选择、数据打印输出、上下限报警限值设定、上下限输出控制限值设定等。确认键用于功能选择后的确认。UP键和DOWN键用于数字的增加和减少。
微处理器U1将按键设定的参数显示在显示器中，并按照设定的要求显示所需要显示的内容。
当微处理器U1与测温单元D中的单总线式数字传感器D1-Dn成功的建立了握手连接后，可顺序读取单总线式数字传感器所测量的温度信号，并根据设定的参数显示通道的温度，将该通道的温度循环显示在显示器中。例如，显示器中显示“25℃ 03”，表示这一通道上第三个传感器的温度。
为了能将微处理器U1内的数据输出到外部计算机或存储设备中，需要通信接口，在本实施例中，采用USB接口与外部进行通信。
在本实施例中，每一条总线共挂接8个传感器，根据不同的测温条件，可以减少或增加传感器的个数，由于采用三线制，只需将减少或增加的传感器从三条线上摘下或挂接，并不影响处理器的处理，扩展性强。当通过通信接口与上位机进行通信时，本实施例可以做为下位机，当具有多个与本实施例相同的下位机时，可以进行组网，形成一个测温系统，实现更全面、效率更高的温度测量。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种温度测量装置，包括处理器、一个以上的测温单元、显示单元、输入单元和通信接口单元，其特征在于所述的处理器具有一个以上双向输入/输出端，所述的一个以上的测温单元为单总线测温单元，其中，所述处理器的每一个双向输入/输出端同时与一个以上的单总线测温单元的数据端连接，所述连接在一个双向输入/输出端的一个以上的单总线测温单元的电源端接同一个电源，接地端共地；所述用于输入用户指令及设定参数的输入单元与处理器的数据端连接；所述用于显示数据及信息的显示单元与处理器的数据端连接；所述用于输出数据的通信接口单元与处理器的数据端连接。
2.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于所述的单总线测温单元包括单总线适配芯片和温度传感器，其中，温度传感器设置在测温点，其信号输出端与单总线适配芯片的数据输入端连接，单总线适配芯片的数据输出端与处理器的一个双向输入/输出端连接。
3.根据权利要求2所述的温度测量装置，其特征在于所述的温度传感器为模拟传感器，或数字传感器，或光纤传感器；当为模拟传感器时，模拟传感器的输出端连接到模数转换电路的输入端，模数转换电路的输出端连接到单总线适配芯片的数据输入端；当为数字传感器时，数字传感器的输出端连接到单总线适配芯片的数据输入端；当为光纤传感器时，光纤传感器的信号输出端连接到光电转换电路的输入端，光电转换电路的输出端与单总线适配芯片的数据输入端连接。
4.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于所述的单总线测温单元为集成有单总线功能的数字传感器。
5.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于所述的显示单元为LCD显示模块，或LED显示模块；所述的LCD显示模块包括LCD显示器及其驱动电路，处理器的数据端与驱动电路的输入端连接，驱动电路的输出端与LCD显示器的数据端连接；所述的LED显示模块包括LED数码管及其驱动电路，处理器的数据端与驱动电路的输入端连接，驱动电路的输出端与LED数码管的数据端连接。
6.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于所述的输入单元为一个以上的按键，所述一个以上的按键分别与处理器的输入端连接。
7.根据权利要求1所述的温度测量装置，其特征在于所述的通信接口单元包括通信接口及通信转换电路，所述处理器的通信端口与通信转换电路的数据端口连接，所述的通信接口为RS232或RS485串行通信接口或USB接口。
专利摘要本实用新型公开了一种温度测量装置，包括处理器、一个以上的测温单元、显示单元、输入单元和通信接口单元，所述的处理器具有一个以上双向输入/输出端，所述的一个以上的测温单元为单总线测温单元，所述处理器的每一个双向输入/输出端同时与一个以上的单总线测温单元的数据端连接，所述连接在一个双向输入/输出端的一个以上的单总线测温单元的电源端接同一个电源，接地端共地；所述输入单元与处理器的数据端连接；所述显示单元与处理器的数据端连接；所述用于输出数据的通信接口单元与处理器的数据端连接。本实用新型实现了数字化、多点温度测量，提高了测量的精度；扩展性强；现场监测点布线简单，测温过程中的无人值守，省时省力，提高了工作效率。
文档编号G01K13/00GK2709959SQ20042000543
公开日2005年7月13日 申请日期2004年3月2日 优先权日2004年3月2日
发明者石梅生, 刘洋, 王南林, 宋振兴, 陈平, 孟兴菊 申请人:中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所