杨勇　杨超　罗志尧　高川

摘要：为了解决以MCS-51单片机为控制器、以数码管液晶显示屏等为显示器的数字体温计体积大、功耗高、实用价值低等问题。设计开发了基于MSP430超低功耗单片机，以手机APP为显示单元的数字体温计。体温计体积小、功耗低，可以实现体温的连续测量；并能应用于远程监护。

关键词：数字体温计；DS18B20；低功耗

中图分类号：TH811 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）04-0162-02

体温是人体重要的生理指标，通过体温的变化可以反映出身体状况，具有重要的临床意义。传统的水银温度计普遍存在测量时间过长、易破碎等缺点[1、2]。随着电子技术的快速发展，出现了数字式电子体温计；但这些体温计大多以MCS-51系列单片机为控制器，采用数码管、液晶屏等显示测量温度值，并以蜂蜜器和LED完成报警等[3-5]；所以这些体温计通常体积大、功耗高、电路复杂且实用价值低。基于此，本文设计了一款基于超低功耗单片机MSP430G2553控制的数字体温计。采用一线总线式数字温度传感器DS18B20采集人体体温，单片机处理后通过低功耗智能蓝牙传送给手机APP，在手机APP上完成体温的显示和存储；具有体积小、功耗低等优点。

1 系统硬件设计

为了减小系统体积、降低功耗，采用MSP430G2553超低功耗单片机作为系统控制器。MSP430G2553完全兼容MSP430系列单片机指令集；且体积小，引脚数低至20；功耗低，待机模式为0.5μA并具有5种低功耗模式；内部资源丰富，具有2个16位定时器、通用串行接口、灵活的时钟配置系统和多达16个GPIO等。温度传感器采用DS18B20，只需一个I/O口就能完成与单片机的通信。为了减小系统体积、便于保存测量数据，将测量值通过智能蓝牙模块传送给手机APP，在手机APP端完成测量值的显示、存储和报警。系统采用电池供电，易于携带。系统的组成原理图如图1所示。

DS18B20为单总线数字温度传感器，体积小、只有3个引脚；接口简单、只需要一个I/O口就能完成与单片机的数据交换；精度高、最高分辨率可达0.0625℃；DS18B20测温范围为-55℃～+125℃，满足体温测量的要求。基于DS18B20的内部结构，其可采用寄生供电和外部供电两种模式[6]。由于外部供电模式下，转换速度更快、操作更简单、且有利于实现多点测量，本设计采用外部供电模式；其连接示意图如图2所示。

为了减小系统体积、便于保存测量数据；将单片机测量的温度值通过智能蓝牙模块发送给手机APP，在手机APP端完成数据的显示、报警和保存。蓝牙模块采用HC-06，其为串口型透明蓝牙传输模块，与单片机通过串口进行连接，用户不用了解蓝牙的底层通信协议而像操作普通串口一样就能完成通信。蓝牙模块和单片机的连接如图3所示。

2 温度计算原理

DS18B20为数字温度传感器，可配置成9～12位分辨率。其内部使用两个8位的寄存器来缓存测量值，寄存器格式如图4所示。其中S为符号位，当测量温度值为正时S=0、为负时S=1；其余为数据位。DS18B20配置成12位分辨率时，所有数据位有效；配置成11位时，bit0位无效；配置成10位时，bit0和bit1无效；配置成9位时，bit0、bit1和bit2无效。计算温度值时，首先判断符号位：若符号位为0，温度值为正，将数据位乘以0.0625，即得测量温度值；若符号位为1，温度值为负，将数据位各位值取反加一后乘以0.0625即得测量温度值。

3 系统软件设计

系统的软件分为单片机程序和手机APP软件两个部分。

3.1 单片机程序设计

单片机完成温度值的计算，并把测量值通过蓝牙传送给手机APP。所以单片机主要完成DS18B20的初始化配置，温度值的计算、存储，和蓝牙模块的通信等；程序的流程如图5所示。

单片机在完成系统初始化后进入主循坏程序。在主循坏程序中，单片机首先初始化温度传感器DS18B20并启动温度转换；等待转换完成后读取温度寄存器的值，按照2中的原理计算温度值，并存于单片机的缓存中、同时发送到串口。在初始化、读取寄存器等过程中都要操作DS18B20，作为单总线传感器，操作时必须遵循严格的时序和步骤。DS18B20的操作步骤为：（1）初始化，（2）发送ROM命令，（3）发送功能命令。

3.2 手机APP软件设计

手机APP程序包括人机交互界面和数据的存储、显示与报警等。打开手机APP程序，先搜索到蓝牙并建立连接，然后进入程序主界面，如图6所示。在主界面上可以观察测量值，并能观察最近两分钟的温度曲线；切换界面，还能查看最近1小时、10小时和24小时的温度曲线。同时，还可以设置上、下限报警温度值；超过报警温度后，手机以文字、震动和铃声的方式报警，并能把报警信息发送到指定的手机上。

4 结语

传统的基于MCS-51单片机为控制器、以数码管液晶显示屏等为显示器的数字体温计体积大、功耗高、实用价值低。本文设计的数字体温计体积小、功耗低；以手机APP显示，更直观，且能实现体温的连续监护；并能应用于体温的远程监护中，具有良好的应用前景。

参考文献

[1]张小钗.两种体温计测量结果的比较[J].天津护理，2004，12（3）：167.

[2]赵汉宾，和卫星，吕继东，等.低功耗高精度体温计设计[J].计算机测量与控制，2011，19（3）：676-678.

[3]刘志壮.基于DS18B20的数字体温计[J].零陵学院学报，2004，25（6）：83-84.

[4]李素蕊，毕彦平，等.基于AT89C51单片机的数字体温计的设计[J].网友世界·云教育，2013（14）：38.

[5]张萍.基于数字温度计DSl8820的温度测量仪的开发[J].自动化仪表，2007，28（6）：64-66.

[6]杨海波，张玮，刘晓静，等.一種基于数字温度传感器DS18B20的多功能电子温度计设计[J].中国医学物理学杂志，2013，30（1）：3890-3893.