设计和开发一个廉价的婴儿培养箱的温度控制器

p . Jagadeesh这位g . Karthick Kumar Reddy, s Venkatramana Reddy *
Sri Venkateswara大学物理系Tirupati,印度安得拉邦。

通讯作者:美国Venkatramana Reddy,物理系,斯里兰卡Venkateswara大学Tirupati,印度安得拉邦。

文摘

新生儿重症监护单元(NICU)用于更好的温度测量,隔绝感染,专门喂养婴儿,防止体温过低和高热。NICU或孵化器由伺服控制系统包括温度传感器调节孵化器空气温度。中温度传感器的数量如热电偶、热敏电阻、水银温度计,数字温度传感器(DTS)等,DTS在模拟温度传感器给出准确的结果。工作的目的是接口可编程ADT7410 DTS PIC18F8720单片机监测婴儿的体温。这个传感器测量温度与准确性、高分辨率和快速转换。ADT7410是一个基于MEM数字传感器、可编程的高、低,临界温度限制。它还包括片上振荡器、迴路、温度寄存器和中断大头针。PIC单片机作为核心的伺服控制系统读写温度传感器使用I2C协议,和控制外围设备辐射暖,蜂鸣器、继电器和显示结果在液晶显示器上。软件程序是用C语言编写和编译生成十六进制文件。系统的过程一步一步解释使用流程图

关键字

孵化器,ADT7410数字温度传感器和PIC18F8720单片机。

介绍

早产儿非常敏感,通常会出现体温过低和高热[1]。冷应激或体温过低的新生儿期可以被定义为一个体温小于36.5°C (97.6°F)。Vasomuscular反应的新生儿新陈代谢并不足以创造足够的热量。对于新生儿,尤其是早产儿,thermo-regulatory系统的不成熟使得婴儿更容易受到环境温度的变化。体温降低,孩子变得不活跃,反应迟钝、低渗和吸收不佳。随着病情的进展,这导致身体新陈代谢深刻变化导致心脏功能受损,出血、黄疸和死亡。在高热,温度大于37.2°C (98.9°F),这不是发烧,而是提高婴儿的体温反应与微生物感染。如果婴儿在一个孵化器,应该降低空气温度[2]。

中性热环境就是热的温度范围内生产至少需要维持正常体温的婴儿。这取决于出生体重、出生的时代后,婴儿是否穿衣或者裸体[1]。用于婴儿保暖的方法将取决于上述因素,可以照顾婴儿孵化器和辐射等各种设备的长手套[3]。孵化器是一个装置用于维护环境条件适合新生儿(新生儿)。它是用于早产或足月宝宝生病[1]。辐射温暖的开发作为“开放孵化器”确保访问孩子的出生做好充分准备了。它提供了强烈的辐射热能来源保持婴儿的体温,防止冷压力[4]。保持宝宝的腋下温度在36.5°C到37.2°C之间的婴儿放在孵化器或者辐射温暖的[5]。腋窝(图1所示位置)温度测量温度低于中央的婴儿。很容易调查,受环境变化的影响和干扰x射线字段,而不是被加热装置加热直接[2]。

在孵化器的温度一个婴儿被传感器探测。现在一天的许多传感器,如热电偶、热敏电阻、液体温度计、双金属条模拟传感器可在市场[6]。容错控制(FTC)一直在增加在过去几年因为FTC系统有能力增加事件的复杂系统可靠性和性能要求的缺点。故障可能导致系统退化或任何不可接受的性能系统[7]。新设计和开发的系统需要控制的故障自我校准数字传感器芯片上的数据收集。基于MEMS的数字温度传感器更有利由于芯片上的ADC,快速转换和可编程。它减少了错误,电缆损失并给出更准确的测量。ADT7410是基于MEMS的数字温度传感器模拟生产的设备被选为这个目的和PIC18F8720单片机的连接。微控制器作为伺服系统的核心,控制外围设备LCD、键盘、继电器、蜂鸣器、传感器和温暖的孵化器。Inter-Integrated电路(I2C)是一个为同步串行通信协议开发的菲利普斯单片机和外围设备之间的数据传输。 The major advantage of this interface is that it uses only two communication lines, which are bidirectional [8, 9]. The data transfer between ADT7410 Temperature sensor and microcontroller Master Synchronous Serial Port (MSSP) module takes place through the I2C bus.

硬件细节

微芯片引入一个8位单片机,PIC18F8720, 80销TQFP包和我总结了功能表。

PIC18F8720有九个港口(PORTA - PORTJ) 68针。这些港口别针单片机多路复用与其他功能来减少最小数量的别针。单片机的端口设置为输出端口为二进制数据传输和设置为输入端口接收外界的二进制数据。PORTC:销RC3 / SCK / sci,销RC4 / SDI / SDA用于I2C通信从外围到单片机和销将t / TX1,销RC7 RX1 / dt₁用于RS232串行通信从个人电脑到单片机[10]。PORTB用作数据港由单片机控制液晶显示器,键盘,继电器、蜂鸣器和PORTD PIC18F8720双向端口的数据输入键盘和LCD数据输出。

ADT7410高精度数字温度传感器,可/ 16位选择温度到数字芯片转换器。这个传感器的功能图如图2所示[11]。

ADT7410传感器I2C接口兼容,快速温度转换器,临界温度指示器,精度在±0.5摄氏度,温度下可编程/ /中断和ADC的内部振荡器。迴路传感器输出数字化,由一个输入采样器、求和网络,一个积分器,一个比较器和1比特DAC。在正常模式下,ADT7410运行自动转换序列需要240 ms来完成,结果存储在相应的寄存器。它有两个地址线A0-A1使用户地址四种不同ADT7410传感器芯片的电路[11]。4 x4矩阵键盘与启动、停止、最小值,最大值,重置,数字从0 - 9可选按钮界面的PIC18F8720单片机,所以系统在特定温度条件控制和维护。键盘界面的PORTD PIC18F8720通过锁74 ls273[12]通过缓冲74 hc244行和列[13]。

功能键控制通过PORTB别针RB5, RB7扫描方法。单片机从键盘读取数据并发送ASCII字符液晶显示20日x4字符。液晶显示数据传输是通过PORTD并通过PORTB别针RB1和RB3启用。继电器连接到ADT7410 INT &问别针,门控制辐射温暖,和蜂鸣器连接到INT销来指示/ /下温度。所有细节接口如图3所示。

软件详细信息

MPLAB IDE是一个软件程序,它提供了一个集成开发环境生成十六进制代码和运行在个人电脑为PIC18F8720单片机开发应用程序[7]。MPLAB IDE能够创建、编辑源代码使用内置的编辑器,组装、软件的源代码编译和链接屏幕图像如图4所示。孵化器的软件程序温度测量和控制系统用C语言编写并编译生成十六进制文件。十六进制文件下载到PIC单片机通过RS232电缆从PC到图片ISP串行下载软件。重置后的CPU单片机程序开始执行。

ADT7410数字温度传感器是一个可编程/ /下临界温度中断和激活通过配置中的8位数据配置寄存器。高,关键和低温写入奴隶设备由主控制器通过I2C协议当R / W位为“0”。ADT7410传感器温度转换完成后,暂时储存在温度寄存器值,直到下一次转换完成。当R / W是' 1 ',主从温度寄存器读取当前温度数据从传感器。温度数据格式可在表二世。

在软件编程,可转换为ASCII代码中存在温度数据显示在液晶。额外的程序控制辐射温暖不是必需的,因为CT & INT针控制继电器和辐射温暖他们的逻辑。寄存器地址&接通电源的默认值在表3。

控制的数字温度传感器和婴儿培养箱的操作温度在高温和低温条件下与继电器控制。系统的逐步过程流程图的解释在图5。

操作

从电脑下载程序到单片机后,按复位按钮上的过程。D端口初始化键盘作为输入端口扫描数据和输出端口同时液晶显示数据。最初马克斯按钮被按下键盘进入最高温度价值保持婴儿体温两位小数和两位数的分数值。这个值是存储在大腿& TCric寄存器的ADT 7410传感器比较高的限制/转换温度现值的临界温度。按分钟按钮,输入最低温度值存储在TLow注册下温度和相比,存在转换温度的值。大腿和TLow显示在LCD和程序温度十进制值转换成数字代码和可转移到ADT7410传感器通过I2C总线。ADT7410配置为三种模式,比较器模式,一枪将0 x3e代码的转换和可配置寄存器[11]。

婴儿应该在中立的热环境,核心体温36.5 - 37.2摄氏度取决于宝宝的重量。分别通过测量宝宝的重量,然后放在孵化器。现在开始按钮被按下键盘监控孵化器和婴儿身体的温度在不同的部分。主控制器PIC18F8720转移高,关键和低温限制数据通过I2C总线奴隶ADT7410传感器。的逻辑水平控制辐射温暖,CT和INT第四针表中给出。

仿真与结果

ADT7410配置了一枪温度转换模式,所以它将在每个样本240 ms。温度传感器存在转换值相比,高温和低温极限,如果发现大于大腿& TCric限制INT, CT别针ADT7410→高状态和中继位置转向辐射温暖,和蜂鸣器哔哔声表示警告,直到它达到低温极限。如果目前的温度比TLow限制只有较小的INT销去高状态和中继位置转向辐射温暖和蜂鸣器哔哔声表示警告,直到它达到高温极限。图6显示了辐射温度的开关操作ADT7410传感器当水面/水中的温度限制。这个过程继续监控婴儿健康状况良好的环境恢复。

系统的性能与ADT7410传感器和模拟温度传感器LM35相对于另一个系统。分离温暖和传感器之间的距离保持20厘米固定和温度记录每一秒。温暖和传感器之间的空气扰动引起的12伏特D。C风扇,这样波动在空气中温度测量的传感器。传感器的性能一分钟是绘制,如图7所示。

红色线是传感器LM35温度曲线和蓝色线是ADT7410传感器。从图很明显,两个传感器的响应时间是好的但ADT7410与LM35相比更可靠。只有几秒钟变化之间存在传感器和响应时间是更好的与ADT7410数字传感器及其片装数据采集快来获取数据。小波动温度芯片上ADT7410很容易测量的传感器也具有很高的分辨率。实验结果表明,ADT7410传感器比设计婴儿保温箱监控新出生婴儿的健康。传感器的准确性使儿科医生采取必要的医疗措施,保护婴儿免受污染和感染。

结论

数字温度传感器ADT 7410是一个快速片上数字温度转换器,转换速度快6 ms, 1 60 ms SPS(每秒1样本)和正常转换为240 ms。在观察和测试,我们注意到ADT 7410具有良好的响应速度比温度计和热敏电阻是一个容易的过程来初始化临界温度限制。使用这种传感器实时应用程序,我们可以避免在孵化器PID控制器。中断生成的软件编程使用/ /在ADT7410数字温度传感器,温度限制我们控制辐射温暖。辐射温度响应INT和CT在ADT7410传感器中断,这是很重要的在控制婴儿的体温。这有助于保持健康的孵化器在支持温度条件婴儿。数字温度传感器精度高在±0.50摄氏度测量比热敏电阻或热电偶。通过这种类型的电缆损失消除数字测量。

AKNOWLEDGEMENT

作者感谢模拟设备制造公司,美国提供的免费样品ADT7410传感器。

引用

r·b·约翰逊·d·s .沿着c . Tuladhar m . Amatya s A·斯宾塞和p . Rolfeft”技术和温度控制在一个新生儿的调查单位在加德满都,尼泊尔,“热带儿科杂志》39,4到10,1993页。
彼得Puschner安德鲁•里昂“ThermoMonitoring:新生儿重症监护的一步,”Dragerwerk AG) & Co .)营销传播,德国,2010年。
何塞·佩雷斯,塞尔吉奥·G Golombek,卡洛斯·法奥古斯托苍井空,”一个层流单元对危重新生儿的护理,“医疗设备:证据和研究,6卷,第167 - 163页,2013年。
辐射加热装置,可用数据表:http://www.newbornwhocc.org/pdf/radi.pdf。
Tamanna Afrin Tisa, Zinat Ara尼莎。Adnan冻疮,”一个增强的新生儿恒温箱温度控制系统的设计,“孟加拉国医学物理学杂志》,第五卷,第一,53-51,2012页。
西奥菲勒斯银器,Bhudi塞,“基于单片机的室内温度监控系统,”国际期刊《计算机应用,53卷,第一,7 - 10,2012页。
Suswetha Parisineti Eswaran。P,“错容许控制系统的设计和开发的婴儿保温箱,“国际科学与工程研究杂志》上,卷2,问题5,pp.1-6, 2011年。
拉美西斯s Gaonkar”在Embeddedsystems微控制器原理及应用(PIC18微控制器的家庭),“Penram国际出版商分公司,孟买,印度,2007。
穆罕默德•阿里Mazidi Rolind d . Mckinlay丹尼堤道,“PIC单片机和嵌入式系统使用汇编和C图18,“1。培生教育,印度,2008。
微芯片PIC18F8520/8620/8720可用数据表:http://www.microchip.com/downloads/en/devicedoc/39609b.pdf。
数字温度传感器ADT7410,数据表可用:http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADT7410.pdf。
八进制型积极-边沿触发翻转74 ls273,可用数据表:http://www.fairchildsemi.com/ds/DM/DM74ALS273.pdf。
八进制缓冲器/线路驱动器74 hc244,可用数据表:http://www.nxp.com/documents/data_sheet/74HC_HCT244pdf。