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HT7500型高精度微型化医用数字体温计

wqshand  发表于 2007/5/9 12:53:53      615 查看 0 回复  [上一主题]  [下一主题]

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在医院和家庭中普遍使用酒精(或水银)温度计来测量体温,不仅测量时间长,而且读数也不方便。市场上销售的数字体温计不仅精度较低、体积大、耗电多,而且功能单一,难于推广应用。HOLTEK公司推出的HT7500型医用数字体温计集成电路,可满足医院及家庭的急需,特别适合构成高精度(±0.1℃)、多功能、微型化的临床体温计,可满足医院及家庭的急需。

1 HT7500的性能特点

HT7500是一种单片低电压CMOS电路,可配合503ET型高精度热敏电阻构成体温计。 503ET在+25℃时的标称值为50.00Ω,热敏指数B为4.055K(江苏兴顺电子有限公司生产),它的外围电路非常简单,仅需3只电阻、4只电容、1只压电陶瓷蜂鸣器和3 位半液晶(LCD)显示器即可。

HT7500的测量精度很高,它既可测量摄氏温度,又可测量华氏温度范围为+32.0℃~+42.0℃(或+90.0 °F~+108.0 °F)。在+35℃~+39℃(或+95 °F~+102 °F)范围内,其测温精度高达±0.1℃(或±0.2 °F),这是其它数字温度计所难以达到的技术指标。此外,HT7500还具有多种温度报警及自动关机功能。当体温超过+37.5℃时,蜂鸣器会发出持续时间为4s的报警声,而当体温低于+32℃或超过+42℃时,该体温计将分别显示出下限温度、上限温度。若等待时间超过8分钟40秒,它将自动关机以节省电能。下次通电后能自动显示断电前最后一次测量的体温值。

由HT7500设计的这种数字体温计具有最大读数保持功能,能测量人体最高温度。同时还具有LCD显示器自检及电池低电压指示功能。

HT7500采用+1.5V单电源供电,电源电压允许范围是+1.3V~+1.65V,工作电流为60μA,备用状态下的电源电流可降至1.0μA以下,因而可采用1.5V钮扣电池供电。其环境温度范围为-2~+75℃。

2 HT7500的工作原理

2.1 引脚功能

HT7500采用33脚微型化表贴式封装,芯片尺寸仅为3.28(mm)×3.05(mm)。其引脚排列如图1所示。各引脚的功能如下:

UDD、USS:分别接+1.5V电池和地。

UEE:负电源端,可利用倍压器和外部充电泵电容(以下简称泵电容)产生-1.5V电源,以供驱动LCD用。

    LOWC:电池电压检测端,不用时悬空。

SC:参考电阻与热敏电阻的公共端。

RF、RS:分别接参考电阻和热敏电阻。

PSW:接电源开关,以控制体温计的通、断电。

TEST2:用户测试端,此端接UDD时,LCD显示全部笔段, 据此可判定LCD有无笔段残缺现象。

CLFH:摄氏温度/华氏温度选择端,此端开路时,仪表显示摄氏温度,该脚接UDD时,显示华氏温度。

OSCI、OSCO:分别为系统振荡器的输入、输出端,外接820kΩ的振荡电阻。

BZ1和BZ2:接蜂鸣器(buzzer,英文缩写为BZ)。

COM1~COM3:接LCD背面的3个公共电极(简称背电极)。

SA1~SA3、SB1~SB3、SC1~SC3、SD1:LCD的笔段及标志符驱动端。

CAP、C512:泵电容连接端。其余引脚为厂家测试芯片用引脚。

2.2 工作原理

HT7500的内部框图如图2所示。该芯片内部主要包括系统振荡器、传感器振荡电路、控制电路、计数器和比较器、定时器、倍压器、脉冲参数表及脉冲发生器、计数、比较及锁存器以及LCD驱动器等电路。当温度发生变化引起热敏电阻值改变时,该值将通过传感器振荡电路转换成频率信号。脉冲发生器用于根据预先存储好的脉冲参数表来设定闸门的通断。计数器用于对该频率信号进行计数以得到被测温度数据。通过LCD驱动器可使液晶屏上显示出被测体温值。

    当温度越限(含超出正常体温范围、超上限、超下限)时,利用芯片中的比较器可使LCD显示出相应的标志符,并使蜂鸣器发出超温报警声。

LCD的驱动电压为3V。利用倍压器可将+1.5V电源变换成-1.5V电源,二者串联即可得到3V电压。倍压器的原理等效于极性反转式DC/DC电源变换器,其特点是利用振荡器和开关式控制器使两组模拟开关交替地通、断以完成电路切换。正半周时,+1.5V电池对泵电容充电,负半周时将泵电容上的电荷转移到UEE端的外部电容上以形成-1.5V电压。这种电源称之为“泵电源”,由于其开关频率很高,因此电能损耗极低。

HT7500所配的3位半LCD显示器的右边有标识符“° E”和“”。其中,“° E”可分别构成单位符号“℃”和“ °F”,依次代表摄氏温度和华氏温度。“”用作电池低电压指示。HT7500采用1/3偏置法来动态驱动LCD显示器。

3 数字体温计的电路设计

由HT7500构成的数字式摄氏体温计的电路如图3所示。该仪表采用1.5V钮扣电池供电。R1用来调节电池电压检测端的阈值电压,以便在电池电压E小于+1.3V时使LCD显示符号“”,从而提醒用户及时更换电池。REF为基准电阻,503ET为热敏电阻温度传感器。SB为带自锁功能的电源键。

S1和S2为拨动开关。闭合S1时可检查LCD的全部笔段,测量体温时应将S1断开。为了显示摄氏温度,必须断开S2。R2为系统振荡器的振荡电阻,R2为820kΩ(典型值)时,时钟频率为32kHz。BZ为压电陶瓷蜂鸣器,其发声频率为5.3kHz。C2和C3为倍压器的外部电容。LCD显示器的正常显示范围是+32.0℃~+42.0℃,人的体温就在此范围内。为了降低成本,还可简化电路。可去掉S1、S2,并将R1改成固定电阻。该数字体温计的测量过程如下:

接通电源时,蜂鸣器发出“嘟,嘟”声,持续时间为0.125s。此后的整个测量过程如下:

(1) 显示全部笔段,持续时间为2s;

(2) 显示上次关机前的最后一次测量值,显示时间为2s;

(3) 显示符号“L ℃”,持续2s;

(4)显示正在测量的体温t,然后符号“℃”以1Hz的频率闪烁;

(5)若t<+32℃,则显示符号“L ℃”,表示体温过低;

(6)若t≥+42℃,则显示符号“H ℃”,表示体温过高;

(7)在测量体温过程中,显示并保持最高体温值,直至检测到更高的体温时,显示值才被更新;

(8)若所测得的体温在16s后仍保持不变,则符号“℃”停止闪烁;

(9)测量停止时,若t>+37.5℃,则蜂鸣器发出“嗡、嗡”声,间隔为0.125s,持续4s。若t≤+37.5℃,则蜂鸣器以0.5s的间隔时间发出嗡嗡声,表示被测体温正常。

(10)倘若测量结束后的8分钟40秒内温度又升高,则符号“℃”再次闪烁并开始下一个测量周期;

(11)假如测量结束后,经过8分钟40秒未见温度升高,就自动关机。

需要说明两点:第一,当电池电压太低时,低电压指示符就以1Hz的频率闪烁,但此时测量值已不准确;第二,当蜂鸣器持续发声4s后,HT7500将不再测量温度。

数字体温计的工作流程如图4所示。

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