引言

常用溫度計依材料和用途種類可分為以下幾種：玻璃水銀溫度計，測量準確，價格低廉，但必須直接接觸人體3 min以上，而且由于刻度過細，不易讀數，同時還有易碎等缺點；電子數字顯示溫度計，以數字形式顯示體溫，對玻璃水銀溫度計不易讀數的缺點進行了改進，但仍然存在緊急情況下需要一直關注溫度計的缺點；貼紙溫度計，使用方便但精度不高；奶嘴溫度計，屬于專用溫度計，夜間使用不方便；耳溫槍，價格昂貴；一次性體溫計相對成本較高等。

在數字溫度計的基礎上采用數字語音技術，測量結果通過語音的方式播報，可以發揮聽覺的優勢，彌補完全用光信號傳遞信息的不足，實現溫度測量由“查詢方式” 向“中斷方式”的過渡，充分發揮中斷方式的優勢，如在光線較暗的地方或者眼睛正在關注其他細節的時候或者其他特殊情況（如夜間長時間監測溫度）。本文設計并研制了一種集可編程（設置參數）、語音播報、超限報警功能于一體，并能聯機顯示溫度變化曲線和可聯網使用的新型智能溫度計。可以廣泛地應用于醫療衛生行業甚至家庭，如夜間測體溫和體溫監測中，在監護重癥病人時，設置合適的報警溫度值，可以有效地減輕監護人員的工作強度，同時又可及時發現溫度異常。通過聯網運行，在傳染性較強、和體溫有關的疾病檢測中也可以發揮其優勢，可以有效地保護醫務人員。該溫度計可編程，本身可以裁減，給溫度計的使用帶來了極大的靈活性，在不同的需要測溫的行業中都可以推廣使用。

1 系統設計目標

（1）系統每分鐘采用語音報告一次所測溫度的實時值，無誤報、漏報。當所測溫度超過預警溫度值時，系統立即報警。

（2）系統預警溫度值可在-55．0～+125．0℃的范圍內任意設置（默認值設定為37．0℃）。

（3）記錄測溫結果，并可以和計算機聯網顯示溫度變化曲線。

（4）測量精度為±0．1℃（或0．2 F）。

（5）系統結構簡單，使用方便，價格合理。

2 硬件設計

系統采用一般自動測試系統的成熟方案，由主控單片機、測溫電路、語音播報和編程電路組成。

2．1 主控芯片的選擇

可供選擇的主控芯片比較多，如使用面最廣的MCS-5l系列、資源豐富的ARM7TDMI-S系列微控制器、低功耗的MSP430系列等?？紤]到語音播報和語音編程功能的高性價比實現方案，所以采用***凌陽公司推出的16位μ’nSPTM內核單片機SPCE061A，其較高的處理速度能夠非常容易、快速地處理復雜的數字信號，也是適用于數字語音識別應用領域產品的一種最經濟的選擇。

2．2 測溫方案

在不同的測溫范圍，成熟的測溫方案也比較多，如采用熱敏電阻、利用鉑電阻、基于集成溫度傳感器等的測溫系統。當前流行的數字型溫度傳感器有 AD7416；MAX6575L／H以及DSl8X20。前兩者多用于計算機或儀器設備內部的溫度檢測。鑒于后者接口簡單，且就測量精度、器件可靠性、穩定性及參數一致性而言表現良好，應用較廣泛。由于在-10～+85℃范圍其測溫誤差不超過±0．5℃，以及有12位的分辨率而使其在各適用領域十分受歡迎。本系統采用DSl8B20，該傳感器內部自帶信號調理和A／D轉換，與單片機之間的硬件接口非常簡單，只需要通過一根數據線與單片機相連，所以保證了系統的高可靠性。為了實現測量精度為±0．1℃，利用了DSl8B20中SCRATCHPAD中的“剩余脈沖數”和“每度脈沖數”，通過公式：高分辨率溫度值=TI-0．25+（Tp—TR）／TP可以獲得±0．1℃的測量精度。

2．3 語音播報

對于語音播報，常用做法是用單片機對ISDl420操作來實現，所用硬件和連線都較多，所以系統的可靠性和成本都不占優勢。本設計由于采用了 SPCE061A單片機，由于其強大的信號處理功能，所以可以直接由單片機輸出語音信號，不需要借助其他語音芯片，從而使系統的可靠性得到大幅提高。

2．4 語音控制（編程）

語音控制也有現成的芯片可供選擇，由于本系統采用的單片機具有較強的數字信號處理能力，而且其Mic輸入內部已經集成AGC電路，使得語音控制更為穩定，所以直接用SPCE061A實現語音控制。由于凌陽公司提供的語音識別API是基于特定人語音識別技術的，所以使用之前需要用戶對系統進行訓練，同時也只有對訓練過的人的語音識別率才較高，所以使用很不方便。本系統基于DHMM模型的識別算法，用BaumWelch法對模板進行訓練，Viterbi算法進行識別實現的非特定人語音識別，使得使用者可以直接控制而無需進行繁瑣的訓練，不同的用戶也不需要經常反復訓練，使系統的適應性大為增強。

2．5 鍵盤電路

考慮到使用者講話的習慣，對于部分用戶，使用語音控制不太方便，所以設置鍵盤電路，以解決其設置（編程）問題，所以要求鍵盤電路非常簡單，對整體成本影響不大。SPCE06IA有2個16位的通用I／O接口Port A和Port B，而且Port A具有喚醒功能，所以采用A口直控鍵盤的形式。

2．6 聯網功能

SPCE061A同樣提供了通用異步串行接口UART，所以可以直接利用其通用異步串行接口進行聯網，實現測溫人員與被測對象的隔離，即遠距離和多點測溫。

綜上所述，整體硬件電路組成如圖1所示，由SCPE061A單片機實現系統整體控制并實現語音或鍵盤編程與語音播報，系統可通過通用異步串行接口實現聯網功能，在不需要聯網的場合，溫度計也可以單獨使用，實現了系統的可裁剪，DSl8B20用來實現溫度檢測。

圖1系統組成

3 軟件設計

軟件設計的主要任務是將測量溫度通過語音播報出來，接收編程數據使系統工作于不同的狀態。

3．1 溫度檢測

通過DSl8B20測溫時，要求控制器嚴格按照其單總線協議進行通信，對于DSl8B20的通信控制程序已有很多討論，這里不再贅述。

3．2 語音播報

實驗凌陽公司提供的API可以直接播放壓縮格式的語音，所以將O～9十個數字和攝氏度、設置、報警溫度等語音的數字信號（文件）壓縮后直接寫入單片機，播報溫時傳遞溫度參數給放音程序就可以實現語音播報或者報警功能。

3．3 參數設置

參數設置可以通過語音控制和鍵盤輸入實現，對于普通話較好的用戶，可以直接使用語音控制實現系統參數的調整，而普通話不太好（ 識別率低）的用戶，則可以選擇使用鍵盤調整系統參數。系統采用非特定人語音識別技術，使得使用語言控制系統較為簡單、方便，同時鍵盤的設計也為不方便使用語音控制的人群提供了另一種選擇，可以適應不同類型的用戶。

可設置的參數主要有，播報方式：“連續、隔x秒、禁止”；報警溫度值；工作方式等。在需要實時關注溫度值的時候，可以設置為連續播報；溫度變化較慢的時候可以設置為隔x秒方式；夜晚設置報警模式后，可以設置為禁止播報模式。設置報警溫度值后可以，可以處理其他事情，在出現警情時，系統給出報警，提示用戶。選擇工作方式為“聯網工作”后，系統除了現場播報和報警外，還將相應信息通過異步串行口發送到遠端。設置過程全部采用語音菜單方式，可以大幅度較低成本，設置流程圖如圖2所示。

圖2 設置子程序流程圖

4 結語

本文設計的智能溫度計，電路簡單、所需元器件少、測量精度高、抗干擾能力強，可以實現實時測溫、超限報警和語音播報等功能。由于各種功能是通過單片機來實現的，可以根據具體要求添加不同的測溫模式，實現了設計目標，可廣泛地應用于溫度測量和性價比要求較高的領域，尤其是特殊應用場合。