单片机的人体皮肤温度的测量

毕业设计（论文）毕业设计（论文）毕业设计（论文）毕业设计（论文）1题题题题目目目目2700用于人体皮肤温度的测量专专专专业业业业精密仪器制造与维修班班班班级级级级姓姓姓姓名名名名指导老师指导老师指导老师指导老师XXX电子机械高等专科学校二七年六月XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）I摘摘摘摘要要要要皮肤温度是一个敏感的指标，与人的温热感觉、脉搏变化基本上是相平行的，因此是评价小气候对人体影响的常用生理指标。由于在同一环境中机体各部位的皮肤温度可能相差很大，如何准确、有效地测量其温度就极为重要。本文介绍了采用美国KEITHLEY仪器公司的2700数字多用表对人体皮肤温度进行准确有效地测量的方案。测温的关键是安装配置7700多路开关模块，多通道测量人体不同部位的皮肤温度；选择合适的传感器进行合理的连接，以达到所要求的精度；安装使用INTEGRAUPRUNNING软件，测量并记录所测数据。关键字皮肤温度27007700多路开关模块传感器INTEGRAUPRUNNING软件XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）IIABSTRACTSKINTEMPERATUREISASENSITIVEINDICATOR,THEWARMFEELINGTHEPULSEOFCHANGEISBASICALLYPARALLEL,ITISTOEVALUATECLIMATEONHUMANPHYSIOLOGICALEFFECTSOFCOMMONLYUSEDINDICATORSASINTHESAMEENVIRONMENTOFTHEBODYPARTSOFTHESKINTEMPERATURECANVARYENORMOUSLY,HOWACCURATE,EFFECTIVEMEASUREMENTOFTHETEMPERATUREBECOMESVERYIMPORTANTTHISPAPERDESCRIBESTHEEQUIPMENTUSEDBYTHEUSKEITHLEYS2700DIGITALMULTIMETERTOHUMANSKINTEMPERATUREACCURATEMEASUREMENTOFTHEEFFECTIVEPROGRAMTEMPERATUREISTHEKEYTHEINSTALLATIONOFMORETHAN7,700ROADCONFIGURATIONSWITCHMODULES,MULTICHANNELMEASUREMENTOFTHEHUMANBODYINDIFFERENTPARTSOFTHESKINTEMPERATURECHOOSEASUITABLESENSORREASONABLELINKTOREACHTHEREQUIREDPRECISIONINTEGRAINSTALLATIONUPRUNNINGSOFTWARE,MEASURINGANDRECORDINGTHEMEASUREDDATAKEYWORDSSKINTEMPERATURE27007700MULTISENSORSWITCHMODULEINTEGRAUPRUNNINGSOFTWAREXXX电子高等专科学校毕业设计（论文）III目录摘要IABSTRACTII目录III第1章绪论111人体皮肤温度112测量体温的方法2121传统测温2122红外测温法3第2章KEITHLEY2700的特性及扫描原理521特性522扫描6221扫描原理6222通道分配7223扫描过程7224触发方式7225扫描配置10第3章2700测皮温系统组成及原理1231系统组成1232测温原理13332700测皮温的优点14第4章传感器的选择1541传感器的概念1542热电偶的类型16第5章系统测温过程1751安装7700模块17511简述17512原理图17513连接和安装1952热电偶的连接2053在计算机上安装INTEGRAUPRUNNING软件2154具体操作21541上电开机过程22542设置量程22543设定位数22544设置速度和带宽23XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）IV545设置滤波器23546通道信号的测试26547INTEGRAUPRUNNING软件的设置27547扫描及读数30548数据存盘316测温过程应注意的几个问题3261预热3262自动校零3263LSYNC（与电源周期的同步）32结论34致谢35参考文献36XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）1第1章绪论11人体皮肤温度人体皮肤温度人体皮肤温度人体皮肤温度研究表明，人体不同部位的温度是不同的。代表人体真实温度的是心脏和脑部的血液温度，叫基础温度或核心温度（CORETEMPERATURE），记作TC。这个温度无法临床测量。最接近基础温度的是人体内的肺动脉、膀胱内、食道内和鼓膜处的温度，可近似认为与基础温度相等，这叫局域温度。除了鼓膜外，在日常测量中也是很难测量的。在日常体温测量中，是测量人体口腔（即舌下）、直肠（肛门内）或腋下的温度，分别记作TO、TR和TA。这些部位的温度容易测量，也相当稳定。但这些局部的温度都互不相同，而且与基础温度有较大的差别，不代表人体的真实温度。不同的人这些温度与基础温度的差别也是不同的。文献报道，口腔温度TO平均比肺动脉温度低04，腋下温度TA平均比肺动脉温度低07。传统上人们习惯把口腔温度TO作为体温的代表，或称为体温的参照温度，以TO370作为发烧与否的参照标准。图11人体不同部位温度当然也可以测量皮肤表面的温度（如额头温度）来作为体温参照温度，记作TS。但XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）2TS是不稳定、不确定的一个值，很难准确测量。不论我们测量哪一个部位的温度（TO、TA、TR或TS），他们与核心温度TC都有差别，这个温度差别是由人体生理因素形成的,叫做生理差别。人体的温度分为体表温度和深部温度。人体的皮肤温度属于体表温度，它散热较多较快，容易随着环境温度的变化而发生变化，很不稳定。通常将机体深部的平均温度称为体温（BODYTEMPERATURE）。正常情况下，人体通过体温调节系统，使体温保持相对稳定。体温的相对稳定是维持内环境稳态的重要因素之一。体表的最外层，即皮肤表面，其温度称为皮肤温，记作TS。皮肤内含有丰富的血管，凡能影响皮肤血管舒缩的因素都能改变皮肤的温度。在寒冷的环境中，随着气温的下降，四肢末梢（手和足）的皮肤温度显著降低，而头部皮肤温的变动相对比较少。在通常情况下，当气温降低时，人体皮下毛细血管使通过的血流量减少，皮肤温度下降，散热量减少。当气温升高时，皮下毛细血管扩张，皮肤温度升高，散热量增加。当气温为18、20C时，皮肤温度基本上没有变化，表明在此温度范围内，机体和外界环境维持着良好的热平衡。一些研究资料表明，当室温在1722C时，胸部皮肤温度很稳定（345347C）；当室温降至17C以下时，胸部皮肤温度逐渐下降；当室温升至22C以上时，胸部皮肤温度逐渐上升；手背的皮肤温度始终随着气温的变化而有相应的变化，这表明当室温在17C以上或22C以下时，只靠裸露部位皮肤的调节已不能很好的维持机体的热平衡，未裸露的皮肤温度也开始变化以保持机体的热平衡，亦即机体的体温调节开始逐渐紧张。皮肤温度在随室温的下降而下降的调节的过程中，当室温下降至913C时，皮肤温度出现一次回升现象，反映机体在寒冷刺激下热调节的紧张。在空气温度上升到32C以上时，人体出汗开始显著增加，当气温超过33C时，汗液蒸发几乎成为唯一的散热方式。机体大量出汗时，皮肤温度即不再上升，甚至略有下降。12测量测量测量测量体温的体温的体温的体温的方方方方法法法法121传统测温传统的体温测量是用医用玻璃液体温度计（俗称体温表）、医用电子接触式温度计（常用热敏电阻作为它的感温元件）等插入人体内部（舌下、直肠）或置于腋下，通过接触使温度计的温度等于被测处的温度。水银体温计是由一根有刻度的真空玻璃毛细菅构成。其末端有贮液槽，内盛水银。当水银槽受热后，水银膨胀而沿着毛细管上升，其高度和受热程度成正比。体温XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）3表的毛细管下端和水银槽之间有一凹缩处，可使水银柱遇冷不致下降。体温计和刻度为3542，每1之间分成10小格，每一小格表示01，在相当于05和1的地方用较粗且长的线标示。在37处则染以红色。电子体温计（充电式）采用电子感温探头来测量温度，测得的温度直接由数字显示，读数直观，测温准确，灵敏度高。使用时只需将探头放入外套内，外套使用后丢弃。探头须插入外套顶端，置探头于病人的测量部位，如舌下热窝处维持60秒，即可读数字。化学点状体温计内有若干化学单位，在45秒内能按特定的温度来改变体温表上点状的颜色。当颜色点从白色变成绿色或蓝色时，即为所测的体温。该体温表用后即丢弃，可避免交叉感染。接触式医用温度计的优点是它本身很准确，很稳定，仪表的误差不超过01。它们容易使用，便宜，可作医疗使用，也可作家用。其缺点是测量的速度慢（约2分钟以上），玻璃液体温度计还易碎。122红外测温法任何有一定温度的物体，都会以电磁波的形式向外界辐射出能量。所辐射能量的大小，直接与该物体的温度有关，具体地说是与该物体热力学温度的4次方成正比，用公式可表达为式中E辐射出射度，W/M3；斯蒂芬波尔兹曼常数，567108W/M2K4；物体的辐射率；T物体的温度，K；T0物体周围的环境温度，K。测量出所发射的E，就可得出温度。利用这个原理制成的温度测量仪表叫红外温度仪表。这种测量不需要与被测对象接触，因此属于非接触式测量。红外温度仪表可用于很宽温度范围的测温，从50直至高于3000。在不同的温度范围，对象发出的电磁波能量的波长分布不同，在常温（0100）范围，能量主要集中在中红外和远红外波长。用于不同温度范围和用于不同测量对象的仪表，其具体的设计也不同。红外温度计最简单的原理图如图12所示。XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）4图12红外温度计原理框图图中主光学系统有两个作用A）把被测处的红外线集中到检测元件上；B）把进入仪表的红外线发射面限制在固定范围内。检测元件把红外线能量转换为电信号。信号处理单元把检测元件输出的信号，用电子技术和计算机技术进行处理，变成人们需要的各种模拟量和数字量信息。显示单元把处理过的信号变成人们可阅读的数字或画面。瞄准系统用于瞄准（或指示）被测部位。红外测温法的优缺点优点与被测对象不接触，在测体温时不会造成不必要的感染；快速。通常测量时间小于1S，一般不会超过2S。缺点仪表本身准确度不如接触式的医用温度计，通常不会优于02；测量结果受许多因素影响，重要的是被测对象辐射率不确定性，不容易测出被测对象实际温度；测量距离变化和环境温度变化也会带来误差；XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）5第2章KEITHLEY2700的特性及扫描原理21特性特性特性特性2700为一台612高性能数字多用表数据采集系统，可以测直流、交流电压电流、2线4线电阻、热电偶、热敏电阻和4线RTD测温，也可测频率、周期和导通。2700后面板有2个插槽，可插入7700系列的各种模块模块上任何一个闭合或扫描的通道可由2700来进行测量，对于扫描方式，每一通道可分别定义测量功能，量程及分辨率等参数。77007702770377057706双刀开关20路40路32路20路四线开关10路20路16路10路单刀开关40路测量电压300V最大300V最大300V最大300V最大300V最大测量电流CH和223A最大CH41和423A最大测量电阻2/4线2/4线2/4线冷端补偿有有接头类型螺钉端子螺钉端子双DB50插座双DB50插座微型螺钉端子其他全部数字表功能全部数字表功能全部数字表功能,干簧继电器多路闭合16路数字输出,2路模拟输出,1路计数器/累加器表17700系列开关模块通过程控命令SYSTEMCARDX，可查询插入2700内的开关模块的下列信息XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）6序列号和硬件版本最大允许电压支持多路复用或是孤立开关模式测温是否支持冷端补偿哪些通道用作电压2线测量哪些用作电流测量哪些通道用作模拟量或者数字量输出确定累加器通道2700的特性还包括开机状态设置6种偏置补偿测量用于四线电阻测量,二步测量以消除热电势的影响。计算功能MXB和百分比计算相对测量偏置归零或建立基线值进行相对测量比例与平均对2个切换通道做比例和平均值测量缓冲器可存储550000个读数极限可设置双高限，双低限。开关量输入/输出口5路开关量（极限测试）输出可用于控制外部电路，PIN6也可用做外部触发输入。监控功能2700可监控某一选定的通道，比如该信号达到设定的极限值，就触发一次扫描测试。程控接口IEEE488接口和RS232接口均可。22扫描扫描扫描扫描221扫描原理2700能够扫描一到两块KEITHLEY开关卡的通道。每一个通道都能独立设置。可独立设置的操作项目包括功能、量程、速度、交流带宽、相对、滤波、显示位数、数学计算、偏置补偿、温度传感器、极限、通道平均、通道比例和电压分贝等。扫描通道的读数自动地存储在缓存器中。当使用自动清除功能（缺省设置），扫描开始时，缓存器清除。否则，扫描读数被添加到缓存器中。XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）7222通道分配开关卡有一个确定的通道数。例如7700型开关卡有22个通道（1到22）。一个扫描卡能安装在主机两个槽中的任何一个。因此，开关或扫描通道时必须指定开关卡的槽位置和通道号。2700采用三位数表示一个通道，第一位（1或2）表示开关卡所在的槽数，后两位指示开关卡的通道号。例如通道101槽1，第1个通道。通道112槽1，第12个通道。通道220槽2，第20个通道。223扫描过程基本扫描对两线测量功能，扫描完成后打开通道。四线制测量对四线测量功能（四线电阻和四线RTD测温），扫描时占用双通道。扫描完成后打开双通道。通道对计算比例和通道平均是由双通道测量完成的，然后计算并显示结果。因此，通道对计算也需要用成对通道。224触发方式下面的框图阐述步进和扫描两种基本的扫描操作。见图21和图22。XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）8图21步进（STEP）功能的触发方式步进操作概述进行“STEP”操作时，2700离开空闲状态，关闭第一个通道，等待事件触发。检测到触发后，仪器可能在执行测量之前受一个以上的延时影响。在读数读取并存储在缓冲器之后，2700输出一个触发脉冲，打开关闭的通道，然后关闭扫描表中的下一个通道，仪器将等待下一个触发事件并进行测量。直到扫描完最后一个通道，关闭扫描表中第一个通道，仪器返回到空闲状态。扫描操作概述当进行“SACN”操作时，2700脱离空闲状态，关闭第一个通道，等待事件触发。检测到触发后，仪器可能在执行测量之前受一个以上的延时影响。读数被读取并存储在缓冲器之后，2700打开关闭的通道，并且关闭扫描表中下一个通道，上述操作循环进行直至扫描表中的所有通道测量完毕。当扫描表中最后一个通道测量完后，2700输出一个触发脉冲。如果程序要求再次对扫描表中的各通道进行扫描，2700将在控制源（CONTROLSOURCE处等待下一个触发事件。再次测量所有扫描表中通道后，2700输出下一个触发脉冲。完成所有程序中要求的扫描后，仪器关闭扫描表中第一个通道，返回到空闲状态。XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）9图22扫描（SCAN）功能的触发方式触发方式中的各项组成的含义如下空闲（IDEL）扫描被使用时，操作进入空闲状态，并立即落到触发源控制中。当测量完扫描表中最后通道后，操作返回到空闲状态；当停止测量时，系统会关闭扫描表中第一个通道。控制源（CONTROLSOURCE对于前面板，有三种控制源操作扫描立即、定时、和外部触发。系统在选择控制源处挂起，直至检测到合适的触发事件为止。步进（STEP）操作当检测到触发事件时，测量一个通道。扫描指针循环到控制源，并且等待下一个触发事件发生。扫描（SCAN）操作当检测到触发事件时，扫描表中所有通道被扫描。扫描指针循环到控制源，并且等待下一个触发事件。XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）10立即控制源用于立即触发，事件检测EVENTDETECTION）允许立即扫描通道。定时控制源扫描过程一开始，计时就开始，并且事件检测（EVENTDETECTION）条件被满足立即通过触发进入下一步。每次到达用户设置的定时间隔时均触发一次。如果定时间隔已到，且扫描指针已返回控制源，事件检测（EVENTDETECTION）即被满足，操作立即继续进行。延时（DELAY）如触发方式的图中所示，在测量一个通道之前可能加一个或多个延时。自动延时或手动延时用户能选择自动延时或手动延时。用自动延时时，仪器自动选择一个延时时间，满足功能和自动量程变化及多步测量所需的稳定时间。用户不能调整自动延时时间。对于选定的功能和量程它是一个固定的延时。用手动延时，用户能够设定延时周期从从0秒99小时99分9999秒。但如果设定一个延时短于相应自动延时周期，那么测量不确定度就会增加（会产生噪声或未测完的读数）。比例/通道平均延时对于使用比例或通道平均，需要一个继电器切换不太快的典型延时。确省的延时周期是05秒，但它能通过远控编程设定为0999999999秒。设备动作（DEVICEACTION）在此部分中，完成通道测量过程。如果使用重复滤波，滤波过程也将完成。225扫描配置仪器总是被配置为一个可用的扫描。开机时，每个通道按照开机确省设置来配置。仪器有两个扫描配置简单和高级。当配置简单扫描时，仪器用先有的设置扫描每个通道。用高级扫描时，每个通道能够有自己独立的设置。通道设置要考虑以下几点相对对高级扫描使用相对，相对值必须在正常测量状态下来采样。滤波扫描时不能使用移动式滤波，只能使用重复式滤波。如果一个（或几个）通道配置了移动式滤波，扫描时滤波将被关闭。挂起用扫描时不可使用读数挂起。不要在设置扫描通道中使用挂起，开始扫描也必须关闭挂起。对于高级扫描，每个使用的通道都有自己的独立设置。不使用的通道从扫描表中排除。当进入通道设置菜单时，显示的信息为被选择通道的当前设置。在“SETP”的小数点位置表示当前的量程。SETUPV101表示101通道为1V量程。XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）11SETUP102表示102通道为10K量程。SETUPMA121表示121通道为100MA量程。SETUPC103表示103通道为测温功能。SETUPHZ104表示104通道为测频功能。SETUPS105表示105通道为测周期功能。SETUPPR111对于7700型开关模块，表示通道111是和101配对的，这是不能改变的。XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）12电源KEITHLEY2700计算机7700开关模块传感器人体皮肤RS232图31测温系统组成图第3章2700测皮温系统组成及原理31系统组成系统组成系统组成系统组成该系统采用美国KEITHLEY仪器公司的2700型数字多用表/数据采集系统（简称2700）安装一个7700多路开关模块，实现对人体不同部位皮肤温度的测量。其系统由电源、2700、7700开关模块和传感器组成，如图31。其方案思路为XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）13人体不同部位的皮肤温度不同，同一部位的皮肤温度在不同环境下不相同，因此会给研发实验的测量带来不少麻烦。作为数据采集系统，2700具有远远高于1216BIT的分辨率，达到在研发实验级别用到的22BIT因而具有比一般采集系统更高的准确度、灵敏度与重复性。其多路切换速度很快，并具有多种控制功能，配上7700数据采集软件，作为高精度、稳定和高分辨率的数据记录仪。在此方案中，为确保高的准确度，传感器的选择极为重要。在可供选择的传感器里，热敏电阻是最灵敏的，热电偶是最方便的，4线RTD是最稳定的。为了方便，在系统中选择热电偶作为传感器。将热电偶用虚拟参考结点方式连接到7700多路开关模块卡的通道上，另一端点分别粘在人体皮肤的脚、腿、手、臂、胸和额头上，2700用RS232线连接电脑，即完成系统的连接。设置好仪器前面板的各项参数。在计算机上安装INTEGRAUPRUNNING软件，并进行设置，最后将扫描结果存盘。32测温原理测温原理测温原理测温原理体表温度是由局部的血流量、下层组织的导热情况和表皮的散热情况等多种因素决定的，因此测量皮肤温度要考虑多方面的影响。由于受到衣着、局部毛细血管的分布、离心脏的远近、局部汗腺分泌活动等因素的影响，身体各不同部位的皮肤温度的数值是不一样的，而且随着小气候变化而变化的数值也不同。由于TS是不稳定、不确定的一个值，因此需要测定某些有代表性的点的皮肤温度来计算全身平均皮肤温度。一般可测定37点的皮肤温度，按加权法计算平均皮肤温度。3点法T平均皮温050T胸026T小腿014T前臂4点法T平均皮温034T胸033T股018T大腿015T前臂7点法T平均皮温007T035T胸019T股013T小腿007T脚014T前臂005T手2700可用作热电偶、热敏电阻和4线RTD完成温度测量。在选择温度传感器时，应注意热电偶是最方便的，热敏电阻是最灵敏的，4线RTD是最稳定的。通过RS232接口与PC机连接，所有采集的数据能够直接保存为DAT文件，便于以后的数据分析。当两种不同金属的导线连在一起时，会产生电动势，该电动势为温度的函数，当温度变化时，电动势也将随之变化。因此热电偶的每个电压都和一温度（差）相对应，这就是热电偶测温的基本原理。XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）14332700测皮温的优点测皮温的优点测皮温的优点测皮温的优点由于在同一环境中身体各不同部位的皮肤温度可能不同，在测量皮肤温度时要求各测点能够同时测量，这对数据采集器的要求较高。2700各通道扫描的时间间隔最小设置为0001秒，能够同时满足皮肤温度的测量要求。2700测温度的优点是精度高，响应时间快，操作、使用便捷，能够准确、快速的测量人体皮肤温度。XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）15第4章传感器的选择41传感器的概念传感器的概念传感器的概念传感器的概念传感器（SENSOR）是一种常见的却又很重要的器件，它是感受规定的被测量的各种量并按一定规律将其转换为有用信号的器件或装置。对于传感器来说，按照输入的状态，输入可以分成静态量和动态量。我们可以根据在各个值的稳定状态下，输出量和输入量的关系得到传感器的静态特性。传感器的静态特性的主要指标有线性度、迟滞、重复性、灵敏度和准确度等。传感器的动态特性则指的是对于输入量随着时间变化的响应特性。动态特性通常采用传递函数等自动控制的模型来描述。通常，传感器接收到的信号都有微弱的低频信号，外界的干扰有的时候的幅度能够超过被测量的信号，因此消除串入的噪声就成为了一项关键的传感器技术。物理传感器是检测物理量的传感器。它是利用某些物理效应，把被测量的物理量转化成为便于处理的能量形式的信号的装置。其输出的信号和输入的信号有确定的关系。主要的物理传感器有光电式传感器、压电传感器、压阻式传感器、电磁式传感器、热电式传感器、光导纤维传感器等。作为例子，让我们看看比较常用的光电式传感器。这种传感器把光信号转换成为电信号，它直接检测来自物体的辐射信息，也可以转换其他物理量成为光信号。其主要的原理是光电效应当光照射到物质上的时候，物质上的电效应发生改变，这里的电效应包括电子发射、电导率和电位电流等。显然，能够容易产生这样效应的器件成为光电式传感器的主要部件，比如说光敏电阻。这样，我们知道了光电传感器的主要工作流程就是接受相应的光的照射，通过类似光敏电阻这样的器件把光能转化成为电能，然后通过放大和去噪声的处理，就得到了所需要的输出的电信号。这里的输出电信号和原始的光信号有一定的关系，通常是接近线性的关系，这样计算原始的光信号就不是很复杂了。其它的物理传感器的原理都可以类比于光电式传感器。物理传感器的应用范围是非常广泛的，我们仅仅就生物医学的角度来看看物理传感器的应用情况，之后不难推测物理传感器在其他的方面也有重要的应用。热电偶式传感器被较多的应用到温度的测量中，通常有杆状热电偶传感器和薄膜热电偶传感器。由于热电偶的尺寸非常小，精度比较高的可做到微米的级别，所以能够比较精确地测量出某一点处的温度，加上后期的分析统计，能够得出比较全面的分析结果。这是传统的水银温度计所不能比拟的，也展示了应用新的技术给科学发展带来的广阔前景。XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）1642热电偶的类型热电偶的类型热电偶的类型热电偶的类型热电偶按材料分为标准化热电偶和非标准化热电偶。标准化热电偶指已经国家定型批量生产的热电偶，非标准化热电偶指特殊用途试生产的热电偶。热电偶按结构分为普通热电偶、铠装热电偶和片状薄膜热电偶，片状薄膜热电偶结构图如下图41片状薄膜热电偶的结构在热电偶测量中，温度测量范围取决于所使用热电偶的类型，所支持的热电偶类型包括J，K，N，T，E，R，S和B。TYPERANGERESOLUTIONJ200CTO760C0001CK200CTO1372C0001CN200CTO1300C0001CT200CTO400C0001CE200CTO1000C0001CR0CTO1768C01CS0CTO1786C01CB350CTO1820C01C在测量皮肤温度时，为保证测量的准确度，因此应选用精度较高的片状薄膜热电偶传感器。XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）17第5章系统测温过程51安装安装安装安装77007700模块模块模块模块511简述7700模块的最大输入信号通道120300VDC或RMS，1A切换，最大60W，125VA通道21，2260VDC或30VRMS，3A切换，最大60W，125VA7700开关模块有20路双刀输入通道可用于电压、电阻、频率、周期和温度的测量，同时提供2路电流通道。共有6个温度传感器用于检测接线端子板的冷端结点温度。在温度测量时，由于已包含内部参考结点，故允许热电偶直接接到接线的端子上。在2700处于DCV，ACV，2，CONT，4，FREQ，PERIOD或TEMP功能时，通道1到20均可使用。当处于电流功能时（DCI或ACI），仅有通道21和22可使用。7700可用通道对来完成4线测试，基本通道1到10与通道11到20进行配对。例如，当选择4线功能时，通道1与通道11配对；当关闭通道1时，通道11也同时关闭。2线方式包括DCV，ACV，DCI，ACI，2，CONT，FREQ，PERIOD和TEMP（热电偶和热敏电阻）。在4线方式下包括4，TEMP（4线RTD），RATIO和CHAVG。当选择4线方式时，基本通道1到10将自动与通道11到20配对，如下通道01和通道11配对；通道02和通道12配对；通道03和通道13配对；通道04和通道14配对；通道05和通道15配对；通道06和通道16配对；通道07和通道17配对；通道08和通道18配对；通道09和通道19配对；通道10和通道20配对由于本系统选择2线方式测量，4线方式不再介绍。512原理图7700原理图见图51，通道1到20可用于除电流外的所有测量。通道21和22仅用于电流测量。由图可见，有两个背板继电器（通道24和25）连接到2700背板的输入通道上。在2线方式下（电流除外），通道25将闭合，当在4线方式下，通道24和25均闭合。XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）18图517700简化结构图在通道1到10与通道11到20之间有以刀/4刀继电器（通道23）。在2线方式时，通道23打开（在2刀位置上），使20通道中任一通道都可连接到输入背板上。当选择4线方式时，通道23闭合（在4刀位置上）使通道1到10与通道11到20隔离。当主通道（1到10）关闭。在正常操作下，用户不能控制通道23，24和25，这些通道的开/合状态由所选择的XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）19功能来决定。513连接和安装通道1到23均使用带锁存的继电器而达到更好的支流测试性能（无热电势EMF）。当仪器的电源被关掉时，所有已闭合的继电器仍处于闭合状态，因此当闭合的通道上有具危险性的电压时，该电压同样会出现在7700开关模块的INPUT，SENSE或AMPS/LO端。当2700完成了开机的初始化，所闭合的通道在几秒后都将打开。（1）在模块上进行连线或拆线，（2）在2700上插拔开关模块。连接背板的继电器（通道24和25）为不带锁存的继电器，当2700关闭时，它们均都打开。第一步打开顶盖为了能连到7700开关模块的接线端子板上，首先要打开顶盖。如图52所示，有一弹簧螺钉，用一字型的螺丝刀向左转动直到打开模块的顶盖。在盖顶盖时，应确保顶盖的所有边都嵌入模块盒中。盖好顶盖后，再拧好螺钉。图527700顶盖第二步模块安装1关掉2700电源并拔下电源线和所有连在后面板的线缆。2将2700的后面板对着自己。XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）203将开关模块顶盖朝上，并将其插入空的插槽中。当约剩1/4英寸时，用力一压，使模块的插头与主机箱的连接器相连。4在模块的两端各有一固定螺钉，上紧螺钉而确保模块与主机箱的连接器相连。5连好电源线和其他连在后面板上的缆线。6打开2700电源，“7700”及对应的插槽的信息将会显示出来。52热电偶的连接热电偶的连接热电偶的连接热电偶的连接当热电偶直接连到2700输入端时，至少有一个由两种不同金属所形成的连接点，故其所产生的电压便会加到热电偶形成的电压内，从而会形成温度测量的误差。为了消除热电势的影响，热电偶线路中的参考结点的温度应已知。参考结点是热电偶线路中的冷端，为一稳定的已知温度，而且必须要在不同材料导线相连的地方。只有当冷端的温度已知，2700才可以根据冷端的温度计算出热电偶的对应的温度值。标准的参考温度是冰点（0C）。冰点不仅可以被准确地控制，而且国家标准局也用它作为电压温度转换表的基本参考。虚拟参考结点用冰槽，铜线与热电偶的连接点被浸入冰槽，给2700输入0C作为虚拟参考温度。2700虚拟的参考温度可发给计算机，设定在0到65C的范围内。使用7700开关模块，按图53使用虚拟参考结点。图53虚拟参考结点XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）2153在计算机上安装在计算机上安装在计算机上安装在计算机上安装INTEGRAUPINTEGRAUPRUNNING软件软件软件软件这是一个由TESTPOINT软件开发平台生成的实用软件，装上就可以使用（如图54）。安装方式只需按习惯的WINDOWS风格，点击几下鼠标，就可检验有关硬件、连线、通讯和软件驱动是否运行正常。此软件可执行数据显示、分析与存储任务，可显示多达8个通道的波形，实时记录多通道数据到硬盘，因此非常适合用来测人体不同部位的皮肤温度。图54INTEGRAUPRUNNING软件54具体操作具体操作具体操作具体操作以上为测温前的准备工作，接下来介绍测温过程的具体操作步骤。将2700接入计算机，开机进行仪器设置。XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）22541上电开机过程连接电源1检查后面板上电压输入的选择是否符合目前工作环境的电压。对于测皮肤温度，220V的电压足够。2插入电源线之前，将前面板的电源开关拨在关的位置。3将电源线连接至仪器后面板的交流电源输入端和三孔交流电源的输出端。4按下仪器前面板的电源开关，打开仪器准备操作。开机程序当打开电源，2700会依内部EPROM和RAM的设定作自我检测，并且会将屏幕上所有的显示信号点亮近1秒种。如果监测出任何故障，屏幕上显示“ERR”及错误代码。2700通过自检，屏幕上将会显示REVA01A02其中A01是主机板上ROM的版本代号。A02是显示板上ROM的版本代号。随后，已安装的7700开关模块会显示出来，如下17700542设置量程测量量程的选择会影响测量准确度和可测量的最大电平，对于温度测量，没有量程选择，是在单一固定的量程内进行的，决定于所使用的探头的类型，最大温度读数范围从200C到1820C。人体皮肤在这一范围内，因此在仪器上按RANGE键，选择最接近人体皮肤温度的量程，也可选用自动量程“AUTO”。但自动量程相对手动量程较慢，所以为了优化速度，确保最好的准确度和分辨率，不使用自动量程。在每种测量功能里，量程设置是可记忆的，在选择好量程后，多次测量时将不再需要重新设置。543设定位数DIGITS键用于设置显示分辨率，在仪器前面板上按DIGITS键，进入位数选择菜单，屏幕上显示31/2到61/2的分辨率。温度测量要求数据精度不太高，选择31/2位XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）23就够了。具体操作是按左右选择键选择31/2位，然后按ENTER键进行确定。544设置速度和带宽2700前面板的RATE键设定A/D转换的积分时间（测量速度），输入信号被测量的周期时间（也被称为孔径时间），积分时间影响读数噪声的大小，同样影响仪器的最快读数速度。积分时间是用电源周期的倍数（NPLC）来表述的，1PLC对于60HZ是1667毫秒，1PLC对于50HZ和400HZ是20毫秒（1/50）。一般情况下，最快的积分时间（01PLC从前面板，001PLC从总线）造成读数噪声的增加和可用位数的减少，而最慢的积分时间（5PLC从前面板，60或50PLC从总线）提供最好的共模和串模噪声抑制。中间的设置是在速度和噪声之间的折中。设置具体操作如下按下前面板的RATE键，仪器屏幕显示“FAST”、“MED”、“SLOW”三个选项，在测温时，FAST设定积分时间为01PLC，MED设定积分时间为1PLC，SLOW设定积分时间为5PLC。在此系统方案的测量中，要使温度最快的测量出来，以达到更高的精度。所以应考虑测量速度，按左右选择键选择FAST，并将其设置为01PLC，最后按ENTER键进行确认。带宽规定了对AC测量中最低的可测频率，而速度设定决定了带宽设定。SLOW3HZ到300KHZMEDIUM30HZ到300KHZFAST300HZ到300KHZ故选定300HZ到300KHZ的带宽范围。545设置滤波器数字滤波器用于使有噪声的测量更稳定。为了确保测量的精确度，前面设置速度和带宽为FAST，增加了仪器工作的噪声，这里对滤波器进行设置，以便使测量更稳定。滤波器显示的、存贮的或传送的读数是由一定数目的读数（从1到100）平均而得到的，且这些读数在一窗口内。一般情况下，数字滤波器把一指定数目（滤波个数）的A/D转换放置在存贮器堆栈里。这些转换必须连续产生，并在一个选定的读数窗（滤波窗口）内。这些在堆栈中的读数被平均后产生一个滤波后的读数。堆栈可以以两种方式（滤波器类型）被充满、移动或重复。移动滤波器每次做平均之前从堆栈中去掉并加入一个A/D转换值，而重复滤XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）24波器只有在被全新的A/D转换值充满后才对堆栈做平均。下面介绍一下数字滤波器的特性。滤波数目滤波数目规定了多少个连续的A/D转换（在滤波窗口内）被放置在堆栈。当堆栈满时，A/D转换被平均后计算出一个最终滤波后的读数。滤波数目可被设定从1到100。当滤波数目为1时，不做平均。但是，只有在滤波窗口内的读数才会被显示、存贮或传送。滤波窗口数字滤波器使用一窗口控制滤波阀值。只要输入信号保持在选定的窗口内，A/D转换值就被连续放在堆栈内。如果信号超过窗口的值，滤波器复位，滤波器会一一个从A/D转换器来的初始值开始一个新的过程。五个从前面板可选的窗口为量程的001，01，1，10和NONE（无窗口）。对于程控方式，窗口可被设为001到10的任何值或NONE。对电压、电流和电阻，滤波器窗口以量程的百分比来表达。例如，在10V量程，一个10窗口意味着滤波窗口是1V。对于温度，滤波器窗口表达为一个最大温度读数的百分比。最大温度由所使用的哪一类热电偶决定。例如，对J型热电偶，最大读数为760C，一个10的窗口意味着滤波窗口为76C。XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）25图55移动式和重复式滤波器滤波器类型有两种数字滤波器，移动和重复方式。移动式滤波器使用一个先进先出堆栈。当堆栈变满，测量的转换值被平均，产生一个读数。对于每一个转换值放入堆栈，最老的一个转换被丢弃，然后堆栈重新平均一次，产生一个新读数。这个过程如图55A所描绘。对于重复滤波器，堆栈被填满后做平均产生一个读数。然后堆栈被清空并且过程重新开始见图55B。重复式滤波器用于扫描，保证从其它通道来的读数不会被现在的通道用来平均。XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）26当扫描时移动式滤波器不能使用。滤波器举例滤波器类型移动式滤波窗口001的量程滤波个数10滤波状态开10个读数填充进堆栈产生一个滤波读数。现在假设下一个读数（即第11个）超出窗口。读数会继续显示。但是，堆栈里的读数不变。每个后来的有效读数会代替一个堆栈中已有的读数。FILT指示灯一直闪烁直到10个新读数充满堆栈。滤波器的控制和配置操作如下FILTER键确定滤波器的状态。当滤波器使用时，FIL指示灯亮。当滤波器没有建立时，FILT灯会闪烁。当不用时，FILT指示灯灭。滤波器在其使用和不使用时均可配置。选择温度测量功能TEMP。按SHIFT键然后按TYPE键。使用RANGE键显示需要的窗口设置，选定001，按回车。使用选择键显示滤波器的读数个数，选择7，然后按ENTER键。使用选择键显示需要的滤波器类型，选定移动式，最后按ENTER键。滤波器打开并且仪器转向正常测量状态。当滤波器使用时，配置的改变在做完后立刻有效。当滤波器不用时，则当滤波器使用时才会使改变有效。当滤波器操作正在进行时，读数会持续地被处理（如显示、存贮、通过总线发送），但是他们可能有疑问。改变功能或量程会造成滤波器复位。滤波器会按照那个功能或量程的状态（使能或取消）和配置进行操作。546通道信号的测试由于安装了7700多路开关模块，需要对各通道进行设置。选择通道设置。此时，以前闭合的通道（如果有）则会打开，设定的通道（或通道对）再闭合。先闭合所有的通道，然后再打开所需要的通道。其步骤为按CLOSE键，屏幕显示“CLOSECHXXX”按选择键选定所有打开的通道。按ENTER键确认，闭合的通道CHAN指示灯亮。按OPEN键，在前面板显示的屏幕上按选择键键入通道序号1到7，并用ENTER键确认。接入所测信号分别对应人不同部位的皮肤温度，其各测量参数以及对应通道如下表51XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）27序号所测参数对应通道1脚的温度1012腿的温度1023手的温度1034臂的温度1045胸的温度1056额的温度1067空气的温度107表51各测量参数及对应通道547INTEGRAUPRUNNING软件的设置INTEGRAUPRUNNING是一个非常人性化的操作软件，能够满足测量使用者对不同数据的需求，应用到测温方案中，能够同时显示不同的数据，同时提供所测参数的曲线图。在测温时的设置操作如下打开INTEGRAUPRUNNING软件，在所显示的界面上进行设置。在DEVICEID栏选定KESCPICOM1，此设置确定仪器的连接和使用方式，显示如图56。图中显示DEMOMODEON，表示是一个演示模式的界面，右边的框图为所测参数的曲线图。XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）28图562将DEMODATA栏中的“”点掉，退出演示模式。在FUNCTION栏中选择TEMP,此时进入温度测量设置菜单。如图57。图57XXX电子高等专科学校毕业设计（论文）29在弹出的界面中进行设置，在TRANSDUCER栏选定THERMOCOUPLE,然后在UNITS栏选择所测参数的单位DEGC，在TYPE栏选择J型传感器。最后将REFJUNCTION栏设置成SIMULATED。设置完成，点击CLOSE。3扫描设置。选定MODE栏中的SCANNING，在弹出的