基于8051單片機的嬰兒培養箱恒溫模擬系統

文/郭浩然，菏澤市產品檢驗檢測研究院

隨著計算機總線技術與自動控制技術的不斷發展，生產設備基本上都通過軟件控制來打到遠程操作的目的，并且大規模企業的數量不斷上漲，計量器具的批量進行檢測的要求與日俱增。為了確保儀器儀表的優秀計量技能校準市場對計量部門的量值溯源提出了進行現場檢測、在線檢測等不同的新要求，面對新要求傳統儀器已經跟不上時代的發展了，而使用虛擬儀器完成計量檢測，則能夠有效地處理好這些問題。

本系統是典型的傳統儀器，雖然在上述方面的優勢較虛擬儀器相對較弱，但是，傳統儀器卻在實際操作方面比虛擬儀器有著巨大優勢，在嬰兒培養箱方面，計量檢定人員面臨的主要為題是實際操作較少、業務熟練程度不高，虛擬儀器雖然精度較高、操作較為方便，但是卻模擬不了被檢儀器的實際情況，對計量檢定人員熟練操作、提升業務能力方面的幫助不大，這也是筆者選擇將嬰兒培養箱模擬系統設計成傳統儀器而非電腦軟件類的虛擬儀器的主要原因。

本系統模擬嬰兒培養箱的恒溫控制，嬰兒培養箱一旦設定溫度，不論遇到何種干擾，都會自動調節溫度至設定溫度，本系統以電壓信號模擬嬰兒培養箱的溫度信號，及不論受到何種干擾，本系統都會自動調節電壓信號至設定值，保持恒壓。

我們主要了解一下嬰兒培養箱溫度偏差的校準方法，根據JJF 1260-2010《嬰兒培養箱校準規范》，對嬰兒培養箱溫度偏差的校準步驟有：

1、嬰兒培養箱床位溫度測試點，溫度測試點共有5 點，均勻分布于嬰兒培養箱中心以及四周。

將5支溫度傳感器分別置于床墊中心和床墊長寬中心線劃分為四塊面積的中心點，傳感器放置在高出床墊表面上方10cm 的平面上。然后，將嬰兒培養箱的溫度控制器設定到所要求的控制溫度，使嬰兒培養箱正常工作。達到穩定溫度狀態后開始讀數，每2min記錄有所測量點的溫度及顯示溫度，在30min 內供測試15 次。

2、控制溫度分別為32℃和36℃。在一定溫度狀態下，計算顯示溫度平均值與平均培養箱溫度之差。

式中：dtΔ ----溫度偏差，℃；

實際測量中，由于培養箱顯示溫度 dt 的波動非常小且接近設定值，估一般用培養箱的設定溫度代替顯示溫度平均值。

實際工作用，我們的常用的嬰兒培養箱校準設備為Incutest 便攜式帶數據記錄功能的檢測系統，可依據相關IEC 標準對嬰兒培養箱，保育運送箱和輻射保溫臺等設備進行溫度、氣體流速、噪聲水平和濕度等參數的檢測、記錄和分析。Incutest 采用交直流供電設計，使用4.8V 鎳氫電池（4 節AA 電池）或5VDC 穩壓電源供電。其5 個溫度傳感器、1 個流速傳感器、1 個噪聲傳感器和1 個濕度傳感器均可拆卸，這為我們利用電壓信號模擬培養箱溫度信號提供了方便。

根據JJF1260-2010《嬰兒培養箱校準規范》中對嬰兒培養箱校準步驟的規定及Incutest 系統特點，筆者設計出一種以恒壓電信號代替培養箱溫度信號的模擬系統，本設計以8051單片機為控制器，輔以其他的外圍電路，實現高精度的恒定電壓輸出。

根據上述要求，需要電壓:負載壓降10V，電流檢測分壓器最大壓降0.4V，達林頓基極-發射極壓降1.4V。考慮到飽和及非線性，本設計選擇20V 電源電壓。

本系統中自主設計了±18V 的直流源。模塊采用了兩個同種型號的7818，將其中一個的輸出與另一個的地相連作為系統的接地線，這樣就得到了+18V 和-18V 電壓。雖然相對多使用了一個變壓器，但是消除了零點漂移現象，產生兩個精度較高的對稱電壓值輸出。

本系統使用DA 輸出控制達林頓管，由于充電電源負載壓降 10V，電流檢測分壓電阻0.4V，達林頓基極-發射極壓降1.4V，合計11.8V，最大約為15V，加在基極的驅動電壓要求大于此電壓，因此在DA 輸出與達林頓管基極之間要加調理電路，其電源電壓選擇18V。為了更精確的控制，本設計采用了分段控制方法。調理電路由三級放大器組成，第一級為加法器形式，輸入為DA 的輸出與CD4051 八選一選通的通路信號之和，即可實現八段控制，使控制更精確。由于第一級放大倍數為負值，因此第二級組成了反向放大電路，第三級為電壓跟隨器。輸出電壓為：

達林頓管接負載后，串聯康銅絲自制的分壓器，分壓器的阻值為2Ω，電阻溫度系數比較小，減小電阻體溫度變化對測量精度的影響。

隨著社會的發展，我們所處的社會將會對生活質量、醫療衛生條件有越來越高的要求，醫療設備的準確安全運行是醫學發展和減少醫療事故的有力保證，對醫療設備的計量檢定是保證醫療設備安全運行和量值傳遞準確的重要途徑，加強計量檢定人員的業務水平及技巧是保證計量事業健康穩定發展的重中之重，本文介紹了一種可代替實物嬰兒培養箱的模擬系統，極大的方便了首次接觸嬰兒培養箱校準裝置系統或者對嬰兒培養箱的校準流程不熟悉的計量檢定人員，不需多次去醫院進行練習，在所在單位實驗室就可直接進行操作練習熟悉校準流程，占用空間小，十分方便，用模擬機進行計量檢定練習是十分方面而且有效的，由此來看，模擬機在計量檢定方面的發展前景是廣闊的。