设计方案
本次设计的内容是采用MICROCHIP公司的PIC18LF4620和超低功耗的CC2420为核心设计出一个传感器节点平台。传感器的输出信号经信号检测电路检测并经低噪声放大后送微处理器处理，信号经微处理器处理后送至CC2420传输，信号传输采用无线传输方式（无线收发芯片可以选择CC2420、CC2430等），节点接受到数据。
微处理器采用低功耗的PIC系列单片机（PIC系列单片机集成了大量的片内外设）以降低整个系统的功耗。系统的整体结构图如图2-1所示。
 
图2-1 系统总体结构图

2.2 设计流程
在这次的设计里面，将整个系统研究方向分成三大部分。第一部分为温度传感器的选择和设计。第二部分是ZigBee芯片CC2420来作为无线传输元件，负责系统里面人体体温信息的传送，它也是人体体温信息与计算机观察界面之间唯一的沟通桥梁。第三部分则是利用VB计算机语言来开发一个可以供护理人员监控的计算机界面，用来显示ZigBee所传送回来的体温信息，提供给护理人员做即时监控。系统总体的流程图如图2-2。

 
图2-2 系统流程图
第3章 人体体温传感器的选择和设计
在这一章里面，主要是把人体感测的区域，感测元件的选择以及感测元件的使用做详细的描述。首先要说明所选择来当作人体传感器所要感测区域的原因和位置。接下来是选择本次设计所要使用的温度传感器。

3.1 感测区域的选择
要感测人体的温度时，最重要的就是必须先选择好感测区域，因为感测区域对温度所表现出来的敏感度，会影响到感测的结果。可以发现人体体温分布在腋下和颈部的温度是最接近人体的正常体温。因此，温度传感器必须要感测的部位的最佳选择就是腋下或者是颈部的地方，这样才会测量到比较准确的人体的体温值。就这两个地方来比较的话，因为人的手部活动比较频繁，所以如果把传感器固定在腋下的话，不但不容易固定好，而且也会使带上传感器的人觉得很不舒服。而人体的颈部不会常常活动，在加上有些人会有带项链的习惯，所以就选择在颈部的地方做一个温度传感器，用此便可以测量到比较准确的体温数据。

3.2 温度传感器的选择
选择好感测区域后，接下来就是温度传感器的选择了。从我所知道的温度传感器的类型来看，可以发现温度IC的温度范围（-50℃到+150℃）是最接近人体体温的，接下来是热敏电阻（-100℃到+300℃）比较接近，其它的温度传感器的测温范围都相差的比较远。由以上两种传感器的线形来比较的话，温度IC是所有温度传感器中线形最好的元件，而热敏电阻是属于线性较差的温度感测元件。因为温度IC测量温度的范围与其线形关系最好，所以选择温度IC来作为感测人体体温的元件。
在市面上找到了几款温度IC，有AD590、LM35、TC77、DS18B20等，其实它们的温度感测条件都不完全适合应用于人体体温测量，可是因为在市面上找不到温度感测条件完全适合应用与人体体温测量的低成本温度传感器，所以本次设计就以这四种温度传感器芯片来做比较，最终选择数字温度传感器DS18B20作为本次设计的测温元件。

3.3 感测元件的特性
3.3.1智能温度传感器DS18B20的特性
（1）独特的单线接口方式：DS18B20与微处理器连接时仅需要一条线即可实现微处理器与DS18B20之间的双向通讯。
（2）在使用中不需要任何外围元件。
（3）可用数据线供电，电压范围：+3.0~+5.5 V。
（4）测温范围：-55 ~+125 ℃。固有测温分辨率为0.5 ℃。
（5）用户可自己设定非易失性的报警上下限值。
（6）支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点测温。
（7）负压特性：电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但是不能正常工作。
数字温度传感器DS18B20是美国DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。可以分别在93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而无需外加电源。因而使用DS18B20可使系统结构更趋于简单化，可靠性更高。它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面比DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。
3.3.2 智能温度传感器DS18B20的内部结构
DS18B20采用3脚PR35封装或8脚SOIC封装，其内部结构框图如图3-1所示。
 
图3-1  DS18B20内部结构图
（1）64位闪速ROM的结构如下：

8位检验CRC 48位序列号 8位工厂代码（10H）

开始8位是产品类型的编号，接着是每个器件的唯一的序号，共有48位，最后8位是前56位的CRC校验码，这也是多个DS18B20可以采用一线进行通信的原因。
（2）非易失性温度报警触发器TH和TL，可通过软件写入用户报警上下限。
（3）高速暂存存储器。
表3-1  DS18B20的ROM命令
指令 说明
读ROM（33H） 读DS18B20的序列号
匹配ROM（55H） 继读完64位序列号的一个命令，用于多个DS18B20时定位
跳过ROM（CCH） 此命令执行后的存储器操作将针对在线的所有DS18B20
搜索ROM（F0H） 识别总线上各器件的编码，为操作各器件作好准备
报警搜索（ECH） 仅温度越限的器件对此命令作出响应

DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM。后者用于存储TH，TL值。数据先写入RAM，经校验后再传给E2RAM。而配置寄存器为高速暂存器中的第5个字节，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率，DS18B20工作时按此寄存器中的分辨率将温度转换为相应精度的数值。该字节各位的定义如下：

TM R1 R0 1 1 1 1 1

低5位一直都是1，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动，R1和R0决定温度转换的精度位数，即是用来设置分辨率，如表3-2所示（DS18B20出厂时被设置为12位）。
表3-2 R1和R0模式表
R1 R0 分辨率 温度最大转换时间/ms
0 0 9 93.75
0 1 10 187.5
1 0 11 275.00
1 1 12 750.00

由表3-2可见，设定的分辨率越高，所需要的温度数据转换时间就越长。因此，在实际应用中要在分辨率和转换时间权衡考虑。
高速暂存存储器除了配置寄存器外，还有其他8个字节组成，其分配如下所示。其中的温度信息（第1，2字节）、TH和TL值第3、4字节、第6～8字节未使用，全部设置为1；第9字节读出的是前面所有8个字节的CRC码。如表3-3所示。
表3-3  DS18B20暂存器的命令
指令 说明
温度转换（44H） 启动在线DS18B20做温度A/D转换
读数据（BEH） 从高速暂存器读9bits温度值和CRC值
写数据（4EH） 将数据写入高速暂存器的第2和第3字节中
复制（48H） 将高速暂存器中第2和第3字节复制到EERAM
读EERAM（B8H） 将EERAM内容写入高速暂存器中第2和第3字节
读电源供电方式（B4H） 了解DS18B20的供电方式
（4）CRC的产生
在64位ROM的最高有效字节中存储有循环冗余校验码（CRC）。主机根据ROM的前56位来计算CRC值，并和存入DS18B20中的CRC值做比较，以判断主机收到的ROM数据是否正确。
3.3.3 智能温度传感器DS18B20的测温原理
DS18B20的测温原理如图3-3所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 ℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55 ℃所对应的一个基数值。减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图3-2中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理。