婴儿培养箱婴儿连续称重方法与流程

本发明涉及婴儿培养箱，尤其是涉及婴儿培养箱婴儿连续称重方法。

背景技术：

婴儿体重是判断婴儿发育正常与否的一个重要指标。新生儿体重的变化，是新生儿在培养、治疗过程中判断健康、病况趋势的重要依据之一。因此，方便、准确、连续测量婴儿的体重非常重要。

目前，临床上婴儿培养箱使用的电子婴儿秤，原理大多是建立在普通电子秤原理基础之上，所以存在以下方面的问题：1、普通电子秤所称的物体在秤盘上停留的时间较短，因此在称重期间没有考虑“零点漂移”问题，只是在称重之前清零（自动或手动）即可。而连续称重的婴儿秤，婴儿在秤上停留的时间很长（几天甚至几个星期），这就导致不能区分零点漂移和监测婴儿体重的变化，若要区分这两种变化，只能做定时单次测量，这样远不能适应大数据采集的需求。2、婴儿秤的零点漂移多是温度漂移，若使用经过温度补偿的称重传感器，不仅存在价格极高、婴儿秤难以向市级及其以下医院推广使用的问题，同时，经过温度补偿的称重传感器，在变化的温度环境内还存在称重芯片与称重传感器温度变化不同步的问题。3、新生儿在婴儿培养箱内称重监护期间，医护人员对新生儿定期进行清除屎、尿及其它杂物处理后，需要对婴儿秤重新进行去皮重操作，频繁的去皮重操作极为不便。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种婴儿培养箱婴儿连续称重方法。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述婴儿培养箱婴儿连续称重方法，其特征在于：包括下述步骤：

第一步、构建婴儿秤

首先在固定有婴儿床盘的秤上盖四个角位置分别连接一个称重传感器，将所述秤上盖通过所述称重传感器支撑在秤座上，四个所述称重传感器相互并联后与称重芯片信号输入端连接，然后将所述称重芯片与单片机连接，在称重芯片上固定散热板，所述散热板的材质、质量或体积、散热表面积与单个称重传感器相同，以达到在温度变化的环境中，称重芯片和称重传感器同时具有相同的温度或相同的温度变化速率，使称重芯片和称重传感器具有统一的温度补偿；最后将固定有所述散热板的称重芯片、连接有称重传感器的秤上盖、和所述秤座放在婴儿培养箱内；

第二步、婴儿秤的调试

1、婴儿秤的标定：将称重芯片从称重传感器上采集到的重量信号，表示成与公认重量单位相一致；

根据式（1），得到标准重量系数：

式中：—标准重量；

—标准重量系数；

—温度下重量采样毛重；

—温度下重量采样皮重；

—温度下的重量采样净重；

注：为标定时温度；

具体步骤如下：

将秤置于温度环境下，温度稳定后进行：

a、皮重的测量：

所述婴儿床盘上不放砝码的情况下称重，得到的值，该值为皮重值；

b、毛重的测量：

放上所述砝码称重，得到的值，该值为毛重值；

砝码的要求：砝码的重量要大于婴儿秤设计量程的一半；

c、计算温度下的重量采样净重的值：，得到的值；

d、计算标准重量系数：

砝码的标准重量除以重量采样净重，得到标准重量系数；

e、标定时的温度的采样；

f、数据的存储：

将皮重、毛重、标准重量系数、标定时的温度存储于单片机存储器内，为温度补偿系数确定、称重运行提供基础支撑数据；

2、温度补偿系数的确定

根据式（2），测出温度和该温度下的重量，代入公式，即得到温度补偿系数；

式中：—温度补偿系数；

—重量变化量，即：温度补偿值；

—温度变化量；

—温度下重量采样毛重；

—温度下重量采样毛重；

—标定时温度；

—任意时刻的温度；

具体步骤如下：

将秤置于温度T（|T - T0 |＞10℃）的环境中，温度稳定后进行：

a、所述婴儿床盘上放上砝码，砝码的重量与标定时相同，待稳定后，重量采样M次平均后，获取在所述温度T下的毛重WT的值；所述M的取值根据单片机的工作频率在16～64范围内选择；

b、温度采样N次平均后，获取所述温度T的值；N的取值根据单片机的工作频率在16～256范围内选择；

c、计算：将所述温度T下的所述WT与所述温度T0下的W0相减，得到重量变化量ΔW的值；

d、计算：将所述温度T与标定时的温度T0相减，得到温度的变化量ΔT的值；

e、计算：所述重量变化量ΔW与所述温度变化量ΔT的比值，作为温度补偿系数K；

f、将温度补偿系数K存储于单片机存储器内，以供婴儿秤运行时调用；

第三步、婴儿秤的运行

所述婴儿秤的运行是在式（4）的基础上进行；

a、运行时温度采样，采用分时平均的方式；

b、当温度采样不够所述 N次时：

① 每采样一次，都要进行所述M次的重量采样；

② 重量采样M次平均后，得到所述温度T下毛重WT的值；

③ 所述温度T下的毛重WT 加上重量变化量；

④ 所述毛重WT再减去皮重，得到净重值；

⑤ 所述净重值乘以标准重量系数KW，得到标准重量P，然后发送给显示屏显示；

c、当温度采样达到所述N次时：

① 进行N次平均计算，得到工作温度T的值；

② 计算所述工作温度T与标定时的温度T0的差，得到温度变化量；

③ 所述温度变化量乘以温度补偿系数K，得到所述工作温度T下的重量变化量；

④ 将所述重量变化量暂存；

第四步、托起婴儿自动去皮重

a、给婴儿护理完需要称重去皮时，按一下所述单片机设定的去皮操作键，单片机提示“托起婴儿”，并处于等待中；

b、在托起婴儿后的时间段内，单片机判断所述婴儿床盘是否处于稳定状态；

c、若稳定，单片机执行称重采样、温度补偿、去皮清零命令；

d、待皮重保存后，单片机提示“放下婴儿”并等待；

e、婴儿放好后，单片机转入正常称重工作程序。

本发明优点主要体现为：

1、该婴儿秤采用普通的称重芯片、普通的称重传感器（不加硬件温度补偿），通过单片机写入的程序进行温度补偿方式，实现连续称重，性价比较高；

2、在称重芯片上设置散热片，解决了称重芯片与称重传感器在变化的温度环境内，其温度变化不一致的问题；该方法能用统一的温度补偿方式解决零点漂移问题，且省去了温度补偿电路，使电路的稳定性、可靠性得以提高；

3、温度信号采样采用分时平均、重量信号采样采取连续平均的方法，解决了温度信号多次平均而又不影响重量信号反应速度的问题；

4、零点漂移问题得到有效地抑制，使婴儿连续称重得以实现；

5、托起婴儿自动去皮重，简化了常规称重去皮重的繁琐操作步骤，减少了医护人员去皮重操作的不便。

附图说明

图1是本发明所述构建的婴儿秤结构示意图。

图2是本发明所述婴儿秤的电路原理框图。

图3是本发明所述重量信号与标准重量的关系图。

图4是本发明所述重量信号的温度特性图。

图5是本发明所述单片机运行婴儿秤的标定程序流程框图。

图6是本发明所述单片机运行确定温度补偿系数的程序流程框图。

图7是本发明所述单片机运行婴儿秤程序流程框图。

图8是本发明所述单片机运行托起婴儿自动去皮重的程序流程框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

本发明所述的婴儿培养箱婴儿连续称重方法，包括下述步骤：

第一步、构建婴儿秤

如图1、2所示，首先在固定有婴儿床盘1的秤上盖2四个角位置分别连接一个称重传感器3，将秤上盖2通过称重传感器3支撑固定在秤座4上，四个称重传感器3相互并联后与称重芯片5信号输入端连接，然后将称重芯片5与单片机连接，在称重芯片5上固定散热板6，散热板6的材质、质量或体积、散热表面积与单个称重传感器3相同，以达到在温度变化的环境中，称重芯片5和称重传感器3同时具有相同的温度或相同的温度变化速率，使称重芯片5和称重传感器3具有统一的温度补偿；最后将固定有散热板6的称重芯片5、连接有称重传感器3的秤上盖2、和秤座4放在婴儿培养箱7内；为降低成本，称重芯片5选择普通的带有数字温度测量输出的24位A/D转换器芯片HX710芯片；

第二步、婴儿秤的调试

1、婴儿秤的标定：

将称重芯片5从称重传感器3上采集到的重量信号，表示成与公认重量单位相一致；实验表明：在恒定不变的温度环境下，重量信号的增量与砝码的重量在量程范围内的关系如图3所示；从图3可以看出，称重芯片5的计量值的增量与砝码的重量基本上成正比，可由式（1）表示；

根据式（1），得到标准重量系数：

式中：—标准重量；

—标准重量系数；

—温度下重量采样毛重；

—温度下重量采样皮重；

—温度下的重量采样净重；

注：为标定时温度。

单片机运行婴儿秤的标定程序流程框图如图5所示，具体步骤如下：

a、皮重的测量：

婴儿床盘1上不放砝码的情况下称重，得到的重量值，该值为皮重值；

称重芯片5重量采样值的位数（24位），16次以上的平均次数即能满足要求；由于所选择的称重芯片5为普通的称重芯片，采样速度较慢，婴儿秤的稳定措施采用本次采样与上次比较的方法来实现，即：若本次采样值与上次采样值相等，且持续多次，认为婴儿秤已经稳定；如果再加上多次重复，婴儿秤的稳定足以满足称重的需求；

b、毛重的测量：

放上所述砝码称重，得到的重量值，该值为毛重值；

砝码的要求：砝码的重量要大于婴儿秤设计量程的一半；

c、计算重量采样增量值：

，即毛重减去皮重，得到重量采样增量值；

d、计算标准重量系数：

砝码的标准重量值除以重量采样增量值，得到标准重量系数；

e、标定时的温度值的采样：

由于HX710芯片的温度采样值位数（16位）较少，因此温度采样平均次数要比重量采样次数多，根据单片机的运行速度，采样平均次数在16～256次之间选择；

f、数据的存储：

将皮重、毛重、标准重量系数、标定时的温度存储于单片机存储器内，为温度系数确定、称重运行提供基础支撑数据；

2、温度补偿系数的确定

根据式（2），测出温度和该温度下的重量，代入公式，即得到温度补偿系数；

式中：—温度补偿系数；

—重量变化量，即：温度补偿值；

—温度变化量；

—温度下重量采样毛重；

—温度下重量采样毛重；

—标定时温度；

—任意时刻的温度；

具体步骤如下：

将婴儿秤置于温度T（|T - T0 |＞10℃）的环境中，温度稳定后进行：

a、所述婴儿床盘1上放上砝码，砝码的重量与标定时相同，待稳定后，重量采样M次平均后，获取在所述温度T下的毛重WT的值；所述M的取值根据单片机的工作频率在16～64范围内选择；

b、温度采样N次平均后，获取所述温度T的值；N的取值根据单片机的工作频率在16～256范围内选择；

c、计算：将所述温度T下的所述WT与所述温度T0下的W0相减，得到重量变化量ΔW的值；

d、计算：将所述温度T与标定时的温度T0相减，得到温度的变化量ΔT的值；

e、计算：所述重量变化量ΔW与所述温度变化量ΔT的比值，作为温度补偿系数K；

f、将温度补偿系数K存储于单片机存储器内，以供婴儿秤运行时调用；

g、所述温度T0和温度T的确定：

HX710芯片的温度输出信号的位数比重量信号要少，且数据的离散性较大，温度信号的误差对温度信号的影响不能忽视；其影响可用温度信号的误差与温度信号真值的比来表示，即式（3）：

式中：

为影响系数；

ET为温度信号误差（包括随机误差和系统误差）；

为温度信号温度变化量的测量值；

为温度信号的真值；

从所述式（3）可知，越小，即婴儿秤运行的温度T过于靠近标定温度T0时，温度信号的误差ET对真值的影响会越大；若过大，根据图4所示，重量信号随温度变化会进入非线性区，使重量信号的误差变大；综合考虑，若婴儿培养箱工作的温度范围在24℃～36℃之间时，标定温度T0选在20℃左右、温度补偿系数确定时的温度T在38℃左右比较合适（基础实验也证明了这一点）；

第三步、婴儿秤的运行

所述婴儿秤的运行是在式（4）的基础上进行；

a、运行时温度采样，采用分时平均的方式；

b、当温度采样不够所述 N次时：

① 每采样一次，都要进行所述M次的重量采样；

② 重量采样M次平均后，得到所述温度T下毛重WT的值；

③ 所述温度T下的毛重WT 加上重量变化量；

④ 所述毛重WT再减去皮重，得到净重值；

⑤ 所述净重值乘以标准重量系数KW，得到标准重量P，然后发送给显示屏显示；

c、当温度采样达到所述N次时：

① 进行N次平均计算，得到工作温度T的值；

② 计算所述工作温度T与标定时的温度T0的差，得到温度变化量；

③ 所述温度变化量乘以温度补偿系数K，得到所述工作温度T下的重量变化量；

④ 将所述重量变化量暂存；

温度信号分时平均的特点及在秤运行中的作用为：

所谓的温度信号分时平均，指的是：温度信号不是常规的连续采样所述N次后进行平均，而是采样一次，就执行下一条指令，构成一个循环时，再进行第二次采样，直至N次循环后，再进行平均；显然，分时平均延长了总采样时间，但能有效遏制短时温度信号突变的离散性；再者，温度变化速度非常缓慢，即使总采样时间延长，但对温度补偿来讲没有什么大的影响；

重量信号的采样，是按常规的所述M次平均方式，总采样时间相比之下较短，能有效提高重量信号的反应速度；

温度信号和重量信号采取不同的采样平均方式目的，是要达到：温度信号要有足够的采样次数进行平均来减少误差，但又不能影响重量信号变化的反应速度；

第四步、托起婴儿自动去皮重

新生儿在婴儿培养箱7内称重，医护人员对新生儿处理（清除屎、尿及其它）后重新去皮重的工作是频繁的，为此提出一种在婴儿培养箱7内托起婴儿自动去皮的操作方法；单片机运行托起婴儿自动去皮重的程序流程框图如图8所示，具体步骤如下：

a、给婴儿护理完需要称重去皮时，可按一下所述单片机设定的去皮操作键，单片机提示“托起婴儿”，并处于等待中；

b、在托起婴儿后的时间段内，单片机判断所述婴儿床盘1是否处于稳定状态；

c、若稳定，单片机执行称重采样、温度补偿、去皮清零命令；

d、待皮重保存在单片机存储器内后，单片机提示“放下婴儿”并等待；

e、婴儿放好后，转入正常称重工作程序。