为了研究人在高空环境中的生活与使用药物的影响，常常需要对与人生活密切相关的温度、气压及人的活动状态进行监测。在科学实验中，常常需要模拟这些温度、气压等环境条件，用与人体生理特征相似的动物作为研究对象，通过对一组动物在不同温度、气压和药剂量的情况下的动物活动状况的监测，来分析各种因素之间的联系，从而指导人们的用药。目前，在常见的动物药理实验监测现场中，对动物环境的温度和气压多采用传统的模拟或数字仪器测量方法，而对动物的活动状态则使用人工监测或摄像等方法。这种传统的监测方法因其精度低、记录数据可靠性差、数据处理" title="数据处理">数据处理和网络功能不强等原因，越来越不能满足实验现场的需要^[1]。这里，针对医院动物药理实验检测现场的需要，开发了一套动物药理实验自动监控系统。该系统可监测动物环境的温度、大气压力和荷重，并可根据控制需要调节动物所处高压仓的温度和气压。
1 系统结构
　　该系统由一台监控主机(PC机)和多台(最多32台)智能数据采集" title="数据采集">数据采集仪(前端单片机)组成。智能数据采集仪能自动采集、显示和存储一段时间内的多路温度、压力、荷重等数据，并能进行一定的数据处理，而且还能控制高压仓的加热设备和空气压缩机。监控主机具有友好的人机界面，通过串口与前端单片机通信，对前端单片机进行各种参数设定和数据采集，并能把接收的数据进行统计、图表显示和打印输出，而且还能按照用户的具体要求做进一步的数据分析处理。系统结构如图1所示。

2 智能数据采集仪
　　智能数据采集仪由单片机、传感与检测模块、A/D" title="A/D">A/D转换模块、数据存储模块、硬件时钟模块、人机界面模块和通信模块等部分组成。智能数据采集仪如图2所示。单片机作为应用系统的控制中心，完成多路信息(温度、压力、荷重等)的实时采集，以及对定时采集的数据进行数字滤波、求平均值、分时存储等，并根据主机发送过来的控制参数，对被测对象的温度、压力等参数进行控制调节。
2.1传感与检测模块
　　因为需要检测动物笼中的温度、空气压力和动物的活动能量，因此设计了测温、测气压和测动物活动能量三个模块，各模块分别采用温度、荷重、气压传感器进行采集。
2.1.1 测温电路的设计
　　把温度传感器LM335作为一个两端器件与一个电阻串联，再加上适当的电压，就可以得到灵敏度为10mV/K、直接正比于绝对温度的测温电路模块。
2.1.2 测压模块的设计
　　测量动物所处的动物笼内的空气压力(高压密封仓内的空气压力)以及笼外的空气压力，采用Motorola公司生产的MPX100集成应变式压力传感器模块来完成。这个模块采用X形压敏电阻，实现了0℃～85℃范围内的温度补偿^[2]。
2.1.3 动物活动能量测量模块的设计
　　动物活动的能量与动物活动的剧烈程度有直接的关系，动物活动的剧烈程度可以通过荷重传感器的变化程度反映出来，因此可以用荷重传感器的变化量来近似表示动物的活动能量。选择OP-07运算放大器作为荷重放大电路，放大倍数为300，以保证系统正常稳定运行。
2.2 A/D转换模块
　　系统需要检测的信号量共有八路(两路温度、两路气压与四路荷重)。微处理器和A/D转换器TLC2543之间的数据传送采用软件合成SPI操作来实现。二者之间的接口电路" title="接口电路">接口电路如图3中左半部分所示。TLC2543的I/O CLOCK、DATA INPUT和CS由单片机的双向I/O口的P11、P12和P10提供。TLC2543转换结果的输出数据由P13接收。为了检验A/D转换结果的正确性，另外选择了通道AIN9连接参考电压V_ref、通道AIN8连接GND作为检测A/D转换结果正确与否的检测通道，使系统具有A/D转换器件的自检功能，以保证系统A/D转换的可靠性。
2.3 实时时钟模块
　　硬件时钟较软件合成的时钟准确性高。硬件时钟采用DS12887来提供。DS12887片内共有128个字节的带有掉电保护功能的RAM^[3]。另外，DS12887具有频率可调的方波输出能力，可以利用该特性来定时采集A/D数据，连接DS12887的SQW管脚与89C51的端，由DS12887的方波触发89C51的外部中断" title="外部中断">外部中断0，实现系统精确的定时采集，从而便于进一步的数据处理。接口电路如图3中右半部分所示。
2.4 人机界面设计
　　键盘采用4×4距阵键盘，键的功能定义分为数字键和功能键，数字键为0～9，系统的功能键主要有CLR(清除键)、OK(确认键)、MENU(主菜单键)、上翻键、下翻键。液晶显示器选用信利公司的产品，其分辨率为128×32点阵。人机界面接口设计如图4所示。

2.5 功率接口与看门狗模块
　　为了对被测对象所在环境的温度、压力等参数进行调控，系统必须与大功率的外部设备如压缩机、空调等接口。同时为防止干扰造成程序跑飞而破坏RAM存储器中的数据，采用X25045可编程看门狗监控芯片来设计看门狗监控电路。
2.6通信模块
　　监控主机和多台自动数据采集仪之间采用串行总线型主从式网络结构，实现系统的半双工通信。通信模块由单片机、RS485通信接口电路和RS232/RS485电平转换电路组成。
　　采用MAX485实现单片机的TTL电平与RS-485通信协议的接口电路。由于串行总线在任一时刻只允许一对接口进行通信，每台智能数据采集仪都有自己唯一的通讯地址码，因此只有当监控主机选中相应的数据采集仪时，才能对其动物笼内的动物活动情况进行实时监测或对历史记录数据进行采集。
　　由于PC机是RS-232C标准串行口，为了使PC机数据能够通过RS-485串行数据总线传输，需要设计RS-232串行电平转换成RS-485协议电平的接口电路。通信电路如图5所示。
3 系统软件
　　系统软件包括PC机应用软件和单片机应用软件。单片机软件主要实现定时数据采集、数字信号处理、存储、显示、通信处理等功能； PC机软件主要是对数据进行进一步处理，实现实时监测、动态显示、历史数据查询、曲线绘制、报表显示以及打印输出等功能。
3.1 PC机应用软件设计
　　PC机数据处理软件的主要功能是完成对前端数据分站的数据采集、统计、动态模拟、曲线及报表绘制、打印输出等。程序采用VB6.0编程语言编写。VB6.0建立在多任务方式的基础上，具有编程简单、图形功能丰富等优点^[4]。软件采用按钮式界面，用户可以象操作按钮式仪器一样使用它。其软件分层图如图6 所示。

3.2单片机软件设计
　　单片机软件由主程序、外部中断程序、串行口中断程序三个模块组成。主程序主要由中断方式、串行口方式、定时器方式初始化，RAM、ROM、CPU运算，I/O检测，数据处理，数据存储判断，液晶显示等程序模块组成；外部中断程序是利用硬件实时时钟DS12887定时触发单片机的外部中断，实现控制系统A/D的采集频率；串行口中断程序实现单片机与主机交换信息和数据。
　　动物药理实验自动监测系统已经在空军医院现场得到实验及应用。经过近一年来的实际应用表明，该系统可满足某部队医院动物药理实验中监测现场温度、压力、动物活动能量时对监测精度、稳定性等的要求；现场监测抗干扰能力强、可靠性高；各采集区采用RS－485总线结构，布线和维护简便，柔性和扩展性强；系统应用软件界面友好、操作简便，能实时采集、显示和存储数据。因而，对需要大量数据实时监测和采集的场合非常实用，具有广泛的推广和应用价值。