無線傳輸體溫監測技術研究

甄子麟 孫華

摘要：該文從傳統的有線監護設備現狀進行調查，發現傳統監護設備耗電量大，成本高，制約了被監護病患的活動場地，對長時間的連續監測也提出了挑戰。而無線生命體征監測設備，旨在通過可穿戴式和無線傳輸，提升醫療救治的有效性和準確性。

關鍵詞：無線傳輸;遠程監控;體溫監測

中圖分類號：TP3? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）23-0283-02

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1 引言

目前的生命體征監測方法，主要是從患者的以下生理參數進行的，其中主要包括心率、血壓、血氧飽和度、體溫以及呼吸等。從監測的活動場景來看，大部分時候是患者躺在病床上，醫生或護士按照設施實時記載的信息，反映患者的生理狀態[1]。除此之外，有些患者有必要在運動過程中完成監測記錄，由此，本文旨在對現有的無線生命體征監測技術中的體溫檢測進行研究。

2 溫度傳感監測技術

直到今天，在超過二十年智能溫度傳感器的發展歷程中，集成電路式的溫度傳感器是在日新月異的無線傳輸技術革新下的產物。這種溫度傳感器的電路模塊具備集成的存儲器控制功能，擬合了溫度傳感器模塊，數據轉換模塊等，部分先進設施還配置了中心控制功能，能夠實現數據存儲、開關控制[2]。從形式上看，溫度傳感器大致有三大類：一種是分立式、二是集成式，三是受軟件控制的溫度傳感器。

分立式溫度傳感器，自身就是一套齊備的溫感設施，它沿用老式的熱敏電偶、熱敏電阻、以及晶體管來設計，但分立式傳感器占用面積大、分辨率很低、精度不易管控等不足之外，還需要對運行環境做設置、對電路的非線性失真、系統失調進行彌補[9]。從十九世紀八十年代開始，已開發出基于完全金屬氧化物半導體晶體管CMOS-V的集成電路，這個類型的芯片中設計了溫度傳感裝置和數據轉換電路[1]，PN 節的感應數據推進，從而促使了CMOS類型的溫度傳感器的產生與發展。CMOS模型運用不同的電流輸入作為檢測信號，并能克服環境中的高頻噪聲信號，對長距離傳輸的信號做出檢測，且信號輸出阻尼大[10-11]。

與離散傳感器模型比較，集成式傳感器的設施測量溫度誤差低，設備具備接收小閾值的溫度信號，正常值范圍內輸出穩定，集成度高，設備體積減小，能夠實現多次循環利用，除此之外，還能夠在檢測到溫度的同時發送反饋信息以完成主動控制性能，其適用于集成了微控制處理器的傳感器，因而，越來越被研究人員認同與使用[7]。

第三類，受到軟件控制的溫度傳感器，是目前最具有研究價值的一個類別，該類傳感器由體溫測試設備、手機、充電器、手機軟件等組成。用戶通過客戶端，就能夠及時獲取最新體溫數據，或者用于收集測量者一段時間的溫度數據。溫度傳感器的原理是經過：“溫感信號-模擬信號-數字信號”三個過程完成信號轉換，再進行傳輸，首先將手機的手感溫度數據以電信號輸出，再通過將模擬信號轉換成電子設備能夠辨認的數字信號，數字信號轉換成有效的溫度數據，所有數據上傳到服務器，供用戶、醫生等查看。

該方法存在如下幾點優勢，如：傳感器數據必須經過編譯及修正程序，來對實際的輸出誤差進行自校驗，對數據進行優化，對系統失調的誤差完成填補，從而提高測量精度;該方法中通過連接外部顯示設備，用戶可以更直觀地查看輸出的數字數據，并形成具有更有效的用戶體驗措施的多功能溫度檢查模塊，以提高設施的性價比[10]。

3 溫度傳感中的ZigBee 技術

溫度傳感器在受到感知設備硬件和便攜設備軟件發展的雙重約束下，不斷改進。感知設備硬件又受到終端采集點、信號傳輸、協調器、網絡路由等環節約束。在軟件的設計過程中，便攜設備軟件設計因素尤為重要，協調器負責建立網絡，并以廣播形式向鄰近的ZigBee設備發送體溫信號。其中Zigbee技術是基于IEEE802.15.4標準無線傳輸協議的。王長清等人基于ZigBee技術的體溫監測系統的設計[4]，該系統指出能夠ZigBee技術實現大規模、準確和實時的群體體溫監測，同時還能夠降低工作強度、提高醫務人員工作效率[7]。ZigBee 具有靈活的工作頻段，對MCU的資源要求低，數據傳輸安全可靠[3]，而且ZigBee的發射功率只有1mW ，功耗低，處于休眠模式的設備，模式處于低功耗待電方式，固定數量的干電池就使得單個節點工作時長達到半年至兩年，有的會更長。該技術目前采用星狀、網狀、類似片狀等拓撲結構，即通過主節點管理多個子節點，節點之間可以相互傳輸，節點之間的關聯最多可以組成65，000個。目前，2.4GHz是我國ZigBee無線通信使用的主要頻段，傳輸速率可達到250kb/s 的傳輸速率，網絡結構靈活、容量高。此外，ZigBee無線通信頻段的變換也不需要注冊，可直接能使用，不同的 ZigBee 網絡可在同一個區域共存，并且不會相互干擾。ZigBee 技術可以保證在嘈雜的無線環境中確保正常可靠的數據傳輸，從而提高無線溫濕度監控系統的可靠性。隨著技術的不斷發展，溫度傳感器在許多領域，都有著廣泛的應用，如生物醫療、溫度監測等，但無線傳輸體溫檢測在標準化數據與技術上仍具有局限性。

4 總結與展望

總的來看，伴隨著環境因素的影響、人們生活方式的改變、以及專業醫療服務能力的薄弱現狀，使得疾病控制和治療而變愈加嚴重。這將要求未來的醫療從醫院診療向健康監護預防轉變成為一種趨勢。從醫療到日常監測的過渡的模式，促進了小型醫療監護設施的應用，這些監護設施更趨向于日常家庭使用，這就是我們通常說的便攜式醫療設備。總的來說，日前的體溫監控設備還需要改進和優化，如傳感器微小化、集成化，傳感器柔性化或可紡織性，基于人體正常活動下傳感器信號采集的準確性等，在以后的研究當中應從這些方面入手，使得這個系統可以靈活的裝配到各種人體監控設備里面，為被監控的病人帶來良好的監控環境，提高救治水平，給現代醫療帶來新的發展方向。

參考文獻：

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[11] 陶毅陽.可穿戴式體溫監測設備的服務設計研究[D].浙江大學，2016.

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