基于移動(dòng)通信的體溫測(cè)量分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)＊

陳媛媛，史紅彥

（江蘇電子信息職業(yè)學(xué)院，江蘇 淮安223000）

1 引言

體溫是生命四大體征之一，準(zhǔn)確地測(cè)量、記錄體溫?cái)?shù)據(jù)對(duì)分析評(píng)估人體體征具有重大的參考價(jià)值。安全、便捷、準(zhǔn)確地測(cè)得體溫，有利于疾病診斷和治療工作的及時(shí)展開[1]。特別是近年來(lái)眾多全球性流行性疾病肆虐，體溫測(cè)量成為眾多傳染性疾病的重要防控措施。目前常用的體溫測(cè)量設(shè)備，通常只能對(duì)單個(gè)點(diǎn)進(jìn)行溫度測(cè)量，測(cè)量效率不高，數(shù)據(jù)記錄一般依賴手工操作，這樣使得被測(cè)者的體溫變化不能實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，有異常情況也不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，從而可能錯(cuò)失最佳治療時(shí)機(jī)。少數(shù)能自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)的電子體溫計(jì)大多不能存儲(chǔ)除體溫?cái)?shù)值以外的數(shù)據(jù)，也不方便記錄、對(duì)比和分析數(shù)據(jù)。傳染性疾病高發(fā)期的公共場(chǎng)所，或是醫(yī)院、幼兒園、大中小學(xué)、公司等地，都需要能夠快捷、高效、精準(zhǔn)且實(shí)時(shí)地測(cè)量體溫，并通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將體溫?cái)?shù)據(jù)傳送到信息平臺(tái)，進(jìn)行體溫信息的統(tǒng)計(jì)和分析。

2 方案設(shè)計(jì)

基于移動(dòng)通信的體溫測(cè)量分析系統(tǒng)在傳染病高發(fā)的特殊時(shí)期主要應(yīng)用在家庭、學(xué)校、辦公室和其他公共場(chǎng)所。此系統(tǒng)能夠通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊快速有效地進(jìn)行人體體溫測(cè)量，蜂鳴器對(duì)體溫異常者報(bào)警。主控模塊將采集到的體溫?cái)?shù)據(jù)顯示的同時(shí)通過(guò)無(wú)線傳輸模塊將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、顯示、異常報(bào)警。

體溫測(cè)量分析系統(tǒng)下位機(jī)部分主要由五大模塊組成：數(shù)據(jù)采集模塊、電源模塊、聲光報(bào)警模塊、顯示模塊和無(wú)線傳輸模塊。其中數(shù)據(jù)采集模塊用于體溫?cái)?shù)據(jù)的采集工作，可使用溫度傳感器、紅外傳感器和NTC熱敏電阻等實(shí)現(xiàn)。選擇時(shí)可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮：測(cè)溫的精準(zhǔn)度、測(cè)量所需時(shí)間、功率損耗、應(yīng)用場(chǎng)景以及性價(jià)比等。

作為下位機(jī)的主控制芯片，內(nèi)置晶振具有高速串口和自帶高速A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)，滿足數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換和發(fā)送需求。該單片機(jī)通過(guò)串口接收電壓參數(shù)并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理，包括溫度換算和數(shù)據(jù)加密等，最后通過(guò)串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給無(wú)線傳輸模塊。無(wú)線傳輸模塊采用無(wú)線通信技術(shù)，將數(shù)據(jù)采集模塊的體溫?cái)?shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。本系統(tǒng)上位機(jī)使用Access建立數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)各用戶個(gè)人信息的管理，并對(duì)體溫實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示、保存、分析等。基于移動(dòng)通信的體溫測(cè)量分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖1所示。

3 體溫測(cè)量系統(tǒng)主要硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)需求，要求測(cè)溫電路具有高靈敏度、高精度等特點(diǎn)，同時(shí)要保證體溫值的準(zhǔn)確性和實(shí)際應(yīng)用性。測(cè)溫電路設(shè)計(jì)如圖2所示。

該測(cè)溫電路主要由恒流源電路、放大電路、轉(zhuǎn)換電路和電容濾波組成。恒流源電路主要由信號(hào)源、放大器和PNP三極管組成。其中，信號(hào)源的供電從主控MCU中獲取，電壓為5 V，通過(guò)兩個(gè)串聯(lián)電阻從而產(chǎn)生電流。放大器選用的是德州儀器公司的四路運(yùn)算放大器TLC2254CN，此放大器主要用在溫度控制、便攜式醫(yī)學(xué)器具、遠(yuǎn)程壓力傳感器中，它能夠很好地輸入失調(diào)電壓，比常用的CMOS運(yùn)算放大器功耗更低。為了確保電流恒定，利用TLC2254CN在電路中設(shè)計(jì)了一個(gè)電壓跟隨器。先將信號(hào)源電流通過(guò)電壓跟隨器，然后將一個(gè)51 kΩ的電阻置于放大器和PNP三極管的基極之間。PNP三極管選用的是大電流、低電壓、小信號(hào)的PNP型三極管8 550，它的發(fā)射極接5 V電源，集電極接熱敏電阻，電源同樣從主控MCU中獲取，同時(shí)接入電阻R4。

圖2 測(cè)溫電路設(shè)計(jì)

對(duì)熱敏電阻來(lái)說(shuō)，0.1℃的溫度變化引起的電阻變化大概為6Ω；那么對(duì)于人體體溫測(cè)量范圍來(lái)說(shuō)，對(duì)應(yīng)的電壓變化為0.000 6 V。

雖然這個(gè)電壓變化的值不大，但是如果不加處理，則可能造成較大的體溫測(cè)量誤差，從而測(cè)得的體溫值不準(zhǔn)確，因此，需要增加放大電路來(lái)放大該電壓值。放大電路選用的仍是TLC2254CN放大器，通過(guò)選取合適的放大倍數(shù)可獲得需要的電壓放大值。轉(zhuǎn)換電路用來(lái)提高整個(gè)測(cè)溫電路的測(cè)溫精度，通過(guò)切換為熱敏電阻NTC或高精度電阻R5兩種通道來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

客戶端體溫監(jiān)護(hù)系統(tǒng)要能實(shí)現(xiàn)手機(jī)與藍(lán)牙模塊的通訊，能夠存儲(chǔ)當(dāng)前的體溫?cái)?shù)據(jù)并能在界面顯示，還可以查看某個(gè)時(shí)間段的體溫?cái)?shù)據(jù)曲線變化，實(shí)現(xiàn)異常報(bào)警等。它的功能具體包括以下幾個(gè)方面：①通訊。手機(jī)模塊掃描從機(jī)設(shè)備，與無(wú)線通信模塊進(jìn)行連接，主要包括開啟無(wú)線通信，掃描無(wú)線通信設(shè)備，建立連接并選擇特征值。②存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。手機(jī)將接收到的體溫?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)成txt文件，并可以保存在SD卡里。③顯示數(shù)據(jù)。能在界面顯示當(dāng)前體溫值，并能將某個(gè)時(shí)間段的體溫?cái)?shù)據(jù)以曲線變化方式展示。④查詢體溫。可以查詢最近三個(gè)月內(nèi)任意一天的體溫變化情況。⑤異常報(bào)警。當(dāng)體溫高于預(yù)先的設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)向特定的手機(jī)號(hào)碼發(fā)送信息，以提醒機(jī)主當(dāng)前的體溫?cái)?shù)值，實(shí)現(xiàn)體溫異常提醒或監(jiān)護(hù)報(bào)警。

軟件開發(fā)流程如圖3所示。

圖3 軟件開發(fā)流程圖

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了更好地測(cè)試系統(tǒng)體溫采集的準(zhǔn)確性，在同一情況和環(huán)境下，對(duì)同一個(gè)測(cè)試對(duì)象進(jìn)行10次體溫測(cè)量。當(dāng)該系統(tǒng)接收到的體溫?cái)?shù)據(jù)穩(wěn)定時(shí)，記錄此時(shí)的體溫值，利用水銀計(jì)測(cè)量時(shí)，將水銀體溫計(jì)在放入腋下10 min左右取出，記錄此時(shí)的體溫?cái)?shù)據(jù)。測(cè)量結(jié)果表1所示。

通過(guò)測(cè)量結(jié)果可以看出系統(tǒng)測(cè)量的體溫值與水銀體溫計(jì)測(cè)量得出的體溫值相差0.1℃。

表1 體溫測(cè)量結(jié)果

6 結(jié)語(yǔ)

本文提出一種體溫測(cè)量分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了體溫的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)的分析處理。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明此系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確地采集體溫并實(shí)現(xiàn)了體溫?cái)?shù)據(jù)的顯示保存、統(tǒng)計(jì)分析，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)體溫變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常。系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、使用方便，在家庭、醫(yī)院、學(xué)校等公共場(chǎng)所具有實(shí)用價(jià)值。