基于NTC和ZigBee技術的病房病人體溫監測系統設計

鄭英　李香菊　王迷迷　張立珍

摘 要： 提出一種基于NTC熱敏電阻和ZigBee技術的病人體溫無線監測系統的設計方案。采用NTC熱敏電阻測溫模塊測量病人體溫，利用水槽水溫對體溫進行標定。通過ZigBee無線傳感器網絡技術將病人的體溫參數傳送給終端PC機。實驗證明，本系統病人體溫參數測量準確，傳輸可靠，方便醫務人員監測和調用歷史體溫信息，實現了醫療監護系統的智能化，提高監護效率。

關鍵詞： NTC； 體溫采集； ZigBee技術； 醫療監護

中圖分類號： TN911?34； TH789 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）04?0026?03

Abstract： A design scheme of patients temperature wireless monitoring system based on NTC and ZigBee technology is proposed. The temperature measurement module of NTC is used to measure the temperature of patients， and the temperature is calibrated by water temperature. The ZigBee wireless sensor network technology is used to transfer the temperature parameters to PC terminal. The practice results show that the system has reliable transmission， and can measure the temperature of patients accurately. It is convenient for medical staff to monitor and call the history temperature data. The intelligentization of medical monitoring system was achieved， which improved the monitoring efficiency.

Keywords： NTC； body temperature acquisition； ZigBee technology； medical monitoring

目前我國醫院病房的很多監測大多采用有線方式，社區醫院大多采用人工監測，這些形式成本高，也不能實現隨時監測病人身體參數。隨著無線傳感器網絡和物聯網技術發展，將無線傳輸技術應用于病房監測，將病人的體征參數進行存儲，供醫生進行查閱和分析。本系統不僅緩解醫護人員的工作壓力，而且實現監護的高效、及時和智能化。

1 設計方案

本系統采用嵌入式硬件平臺，以無線傳感器網絡為技術支持，通過無線方式將病房病人的體溫傳送給護士站。本系統的構成如圖1所示。

2 硬件設計

本系統硬件設計主要有兩個部分，一部分是無線通信模塊，另一部分是體溫測量模塊。

2.1 無線通信模塊

無線通信模塊是實現無線傳輸的核心，實現病人體溫的采集與處理和體溫參數的無線傳輸。本設計采用MCU+射頻收發模塊的SOC方案，采用CC2530射頻芯片。CC2530內部集成了無線通信模塊，其內核符合IEEE 802.115.4/ZigBee協議，支持CRC硬件校驗，內部還集成了增強型高速8051內核處理器，256 KB FLASH程序存儲器，支持最新ZigBee 2007 Pro協議、8 KB數據存儲器；支持硬件調試。CC2530 具有不同的運行模式，使得它尤其適應超低功耗要求的系統。且外圍電路簡單，系統更穩定。CC2530的最小系統如圖2所示。

2.2 體溫測量硬件設計

溫度測量的硬件電路主要由穩壓輸入、測溫電橋、放大電路三個模塊構成。系統的主要結構如圖3所示。穩壓輸入模塊使用穩壓芯片，體溫測量采用電橋和放大電路實現。

2.2.1 穩壓輸入

2.2.2 測溫電橋

測溫電橋中Rt為NTC熱敏電阻，工作溫度在35～42 ℃之間的阻值變化范圍為32.59～24.51 kΩ。Rt阻值隨人體溫度變化按照負溫度系數變化，人體溫度的變化引起熱敏電阻的阻值變化，通過電橋輸出電壓參數。

2.2.3 放大電路

放大電路采用TI公司的OP07芯片，將熱敏電阻隨人體溫度變化通過電橋輸出電壓送入放大電路，得到可以方便測量的電壓信號，為后續A/D轉換做好準備。

2.2.4 系統電路

體溫測量整體硬件電路的設計如圖4所示。

2.2.5 A/D轉換

本實驗中數字傳感器是作為智能醫療系統的一個組成部分，采用CC2530內部集成的8051微處理器完成A/D轉換。本系統的無線模塊和測溫模塊實物如圖5、圖6所示。

3 軟件設計

軟件部分分為兩塊：一塊是從節點溫度信息的采集處理與無線發送，軟件流程圖如圖7所示；另一塊是主節點通過無線方式接收溫度信息并送護士站PC機進行存儲和顯示，軟件流程圖如圖8所示。

4 實驗結果

系統調試包括體溫的測量調試，無線傳輸調試，PC機界面顯示調試三部分。

（1） 熱敏電阻體溫測量的調試包括調試和溫度標定。使用Multisim軟件對體溫測量電路進行仿真，體溫測量模塊仿真運行的結果如表1所示。

根據NTC電阻阻值隨溫度升高而降低的特性，本文采用的是在恒溫水槽對體溫測量模塊進行溫度標定。每個恒溫水槽的溫度對應一個固定的電壓輸出，記錄讀取的輸出電壓值與溫度值，統計結果如表2所示。用NTC熱敏電阻傳感器和水銀溫度計對人體腋下測量，得到體溫測量數據對照表如表3所示。

（2） 無線傳輸調試。根據主從模塊的握手命令編程，并用串口進行調試。為了實現無線串口功能，需要準備兩套CC2530模塊和一個CC Debugger仿真器。通過串口調試助手發送字節數據。本模塊的作用是從節點采集到傳感器感知病人體溫，通過無線方式傳送給主模塊，主模塊接收到來自從模塊的體溫數據送往PC機。

（3） PC機界面顯示調試。PC機在系統中的作用對病人體溫進行存儲和顯示，方便醫務工作者進行監護病人體征和隨時調取病人的體溫歷史信息。PC機的界面如圖9所示。

5 結 語

本文提出一種高精度的病人體溫測量電路和一種基于ZigBee協議的無線體溫監測的控制方案，設計和開發了PC機的監控平臺，通過硬軟件聯調實現了無線體溫監測功能。通過實驗驗證，該系統具有體溫測量及時準確的特點，無線傳輸方式體現了投入少、效率高的特點。本系統操作簡單使用方便，提高了醫療監護的水平，有很高的實用價值。

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