一種頭戴式嬰兒體溫監(jiān)控設(shè)備的設(shè)計(jì)

曹金梅 黎梓恒 黃市生 曾志彬 吳國洪

（1.東莞理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，廣東東莞523000；2.東莞市橫瀝模具科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，廣東東莞523000）

0 引言

新生嬰兒的體溫是多變的，如果沒有及時(shí)處理好體溫問題，嬰兒的健康可能會(huì)受到影響，特別是發(fā)燒，將直接影響嬰兒的大腦與其他神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育[1]。現(xiàn)有的嬰兒體溫貼產(chǎn)品，是一種輔助測量嬰兒體溫的工具，但需要監(jiān)護(hù)人親自去看體溫?cái)?shù)據(jù)，存在很多不便之處，比如夜晚時(shí)監(jiān)護(hù)人需要時(shí)常醒來檢查嬰兒的體溫變化情況，導(dǎo)致監(jiān)護(hù)人睡眠質(zhì)量下降或睡眠不足，一定程度上會(huì)對心血管系統(tǒng)造成危害[2]；還有，很多時(shí)候監(jiān)護(hù)人會(huì)由于忙于家務(wù)或作息情況，或不能及時(shí)了解到嬰兒的當(dāng)前體溫，或提心吊膽，種種不便時(shí)有發(fā)生，因此，需要研發(fā)一種輔助監(jiān)控嬰兒體溫的智能設(shè)備。

本文提出了一種頭戴式嬰兒體溫監(jiān)控設(shè)備的設(shè)計(jì)方案，通過設(shè)計(jì)合理的硬件結(jié)構(gòu)，利用STM32采集嬰兒額頭的溫度值并進(jìn)行分析[3]，再輔以相應(yīng)的提醒來呵護(hù)嬰兒的健康。下文將具體從機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與軟件系統(tǒng)搭建兩方面進(jìn)行對該頭戴式嬰兒體溫監(jiān)控設(shè)備闡述。

1 硬件平臺設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的頭戴式嬰兒體溫監(jiān)控設(shè)備包括檢測裝置和與之配套的提醒裝置。

（1）檢測裝置包括頭帶、電子元件固定架、STM32最小系統(tǒng)板一、高精度溫度傳感器、藍(lán)牙發(fā)送模塊、彩色LED燈、紐扣電池艙。所設(shè)計(jì)的頭帶具有伸縮性，用于把檢測設(shè)備固定在嬰兒額頭。STM32最小系統(tǒng)板一和藍(lán)牙發(fā)送模塊設(shè)置在電子元件固定架的方形孔中；高精度溫度傳感器設(shè)置在電子元件固定架與額頭接觸的表面，共設(shè)置了兩個(gè)高精度溫度傳感器；彩色LED燈設(shè)置在電子元件固定架的正前方外表面；紐扣電池艙設(shè)置在電子元件固定架的上表面。

高精度溫度傳感器通過I2C接口SDA、SCL與STM32最小系統(tǒng)板一電連接，STM32最小系統(tǒng)板一的USART1_TX、USART1_RX接口與藍(lán)牙發(fā)送模塊的RX、TX接口電連接，STM32最小系統(tǒng)板一與彩色LED燈之間串接一個(gè)1 kΩ的電阻。

（2）提醒裝置包括藍(lán)牙接收模塊、STM32最小系統(tǒng)板二、蜂鳴器、OLED顯示屏、音響箱體。藍(lán)牙接收模塊、STM32最小系統(tǒng)板二設(shè)置在音響箱體的內(nèi)部，蜂鳴器、OLED顯示屏設(shè)置在音響箱體的上方。藍(lán)牙接收模塊的RX、TX接口與STM32最小系統(tǒng)板二的USART1_TX、USART1_RX接口電連接，檢測裝置與提醒裝置通過藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)無線連接。蜂鳴器的信號引腳S端與STM32最小系統(tǒng)板二的PA1引腳電連接；OLED顯示屏的OLED DC、OLED RST、OLED D1、OLED D2分別與STM32最小系統(tǒng)板二的PA15、PB3、PB4、PB5電連接。

2 軟件系統(tǒng)搭建

系統(tǒng)運(yùn)行方式為：初始化連接電子元器件的各個(gè)IO口，在STM32最小系統(tǒng)板一上，啟動(dòng)I2C總線通信，發(fā)送特定指令0XE3和0XF3，I2C總線應(yīng)答，高精度溫度傳感器返回溫度值至STM32最小系統(tǒng)板一；STM32最小系統(tǒng)板一進(jìn)一步通過藍(lán)牙模塊發(fā)送溫度值至藍(lán)牙音響的STM32最小系統(tǒng)板二，STM32控制溫度值顯示在OLED顯示屏上。

下面為具體的檢測方法，基于STM32最小系統(tǒng)板一的條件運(yùn)算：

（1）當(dāng)溫度值在閾值范圍之內(nèi)，LED燈常綠，說明檢測設(shè)備佩戴到位且體溫正常。

（2）當(dāng)溫度值大于閾值范圍，LED燈由綠變紅，同時(shí)通過藍(lán)牙模塊發(fā)送指令0X10到藍(lán)牙音響的STM32最小系統(tǒng)板二，觸發(fā)PA1引腳發(fā)生頻率較高的電平變化，即蜂鳴器發(fā)出頻率較高的警報(bào)聲，代表出現(xiàn)了發(fā)燒癥狀。

（3）當(dāng)溫度值小于閾值范圍，LED燈由綠變藍(lán)，同時(shí)通過藍(lán)牙模塊發(fā)送指令0X20到藍(lán)牙音響的STM32最小系統(tǒng)板二，觸發(fā)PA1引腳發(fā)生頻率較低的電平變化，即蜂鳴器發(fā)出頻率較低的警報(bào)聲，代表了兩種情況：一是嬰兒體溫低于正常范圍；二是檢測設(shè)備佩戴不到位，溫度傳感器未能正常接觸額頭。

3 結(jié)語

本文所做的工作總結(jié)如下：第一，根據(jù)功能要求對設(shè)備硬件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；第二，根據(jù)設(shè)備的功能要求搭建了軟件系統(tǒng)。

本文設(shè)計(jì)了一種頭戴式嬰兒體溫監(jiān)控設(shè)備，能夠通過高精度溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測嬰兒額頭的溫度，利用STM32處理器并通過I2C通信方式采集高精度溫度傳感器的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步通過藍(lán)牙模塊把溫度值傳送至提醒裝置，把溫度值顯示在提醒裝置的顯示屏上以實(shí)現(xiàn)可視化；同時(shí)該設(shè)備能夠?qū)囟葦?shù)據(jù)進(jìn)行分析，當(dāng)溫度傳感器的測量值超出閾值范圍時(shí)，蜂鳴器會(huì)警報(bào)，頭戴式嬰兒體溫監(jiān)控設(shè)備的LED燈會(huì)發(fā)生顏色變化，以達(dá)到智能檢測嬰兒體溫的目的。