基于Android系統的人體智能體溫計設計與研究

錢琳琳，劉婷

1. 泰安市中心醫院 設備科，山東 泰安 271000；2. 泰山醫學院 外國語學院，山東 泰安 271016

引言

人體體溫監測可以為人體疾病診治提供重要的依據，傳統的體溫計具有測量體溫反應時間長、不方便觀察體溫數據，對于需要長期監測體溫數據的測量者不方便記錄的缺點。隨著Android智能手機的快速普及，基于Android平臺的軟件開發很快成為新的主流開發平臺[1]，本文設計了基于Android系統的人體智能體溫計的測量方案，可以實時實現對人體體溫數據的采集、處理，實現體溫數據的藍牙傳送、顯示、保存及查詢，具有測量準確、操作簡單的優點[2]。

1 硬件設計

PT100是一種正溫度系數的熱敏電阻，其電阻隨溫度的升高阻值變大，它具有精度高、穩定性好、抗干擾能力強的優點，廣泛應用于溫度測量中[3]。溫度每變化一度，PT100的阻值變化0.39 Ω，如果PT100的線很長，其電阻值就越大，線長短的不同會造成測量結果的不同，本文設計的人體智能體溫計外觀很小，屬于短距離測量，故采用兩線制的PT100。

本文設計的人體智能體溫計電路由電源電路、測溫電路（圖1）、控制電路和藍牙通訊模塊（圖2）組成，其中電源電路采用USB供電方式，它由USB、集成三端穩壓塊LM317和相應的電路組成，可以很穩定的輸出3.0 V電壓。電橋電路由電阻R3，R4，R6（R3，R4，R6的精度均為±0.1%）和PT100組成，REF3030為電壓基準芯片，它的作用是為電橋電路提供標準的3.0 V電壓。差分放大電路由差分放大芯片AD623和一個2 kΩ（精度為±0.1%）的放大反饋電阻組成，差分放大電路可以精確的把電橋電路的輸出壓差放大51倍，其輸出電壓為Vout?？刂齐娐愤x用低功耗的MSP430F149單片機作為控制器，電橋電路的輸出壓差Vout與MSP430F149的P1.1管腳相連，藍牙模塊采用低功耗BLE藍牙4.0，其TXD管腳和RXD管腳分別與MSP430F149的P3.6/URXD1、P3.7/UTXD1管腳相連。

2 軟件設計

2.1 智能體溫計單片機控制程序設計

圖1 電源電路和測溫電路

圖2 控制電路和藍牙模塊電路

智能體溫計單片機控制程序主要功能是將AD623采集到的電壓轉換成PT100的電阻值[4]，根據PT100鉑電阻的分度表找出電阻值對應的溫度，將溫度數據通過藍牙模塊傳送給Android手機，該部分的工作流程，見圖3。

2.2 智能體溫計A P P的設計

本文中APP的設計采用Android 4.2版本和Eclipse Platform 4.2.1工具開發，該APP的主要功能是接收單片機通過藍牙模塊傳送來的溫度數據，顯示溫度數據的同時并語音播報溫度數據，此外該溫度數據和被采集者的信息以.txt文檔的形式保存在名稱為data的文件夾中以方便查看，智能體溫計APP軟件工作流程，見圖4。

圖3 智能體溫計單片機控制程序流程圖

圖4 智能體溫計APP軟件工作流程圖

2.2.1 藍牙通信模塊的設計

該模塊與智能體溫計下位機的通信是通過Android平臺提供的藍牙API來實現的，其通信過程主要有四個步驟：藍牙設備打開與關閉、周圍藍牙設備的搜索、與所需藍牙設備的連接及配對藍牙設備間的數據通信。為了獲取Android手機藍牙硬件的支持，在調用藍牙API前，需要在AndroidManifest.xml文檔中聲明藍牙的使用權限，藍牙的使用權限的聲明代碼如下：

＜ uses-permission android: name=”android.permission.BLUE-TOOTH “/ ＞

＜ uses-permission android:name=”android.permission.BLUETOOTH_ADMIN”/＞

該模塊界面設計比較簡單，主要由一個藍牙按鈕組成，打開藍牙按鈕后會自動打開藍牙搜索設備功能，將搜索到的藍牙設備以列表的形式列出，點擊設備列表下要連接的藍牙設備名稱，首次連接需要輸入密匙1234，即可實現和智能體溫計下位機的藍牙配對成功[5]（圖5）。

2.2.2 體溫數據接收與顯示模塊的設計

該模塊可以分別顯示開爾文溫度和華氏溫度，見圖6。當Android手機的藍牙和下位機的藍牙配對成功后即可將接收到的智能體溫計下位機發送的溫度數據并在界面上顯示出來。藍牙模塊間的通信與串口通信方式相同，該模塊設計中藍牙與智能體溫計下位機間通信采用串口通信的方式，每個服務都有一個與藍牙設備對應的全局唯一標識符Universally Unique Identi fi er（簡稱UUID），本文采用標準 UUID：00001101-0000-1000-8000-0080 5F9B34FB， 通過調用藍牙設備類BluetoothDevice的createRfcommSocketToServiceRecord（UUID）方法來獲取藍牙通信的套接字BluetoothSocket?？蛻舳苏{用藍牙適配器BluetoothAdapter的地址，對搜索到的智能體溫計下位機的藍牙設備發起連接請求，建立起在同一RFECOMM信道上的藍牙套接字BluetoothSocket，并通過套接字BluetoothSocket的getInputStream( )和getOutputStream( )方法獲取輸入輸出流與智能體溫計下位機進行通信[6-10]。

圖5 體溫顯示模塊

圖6 體溫及采集者信息保存模塊

2.2.3 語音播報模塊的設計

Android平臺中默認沒有安裝文字語音轉換Text To Speech（TTS）數據包，無法實現文字到語音的轉換，若需要讀取中文，需要下載第三方提供的語音包[11]，本設計采用科大訊飛開發的語音包，并將該包的jar包引入到所建工程的buildPath中，此外Android手機上需要安裝訊飛語音APK，APK安裝成功后，打開手機設置→語言和輸入法→文字轉語音（TTS）輸出→默認引擎選擇“訊飛語音合成”，可以設置男生或女生發音，當接收到智能體溫計下位機發送來的體溫數據后開始中文播報體溫數據。

2.2.4 體溫及采集者信息保存模塊設計

溫度及采集者的信息以.txt文檔的形式保存在SD卡中，如圖6所示，為了能夠在SD卡中保存數據，在調用API前，需要在 AndroidManifest.xml文檔中聲明SD卡的使用權限。

在SD卡中創建與刪除文件的權限：＜uses-permission android:name=”android.permission.MOUNT_UNMOUNT_FILESYSTEMS” /＞

在SD卡中寫入數據的權限：＜uses-permission android:name=”android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE” /＞

當輸入完被測者的基本信息后，點擊保存按鈕后被測者的信息及智能體溫計下位機傳來的體溫數據會保存在SD卡的data文件夾中日期文件夾下的.txt文檔中，見圖7～8。

圖7 體溫及采集者信息保存文件

圖8 體溫及采集者信息保存內容

3 實驗結果

為了驗證本文設計體溫計的準確性，采用HWT系列恒溫水浴箱測量的溫度作為標準體溫，該水浴箱的溫控精度為±0.1℃，溫控范圍為25℃～100℃。人體溫度主要在35℃～42℃之間進行變化，故在35℃～42℃之間每隔0.5℃選擇一個標準溫度進行測量，該測量結果如表1所示，絕對誤差AE（Absolute Error）用T0表示，T0=∣T2-T1∣，水浴箱溫度用T1表示，本文設計的體溫計的測量溫度用T2表示，將本文設計的體溫計放入水浴中，將水浴箱的溫度從35℃～42℃范圍內每隔0.5℃進行設定，每次測量要求水浴箱的顯示溫度保持5 min內且溫度不變時記錄下本文設計體溫計的溫度數據。本文測量的15組溫度數據結果顯示本文設計的體溫計與水浴箱溫度數據的最大絕對誤差為±0.2℃，說明本文設計的體溫計體溫測量的準確度很高，能夠滿足對測量人體體溫的要求[12-14]。

4 結論

本文設計的智能體溫計下位機是采用MSP430單片機作為控制器，比采用STC89C52單片機作為控制器設計的測溫儀處理速度快，測量值與標準溫度數據相比最大絕對誤差為0.2℃，具有很高的精度。智能體溫計的APP能夠顯示被測者的體溫數據，并能夠通過語音把體溫測量值播報出來，解決了傳統水銀體溫計及電子體溫計不便于視力不好人群使用的缺點[15-17]，體溫數據及被測者信息能夠保存在SD上，方便體溫數據的記錄及日后查閱，對于需要長期監測體溫并對體溫數據進行對比的使用者具有重要意義。

表1 體溫計的準確性的測量結果（℃）