基于移動通信的體溫測量分析系統的設計與實現＊

陳媛媛，史紅彥

（江蘇電子信息職業學院，江蘇 淮安223000）

1 引言

體溫是生命四大體征之一，準確地測量、記錄體溫數據對分析評估人體體征具有重大的參考價值。安全、便捷、準確地測得體溫，有利于疾病診斷和治療工作的及時展開[1]。特別是近年來眾多全球性流行性疾病肆虐，體溫測量成為眾多傳染性疾病的重要防控措施。目前常用的體溫測量設備，通常只能對單個點進行溫度測量，測量效率不高，數據記錄一般依賴手工操作，這樣使得被測者的體溫變化不能實時進行監測，有異常情況也不能被及時發現，從而可能錯失最佳治療時機。少數能自動記錄數據的電子體溫計大多不能存儲除體溫數值以外的數據，也不方便記錄、對比和分析數據。傳染性疾病高發期的公共場所，或是醫院、幼兒園、大中小學、公司等地，都需要能夠快捷、高效、精準且實時地測量體溫，并通過移動通信網絡將體溫數據傳送到信息平臺，進行體溫信息的統計和分析。

2 方案設計

基于移動通信的體溫測量分析系統在傳染病高發的特殊時期主要應用在家庭、學校、辦公室和其他公共場所。此系統能夠通過數據采集模塊快速有效地進行人體體溫測量，蜂鳴器對體溫異常者報警。主控模塊將采集到的體溫數據顯示的同時通過無線傳輸模塊將采集的數據發送到上位機。上位機實現對數據的存儲、顯示、異常報警。

體溫測量分析系統下位機部分主要由五大模塊組成：數據采集模塊、電源模塊、聲光報警模塊、顯示模塊和無線傳輸模塊。其中數據采集模塊用于體溫數據的采集工作，可使用溫度傳感器、紅外傳感器和NTC熱敏電阻等實現。選擇時可以從以下幾個方面進行綜合考慮：測溫的精準度、測量所需時間、功率損耗、應用場景以及性價比等。

作為下位機的主控制芯片，內置晶振具有高速串口和自帶高速A/D轉換器的單片機，滿足數據采集、轉換和發送需求。該單片機通過串口接收電壓參數并轉換為數字信號，然后對數據進行進一步處理，包括溫度換算和數據加密等，最后通過串口將數據發送給無線傳輸模塊。無線傳輸模塊采用無線通信技術，將數據采集模塊的體溫數據發送到上位機。本系統上位機使用Access建立數據庫來實現各用戶個人信息的管理，并對體溫實現數據的顯示、保存、分析等。基于移動通信的體溫測量分析系統設計如圖1所示。

3 體溫測量系統主要硬件設計

根據設計需求，要求測溫電路具有高靈敏度、高精度等特點，同時要保證體溫值的準確性和實際應用性。測溫電路設計如圖2所示。

該測溫電路主要由恒流源電路、放大電路、轉換電路和電容濾波組成。恒流源電路主要由信號源、放大器和PNP三極管組成。其中，信號源的供電從主控MCU中獲取，電壓為5 V，通過兩個串聯電阻從而產生電流。放大器選用的是德州儀器公司的四路運算放大器TLC2254CN，此放大器主要用在溫度控制、便攜式醫學器具、遠程壓力傳感器中，它能夠很好地輸入失調電壓，比常用的CMOS運算放大器功耗更低。為了確保電流恒定，利用TLC2254CN在電路中設計了一個電壓跟隨器。先將信號源電流通過電壓跟隨器，然后將一個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、小信號的PNP型三極管8 550，它的發射極接5 V電源，集電極接熱敏電阻，電源同樣從主控MCU中獲取，同時接入電阻R4。

圖2 測溫電路設計

對熱敏電阻來說，0.1℃的溫度變化引起的電阻變化大概為6Ω；那么對于人體體溫測量范圍來說，對應的電壓變化為0.000 6 V。

雖然這個電壓變化的值不大，但是如果不加處理，則可能造成較大的體溫測量誤差，從而測得的體溫值不準確，因此，需要增加放大電路來放大該電壓值。放大電路選用的仍是TLC2254CN放大器，通過選取合適的放大倍數可獲得需要的電壓放大值。轉換電路用來提高整個測溫電路的測溫精度，通過切換為熱敏電阻NTC或高精度電阻R5兩種通道來實現。

4 系統軟件設計

客戶端體溫監護系統要能實現手機與藍牙模塊的通訊，能夠存儲當前的體溫數據并能在界面顯示，還可以查看某個時間段的體溫數據曲線變化，實現異常報警等。它的功能具體包括以下幾個方面：①通訊。手機模塊掃描從機設備，與無線通信模塊進行連接，主要包括開啟無線通信，掃描無線通信設備，建立連接并選擇特征值。②存儲數據。手機將接收到的體溫數據存儲成txt文件，并可以保存在SD卡里。③顯示數據。能在界面顯示當前體溫值，并能將某個時間段的體溫數據以曲線變化方式展示。④查詢體溫。可以查詢最近三個月內任意一天的體溫變化情況。⑤異常報警。當體溫高于預先的設定值時，系統將會向特定的手機號碼發送信息，以提醒機主當前的體溫數值，實現體溫異常提醒或監護報警。

軟件開發流程如圖3所示。

圖3 軟件開發流程圖

5 實驗結果

為了更好地測試系統體溫采集的準確性，在同一情況和環境下，對同一個測試對象進行10次體溫測量。當該系統接收到的體溫數據穩定時，記錄此時的體溫值，利用水銀計測量時，將水銀體溫計在放入腋下10 min左右取出，記錄此時的體溫數據。測量結果表1所示。

通過測量結果可以看出系統測量的體溫值與水銀體溫計測量得出的體溫值相差0.1℃。

表1 體溫測量結果

6 結語

本文提出一種體溫測量分析系統，實現了體溫的實時監測與數據的分析處理。通過實驗結果表明此系統能夠快速準確地采集體溫并實現了體溫數據的顯示保存、統計分析，能夠及時發現體溫變化，及時發現異常。系統操作簡單、使用方便，在家庭、醫院、學校等公共場所具有實用價值。