网络化电子体温测量系统的研制

欧伟明,邓新群

(1.湖南工业大学电气学院,湖南株洲412007;2.株洲市中心医院妇产科,湖南株洲412007)

·技术与方法·

网络化电子体温测量系统的研制

欧伟明1,邓新群2

(1.湖南工业大学电气学院,湖南株洲412007;2.株洲市中心医院妇产科,湖南株洲412007)

目的 研制网络化电子体温测量系统。方法 分析国内外体温测量工具的使用现状,研制由数字温度传感器DS18B20和微控制器AT89S53两部件组成的体温测量系统。结果 可以多人同时测量体温,并能够实现体温测量的网络化,测温分辨率达到0.0625℃。结论 目前,大部分医院采用玻璃水银温度计测量体温,护理工作量大且存在水银中毒的危险,网络化电子体温测量系统是今后体温测量的发展趋势。

体温测量;电子体温计;医院信息化系统

[Nurs J Chin PLA,2014,31(18):69-71,74]

体温是指人体胸腔、腹腔、脏器和脑内部的温度,也称为体核温度[1]。由于人体深部温度不易测量,临床上通常用腋窝、口腔、直肠、腹股沟等处温度来代表人体的体温。体温变化往往是病情发展的表现,体温测量值的准确性和可靠性直接影响疾病的诊断、治疗、护理工作的效果。目前,国内体温测量多采用玻璃水银体温计,随着玻璃水银体温计在欧洲市场的逐步淘汰,它在我国的应用必将面临使用限制直到淘汰,所以临床上迫切需要一种新型的体温测量工具。现在市场上已经出现诸如电子体温计、红外耳温计、红外体表温度计、红外热像仪等自动体温测量工具,但在同一时间都只能测量一个人的体温,可能还具有少量数据存储的功能,但无法实现多人同时体温测量和数据传输功能,不能实现网络化体温测量,不利于医院信息化系统(hospital information system,HIS)的建设。本研究提出了一种可以供多人同时使用的网络化电子体温测量技术,并且本研究已经获得了国家实用新型专利(专利号:ZL201320342341.8),现报告如下。

1 设计思路

体温是住院患者的一项重要体征参数,在对患者的治疗和监护管理工作中,护理人员需要对患者的体温做定时测量,以便能够让医生及时了解患者的身体状况,对病情做出相应的判断,为制定治疗方案和护理方案提供参考。近年来,很多学者对体温测量的部位、时间、方法、工具等进行了多方面的研究[1-4]。目前,体温测量在大部分医院采用的是,利用玻璃水银体温计人工定时测量的方式,此项常规护理不仅耗费大量的人力,对测量结果进行汇总、查询、分析都比较繁杂,而且在读取测量结果时会感觉不方便,甚至读数不准确。因此,目前这种人工查测体温的传统方式有待改善。

虽然玻璃水银体温计具有性能稳定、误差小、售价低等优点,从而得到广泛应用,但是由于它同时存在测温时间长、易破碎、有汞中毒危险等不安全因素的缺点,已被欧盟决定从2005年起以后的4年内,将使其从欧洲市场上消失,并从2011年起禁止这种温度计对国外销售[4]。因此,这种体温计在我国的使用必定将受到限制,迫切需要寻求一种新型的体温测量工具。现在市场上出现了非接触式体温测量工具,如红外耳温计、红外体表温度计、红外热像仪等。另外,市场上还有基于半导体元件热敏特性的电子体温计。电子体温计和上述的非接触式体温测量工具都属于具有一定自动化程度和少量数据存储功能的体温测量工具,它们在同一时间只能对一个人进行体温测量,不能同时对多个人进行体温测量,并且没有数据传输功能,不能实现网络化体温测量,不利于医院信息化系统的建设[5-7]。

随着计算机技术、半导体技术的不断发展,半导体温度传感器可与相应的转换电路、接口电路、以及各种其他功能电路集成在一起,形成功能强大、精确、价廉、微小的数字温度传感器。一般而言,数字温度传感器的正常工作是在CPU的控制下完成的。基于此,我们运用数字温度传感器技术、微控制器应用技术,结合硬件和软件,研制了基于数字温度传感器DS18B20和微控制器AT89S53的体温测量系统,可以供多人同时进行体温测量,在液晶屏上实时显示多人的体温数值,并且可以与护士站的PC机相连接,从而实现网络化体温测量。

2 系统结构

2.1 体温测量节点结构图 体温测量系统中的一个测量节点如图1所示,包括:温度传感器网络、微控制器、显示模块、串行接口电路。在图1中,每一个数字温度传感器DS18B20就是一个测温探头,图中给出了18个测温探头,可同时对18人进行体温测量,一般能够满足一个病房的患者测体温的需要, 18个DS18B20的输出端(第2引脚)都连接到1-wire单总线上,构成温度传感器网络;1-wire单总线与微控制器AT89S53的P2.0引脚相连接; AT89S53连接到显示模块LCD240128,用来显示被测者的体温值;RS-485串行接口电路与AT89S53相连接,并且实现与护士站的PC机串行通信的功能;Hold按钮开关与AT89S53的第P2.1引脚相连接,是体温测量节点在使用时唯一的用户手动操作对象。

2.2 体温测量系统网络化结构图 图1所示的体温测量节点用于一个病房患者的体温测量,每一个病房对应着一个测量节点,所有的测量节点通过RS-485串行总线与护士站PC机相连接,实现体温测量的网络化,如图2所示。

图1 体温测量节点结构图

图2 电子体温测量系统网络化结构图

3 工作原理

3.1 测温探头DS18B20 1-wire单总线是美国Dallas Semiconductor公司的一项专利技术。DS18B20是Dallas Semiconductor公司推出的1-wire单总线数字温度传感器,具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易匹配CPU等优点。DS18B20内部自带A/D转换器,通过内部的温度采集、A/D转换等一系列过程,将被测温度以二进制数据形式输出,用户可以通过一些简单的算法,将二进制数据还原为温度值,其测温范围为－55℃～＋125℃,测温分辨率可达0.0625℃。DS18B20芯片内部有64 bit的序列号,出厂时每一块DS18B20芯片的序列号都不同,从而CPU可以识别不同的测温探头DS18B20。从测温原理的角度来看,DS18B20是一种基于半导体PN结电压-温度特性的电子式温度传感器。

3.2 微控制器AT89S53 微控制器AT89S53是一种单芯片形式的计算机系统,其芯片内部包括CPU、存储器、中断系统、输入输出接口电路等,AT89S53是本体温测量系统的控制核心,在程序的控制下,完成对DS18B20的温度测量控制,并将温度值送给显示模块LCD240128,用数字的形式显示在液晶屏上,本体温测量系统中AT89S53的CPU程序采用C51高级语言编写而成。

3.3 体温测量网络化 微控制器AT89S53芯片内部有串行接口电路UART,使用该串行接口电路UART并通过外部串行总线,体温测量节点可以与上位机PC实现串行通信。一个体温测量节点用于一个病房患者的体温测量,每一个病房对应着一个测量节点,护士站PC机与体温测量节点通过RS-485串行总线相连接,RS-485串行总线的通信距离达1.2 km,如图2所示。在图2中,由护士站PC机可以发出收集体温值的指令,PC机接收到体温测量数据后,可实现体温测量数据的存储、查询、打印等进一步的数据处理功能,这些功能的实现是在PC机应用软件的作用下完成的。PC机上运行的应用软件,利用MSComm6.0控件由Visual Basic 6.0开发写成,对串行口的设置情况是:“波特率”为2400 bp,无“校验位”,“数据位”为8,“停止位”为1。3.4 使用方法 本体温测量系统的使用简单方便,操作步骤如下:步骤1,测量体温前,先用毛巾擦干净被测者腋窝处,将测温探头紧贴腋窝深处皮肤,并夹紧手臂。步骤2,图1所示体温测量节点通电后,自动进入启动界面,揿Hold按钮,开始实时测量18人的体温,并且在液晶屏LCD240128上实时显示18人的体温值。步骤3,在实时测量体温、显示体温值的情况下,揿Hold按钮,可以锁定体温测量值,这时所显示的体温值不再随测量到的体温而变化。在锁定状态下,如果再揿Hold按钮,则又实时测量体温并实时显示体温值。步骤4,护士站的护士可以通过PC机应用软件的用户界面,监视任何一个被测者的体温测量情况,并可以发出体温测量数据收集指令,获得体温测量数据后,可以完成存储、分析等进一步的处理工作,当然也可以查询体温测量历史数据。

4 讨论

4.1 本系统的体温测量效果 为了检验本体温测量系统的测温效果,我们选取了一支正常的玻璃水银体温计,采用本体温测量系统和玻璃水银体温计对同一个人进行体温测量。首先,将玻璃水银体温计甩降至35℃以下,被测者腋窝处擦试干净,将玻璃水银体温计放置在其腋窝深处5 min后读取数据。然后,用本体温测量系统测量被测者同一腋窝深处的温度,5 min后从液晶屏读取数据,本体温测量系统的体温值显示到小数点后第4位数字。按照上述方法,做3轮体温测量,为了避免因为测量而影响人的体温,在每一轮体温测量之间休息5 min。结果表明,经3轮测量后,两种方法的体温测量平均值很接近,绝对误差只有0.0292℃,差异无统计学意义[8-9]。在图1所示的体温测量节点中,如果只接1个测温探头,就可以只对1人进行体温测量,在测量的整个过程中,通过注视液晶屏可以观察被测者体温测量的变化过程。由于微控制器AT89S53的强大功能、液晶屏LCD240128直观的数字显示功能,以及简单方便的操作使用步骤,所以这样的测量系统用于家庭人员的体温测量亦相当方便,如可以用作育龄妇女的基础体温测量[10]。

4.2 本系统对促进医院信息系统建设的作用 《中共中央国务院关于深化医药卫生体制改革的意见》中明确指出:建立实用共享的医药卫生信息系统;大力推进医药卫生信息化建设;以医院管理和电子病历为重点,推进医院信息化建设。建设已经成为提升医院管理水平、提高医疗护理质量的重要工具和手段。作为医疗不可或缺的重要部分,护理信息化的不断完善对于提升护理管理水平和护理质量、促进护理事业不断发展,起到重要作用。本体温测量系统中的每一个测量节点都能够实现一个病房患者的体温测量,而所有体温测量节点通过RS-485串行总线与护士站PC机构成体温测量网络,护士站PC机获取患者的体温数据后,将其融合到HIS中是很方便的,因此,本体温测量系统为HIS的建设打下了较好的物质基础。综上所述,本文介绍的体温测量技术,是一种网络化的电子式体温测量系统,具有结构简单、操作方便、显示直观的特点,由于采用了1-wire单总线技术,所以很容易增加或减少测温探头而不改变硬件电路,且体温测量节点与护士站的PC机相连接,可以实现所有病房患者体温测量的网络化,从而为医院的HIS建设提供物质基础,可以大大减轻护士的护理工作量,并提高护理工作的质量。

[1]周明芳,舒勤,李巍.体温测量研究进展[J].中华护理杂志,2005,40(11):863-864.

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(本文编辑:陈晓英)

Development of the Networked Body Temperature Measuring System

Ou Weiming1,Deng Xinqun2(1.College of Electrical and Information Engineering,Hunan University of Technology,Zhuzhou 412007,Hunan Province,China;2.Department of Obstetric and Gynecology,Central Hospital of Zhuzhou,Zhuzhou 412007,Hunan Province,China)

Objective To develop the networked new body temperature measuring system.Methods This paper analyzes the current application of body temperature measuring tool both in domestic and foreign countries,and develop the digital temperature sensor DS18B20 and micro controller AT89S53 temperature measuring system.Results Taking body temperature for multiple people at the same time is possible and can be networked,with a resolution of 0.0625℃.Conclusion At present,glass mercury thermometers are widely used in most hospitals which lead to heavy nursing workload and the risk of mercury poisoning.Networking electronic body temperature measuring system is now becoming the new trend.

body temperature measurement;electronic thermometer;hospital information system

10.3969/j.issn.1008-9993.2014.18.024

R472.9

A

1008-9993(2014)18-0069-03

2014-02-10

2014-06-09

欧伟明,硕士,教授,研究方向为嵌入式系统