便携式蓝牙体温记录仪的设计与实现

沈显威，李冬严，胡 明，孙 敏

便携式蓝牙体温记录仪的设计与实现

沈显威，李冬严，胡 明，孙 敏

目的：设计一款便携式可穿戴高精度体温记录仪，实现对体温参数的长期记录及蓝牙传送。方法：以STC15F2K60s单片机为核心处理器，采用TSic-506F高精度测温芯片，通过蓝牙传输技术，实现对体温参数的长期监测、记录及传送。结果：该体温记录仪能够实现体温数据的实时采集和蓝牙传送，温度测量精度能达到±0.1℃设计要求。结论：该体温记录仪小巧便携、功耗低，连续记录时间长、测量精度高，适合人体长期穿戴，能满足临床一些特殊患者需求，可以推广应用。

体温记录仪；温度传感器；蓝牙技术

0 引言

体温是人体生理状况的重要指标。机体的产热和散热受神经中枢调节，很多疾病都可使体温正常调节机能发生障碍而使体温发生变化。有资料表明，体温与睡眠、血压、血糖、心率以及个体免疫甚至患癌几率都有重要的关系[1-3]。所以，长期连续监测患者体温，并通过回放数据来分析体温的变化，将对疾病的预防、诊断以及判断某些疾病的预后状况、人体的健康状态具有重要意义。近年来，可穿戴体温计产品层出不穷[4-5]，在长期连续测量、无线发送及可穿戴方面都在不断改进[6]。基于此，本课题采用TSic-506F高精度测温芯片，以STC15F2K60s为处理器，以低功耗的方式实现体温测量、存储、回放、报警等功能，并通过蓝牙及USB与手机或计算机进行数据传输。该体温记录仪小巧便携、精度高、可随身穿戴，既可用于科学研究，也可用于临床长期监测体温的患者及人群。

1 硬件设计

1.1 总体设计

该体温记录仪由温度传感器、单片机、通信及存储单元组成，系统框图如图1所示。单总线温度传感器在单片机的控制下将实时检测的温度信号存入存储单元中，并在需要的情况下，通过无线蓝牙或USB口将所采集到的温度数据发送给计算机或手机（现仅限安卓操作系统）中，通过上位机软件对采集的温度信号进行描记曲线，并提供诸如女性生理周期表等分析功能。在实时的采集过程中，设置有高低温报警，通过麦克风进行声音报警，通过按键进行解除。

图1 蓝牙体温记录仪系统框图

1.2 设计制作

如图2所示，温度传感器芯片采用TO92封装，用椭圆形不锈钢附加弹性缚紧材料进行封装，温度信号通过微带线与主板连接。微带线外面包覆柔软而结实的棉布，对主板及电池进行防湿抗压处理。椭圆形不锈钢外体既可以保证良好的导热，又可以抗压而不磨损皮肤。弹性缚紧装置可以确保温度传感器和所监测的部位很好地贴紧，通过缚紧装置，可选择的测量部位可为腋下、乳房、胸腹部、四肢等可以进行缚紧的部位[7]。整体工艺简洁、轻便、透气、抗压、防潮，戴取操作方便。图3为初步制作出来的实物图。

图2 蓝牙体温记录仪工艺框图

图3 蓝牙体温记录仪实物图

1.2.1 温度传感器

TSic-506F芯片是瑞士IST公司生产的单总线高精度温度传感器。它采用与绝对温度成比例的高精度参考源，集成低功耗、精密模数转换器（analog to digital converter，ADC）和片上数字信号处理单位，具有电可擦除存储器来精确地校正以输出温度信号。TSic系列温度传感器全部经过测试和校正，在交付时就可获得绝对的测量准确性，不需要进一步的校正。在10～40℃的范围内具有±0.1℃的精度、0.004～0.034℃信号分辨率，比1/3DIN B的铂传感器更加精确，具有良好的精度和长期的稳定性。从表1可以看出，该芯片在5～45℃测量范围内，测量精度高于±0.1℃，满足体温测量精度要求。

表1 TSic-506F测量精度范围表 ℃

该芯片为3.3 V供电，可提供数字输出信号，典型电流值为30 μA，是移动应用的理想选择。TSic外形及引脚采用SOP8和E-LINE 2种封装形式，其管脚定义见表2。其中E-LINE封装可以制作成圆柱形金属探头形式，适宜数据记录器、数字温度计以及温度监控和测量应用。

表2 TSic-506F集成温度芯片管脚信号定义

1.2.2 无线蓝牙

根据系统需要，采用济南华茂科技有限公司的HM06A蓝牙模块。该蓝牙模块采用CSR BlueCore、TI CC2540芯片，配置6～8 MB软件存储空间，支持AT（attention）指令，用户可根据需要更改主、从模式以及串口波特率、设备名称、配对密码等参数，使用方便。该模块只有13.5 mm×18.5 mm×2.3 mm大小，适用于袖珍设备。

2 软件设计

2.1 下位机

该系统以STC15F2K60s单片机为核心处理器。该单片机采用STC-Y5超高速CPU内核，单指令周期，自带有高精度内部5～35 MHz时钟、内部高可靠复位电路，具有Flash在线编程技术，配以KeilC集成开发环境与STC-ISP在线编程软件为开发平台，使得开发设计简单便捷[8]。

根据本项目实际情况，每一分钟采集一次温度信号，温度信号采集间隔时间可以按照实际需求进行一定的缩短或延长。具体软件流程如图4所示。首先对设备进行上电初始化，然后对温度传感器供电，确认温度信号稳定后进行采集、存储并无线发送，然后关闭蓝牙及温度传感器供电，系统进入低功耗计时状态，计时1 min后再次采集。对于长时间存储的批量温度数据，可以通过USB口进行批量上传。

图4 下位机系统软件流程图

2.2 上位机

上位机采用VB编程[9]。手机只支持安卓平台（由厂家提供的测试软件），可通过蓝牙进行无线实时数据传送和查看。计算机可以通过USB接口批量接收温度数据，并转存为TXT文本文件，以备做进一步数据分析处理。数据上传接收测试界面如图5所示。上位机测试软件采用LabVIEW开发平台。手机和计算机

图5 上位机采集测试软件图

（▶▶▶▶）（◀◀◀◀）处理软件拟逐步增加一些分析功能软件，结合临床病例及个体差异情况，给予诊疗建议和健康指导。

3 实际应用

初步测试，佩戴者为男性24岁医院实习志愿者，将体温传感器用弹性绷带缠缚在左手上臂接近腋窝处，体温记录主板埋藏在软性绒布中，通过微带线与传感器连接，微带线与记录主板同时附着在内衣上。采集1 d的时长，采集数据通过蓝牙软件以TXT文本形式存入计算机，然后经Excel画图，形成人体24 h体温数据曲线，如图6所示。可以看出，该体温记录仪能够实现体温数据的实时采集、蓝牙传送，温度测量精度达到±0.1℃设计要求。佩戴期间，弹性绷带的缚紧度适合，佩戴者没有不舒适情况。

Design and realization of portable Bluetooth body temperature recorder

SHEN Xian-wei1,LI Dong-yan1,HU Ming1,SUN Min2
(1.Jilin Corps Hospital of CAPF,Changchun 130052,China;2.China Patent Technology Development Company,Beijing 100088,China)

ObjectiveTo design a portable,wearable and high-precision body temperature recorder to realize long-term recording and Bluetooth transmission.MethodsLong-term monitoring,recording and transmission of body temperature were implemented with core STC15F2K60s SCM,TSic-506F high-precision temperature measuring chip and Bluetooth transmission technique.ResultsThe measuring accuracy was between-0.1 and 0.1℃.ConclusionThe recorder has high portability,low power consumption and high measuring precision,and thus is worthy popularizing practically.[Chinese Medical E-quipment Journal，2015，36（8）：45-46，70]

body temperature recorder;temperature sensor;Bluetooth technology

R318.6；TH776.1

A

1003-8868（2015）08-0045-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.08.045

武警部队后勤部科研项目（WJWSB2012-02）

沈显威（1972—），男，博士，高级工程师，主要从事生理信号检测及医疗设备质控方面的研究工作，E-mail：shenxianwei@163.com。

130052长春，武警吉林省总队医院（沈显威，李冬严，胡 明）；100088北京，中国专利技术开发公司（孙 敏）

孙 敏，E-mail：sunmin19@163.com