基于射频识别技术的体温电子标签研制

2016-07-23玲苏晓舟时先锋董冲李凯凡谭绍东

中国医学装备 2016年5期

李玲苏晓舟时先锋董冲李凯凡谭绍东

基于射频识别技术的体温电子标签研制

李玲①苏晓舟①时先锋①董冲①李凯凡①谭绍东①

［摘要］目的：设计一种用于体温测量的温度电子标签，实现实时对患者体温进行无接触式自动监测。方法：将射频识别（RFID）技术与传感技术相结合，利用数字温度传感器DS18B20采集患者体温，通过单片机MSP430F2274总控制，采用射频模块CC2500进行体温的发送及接收。结果：该体温电子标签结构简单、功耗低、体积小以及成本低廉；患者体温测量时可避免与医护人员之间交叉感染。结论：基于RFID的体温电子标签经济、实用，便于临床使用。

［关键词］MSP430F2274电子标签；温度；单片机；CC2500射频模块；DS18B20温度传感器

李玲，女，（1987- ），硕士研究生，工程师。广东省妇幼保健院设备科，从事医疗设备管理及维修。

China Medical Equipment，2016，13（5）:17-19.

［Abstract］ Objective: To design an electronic tag for measuring temperature can automatically monitor the temperature of patient in real time by wireless. Methods: The RFID technology combined with sensor technology， to collect the temperature signal of patient by the digital temperature sensor named DS18B20. Controlled by the microcontroller named MSP430F2274 is to transmit and receive the temperature signal of patient by the RF module named CC2500.

Results: The electronic tag for measurement of temperature has the characteristics of simple structure， low cost， low power consumption and small size. Conclusion: The electronic tag for measurement of temperature is economical， practical and very easy for clinical application.

［First-author’s address］ Department of Equipment， Maternal and Child Health Care Hospital， Guangzhou， Guangdong，511442， China.

在医学领域测量体温将有助于揭示人体某种生物物理和生理特征，在临床诊断与治疗中体温监测是一项常规而又重要的检查手段。温度是反应人体生理、病理和治疗的基本参数，可为诸多疾病的基础研究及其临床诊断、治疗提供客观的数据。临床监护和治疗中，医护人员常常要关注某些特殊患者，如重症患者或婴幼儿体温即时变化的情况。

1 体温测量与温度计

体温测量包括体表测量和体内测量。体表测量的方法有水银温度计和测量电子体温计测量。水银温度计测出的体温不易读数，而且测量时间较长，且有易被摔碎的缺点。电子体温计是近10年来逐渐被广泛使用的新产品，是以数字显示的体温计，但仍需人工测温。体内测量的温度主要是指胃肠消化道的温度，其为重要的生理参数，对于科学、正确地认识消化器官的物理、化学运动，评定消化道的功能、消化系统疾病的早期诊断以及防止消化器官的恶性病变均具有十分重要的意义。

目前，医院内除成本极高的重症监护病房内的患者外，其他住院患者的生命体征，如体温、血压和心跳等监控均由医务人员定时、定点人工进行采集和汇总，不仅费时、费力，且无法实现自动、实时完成。为此，本研究研制出一种基于射频识别（radio frequency identification，RFID）技术的体温电子标签，可实时自动对患者体温进行无接触式监测，有效地提高了医护人员的工作效率，避免了交叉感染［1-3］。

2 体温电子标签研制方案

体温电子标签用于体表测量的温度传感器为集传感器模块、数据处理模块和无线通信模块于一体，可自动对患者体温进行监测［4-7］。

2.1 系统框图结构

体温电子标签系统利用MSP430F2274单片机控制测温芯片DS18B20和射频模块CC2500［7-9］（如图1所示）。

图1 体温电子标签系统框图

2.2 系统硬件构成

（1）本研究设计的体温电子标签主控芯片采用TI公司的超低功耗16位单片机MSP430F2274，温度检测采用数字温度传感器DS18B20，射频部分采用TI公司的超低功耗的CC2500芯片［11］。系统电路如图2所示。

（2）射频模块通过由6个引脚组成的数字交互界面与控制器进行通信。将单片机的P1脚中的6位，分别与CC2500芯片的SI、CLK、SO、GDO2、GDO0和CS相连接，其中由CS、CLK、SI和SO组成串行外围设备接口（serial peripheral interface，SPI），负责控制器与CC2500芯片之间数据的发送（如图3所示）。

（3）选择TI公司的MSP430F2274单片机作为系统的微控制器单元（micro control unit，MCU）。该单片机具备如下特点：①超低功耗，在待机模式下工作电流为0.3 μA，而在实时时钟模式下工作电流为0.7 μA；②只需1 μs即可从待机模式唤醒；16位的精简指令集计算机（reduced instruction set computing，RISC）结构，指令的执行时间只需125 ns；③具有32 K的FLASH存储单元以及1 K的随机存储器（random access memory，RAM）。

图2 MSP430F149单片机与DS18B20接口电路及电源电路图

图3 CC2500芯片外围电路图

（4）采用TI公司的CC2500芯片作为系统的无线通信模块。CC2500芯片是业界体积最小、功耗最少、外围元件最少的低成本射频系统级芯片之一。该芯片特点如下：①工作于2.4 GHz全球开放工业科学医学（industrial scientific medical，ISM）频段，满足多点通信和跳频通信需要；②工作电压为1.8～3.6 V，低功耗，外围元件极少，内置硬件循环冗余校验（cyclic redundancy check，CRC）和点对多点通信地址控制。

（5）数字温度传感器DS18B20是美国DALLAS公司推出的单总线数字测温芯片，其具有独特的单线接口方式，能够直接读取被测物的温度值；测量范围为-55～125 ℃，在-10～85 ℃之内的测量精度可达±0.5 ℃。通过编程可实现9位、10位、11位和12位的分辨率读出温度数据，芯片出厂时默认为12位的转换精度。选择DS18B20作为测量体温的传感器，可达到临床要求。

2.3 系统机械结构图

本研究设计的体温电子标签包括用于体表测量和体内测量两种。

用于体表测量的体温电子标签是通过粘贴在体表上来测量体温。因此，需要将DS18B20芯片置于贴近平面处，外面用一层金属薄膜封装，有利于传递温度，两边则是附着粘贴剂的薄膜。将系统PCB板置于DS18B20芯片上层，而电源则置于系统PCB电路板之上，其电源采用纽扣电池即可（如图4所示）。

图4 体表电子标签的机械结构示图

用于体内测量的体温电子标签需要进入胃肠道进行测量，因此将其制成胶囊，可吞入体内，从而进行跟踪测量。整体结构设计与体表的电子标签相类似，其体温电子标签的机械结构如图5所示。

图5 体内温度电子标签的机械结构示图

2.4 系统软件构成

体温电子标签系统的功能是对人体温度进行采集，通过射频模块进行发送。温度的读取及显示均由外部阅读器完成，软件系统流程如图6所示。

图6 体温电子标签系统流程框图

3 结论

本研究研制的体温电子标签结构简单，体积小，价格便宜，功耗超低，通过阅读器可实现无接触地实时监测人体温度，能够避免患者与医护人员之间的交叉感染，该体温电子标签在成功实现监测人体温度的基础上，若对传感器进行更改，替换为其他的生理参数传感器，则可扩展成为各种生理参数的电子标签［12-13］。此外，体温电子标签的数据加密等问题有待进一步设计研究。

参考文献

［1］丁效军，郑理华.医疗设备RFID标签的设计和应用［J］.医疗卫生装备，2014，35（1）：48-52.

［2］米永巍，李怡勇，陈培昕.基于射频识别（RFID）技术的急救设备专管共用系统［J］.医疗卫生装备，2011，32 （11）：50-51.

［3］王清波，虞成，朱隽典，等.基于电子标签的监护仪维护管理系统研发［J］.中国医学装备，2014，11（10）：53-56.

［4］彭祖林，邓罗根，刘细华.用于测量体温的无线实时监测系统的设计与实现［J］.微计算机信息，2005（1）：59-60.

［5］林济南.基于RFID的高值医用耗材管理信息系统设计与实现［J］.计算机与现代化，2011（6）：171-174.

［6］阳莉萍，武玲玉，唐伟，等.基于RFID技术的手术室物联网应用系统的研究［J］.中国当代医药，2014，21（11）：176-178.

［7］王竹萍，曹世华，章笠中.基于RFID技术在医院ICU设备清点跟踪系统的设计［J］.中国数字医学，2008（3）：43-46.

［8］王明英.温度传感器DS18B20的应用［J］.中国棉花加工，2007（6）：10-12.

［9］赵海兰，赵祥伟.智能温度传感器DS18B20的原理与应用［J］.现代电子技术，2003（14）：32-34.

［10］马艳，韩佳，马号理.基于MSP430f2274的非接触式IC读卡器的设计与实现［J］.科技信息，2011（21）：20-21.

［11］刘振文，邓毅华，彭友斌.基于CC2500的2.45GHz RFID系统设计［J］.电子技术应用，2008（7）：40-42.