基于物联网的早期糖尿病足底温度测量系统的研究与设计

田慧通 崔琳

摘要：随着社会的发展，物质的日益丰富，人们生活水平的提高，由环境因素和遗传因素导致的糖尿病也逐渐成为世界性疾病之一，我国糖尿病发病率也逐年上升，据不完全统计目前我国糖尿病患病率为9.7%，患者人数近1亿，呈快速增长趋势。我国目前主要是针对早期糖尿病足进行预测判断，然后针对性地进行治疗，而且这一手段变得越来越注重要。糖尿病早期足部皮肤温度常出现异常情况，但由于现在足部皮肤温度测量很多实行红外成像测量，这种检测方式步骤烦琐，误差大，往往不能够及时对病情做出有效判断，从而错过了护理和治疗的最佳时期。本文是基于物联网技术、物联网传感器技术、数据的传输采集和处理等技术，针对足部表皮温度测量设计出一种早期糖尿病足底温度测量系统，它能够高精度地、方便快捷地测出足部皮肤不同区域的温度，并且通过对数据的分析和处理让医生在第一时间了解患者的情况，为医生对早期糖尿病患者的检测和诊断提供依据。

关键词：物联网；早期糖尿病的检测诊断系统；温湿度测量；数据分析

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）12-0230-03

本文是基于物联网技术的早期糖尿病人的异常足底温度的测量和识别展开的设计和研究，将足底温湿度测量传感器和数据处理分析结合在一起，通过精准的温湿度数据采集和可视化界面数据输入及其综合分析相结合实现对早期糖尿病的检测和诊断，从而将糖尿病的危害进一步检测与控制，防止病人病情进一步恶化。

相对于传统的红外线温度测量系统，本系统能为医生的诊断提供可靠数据对早期糖尿病足进行更精确的判断，给糖尿病患者提供一个提前预防和护理糖尿病足的机会，为预防治疗早期糖尿病做出贡献。

物联网技术[1]是指通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等一些信息传感设备，按设定好的协议实现将任何物品与互联网连接起来，进行信息交互，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理等一系列功能的一种网络技术。所以“物联网技术”的核心和基础仍然是“互联网技术”，物联网技术是在互联网技术基础上的延伸和扩展的，其用户端可以延伸和扩展到了任何物品和物品之间，同时物联网技术可以通过底层感知模块感知到物体具体信息，通过网络通信交互传输到控制平台，对具体数据进行收集、传输、处理和挖掘[2]。基于物联网的早期糖尿病足底温度传感器系统就是将温湿传感器技术与物联网技术相融合，通过互联网信息的传输将温湿度传感器测量出的数据进行采集、加工、分析等处理实现信息快速准确的传递，为医生对早期糖尿病的检测和诊断提供依据。

1 物联网平台

图1是物联网的层次架构图。整个物联网体系结构[3]可以分成：1）应用层：通过SOA、海量存储、分布式数据处理、数据挖掘、信息管理等方式对一切收集到的信息都可以用来进行温度检测、环境检测、智能生活等方面的应用；2）网络层：给应用层提供网络支撑，其主要以互联网技术为基础、一般采用的网络层结构有移动通信网络、异构网络、M2M网络等；3）感知层：主要用于人体不同时段足底温度的测量和信息智能的采集，由感应装置（射频识别标签和读写装置）、各种类型的传感器、界面化显示、等基本识别装置和传感器件组成，其中还包括了协同信息处理和数据采集两个部分。

2 早期糖尿病的检测与诊断系统

早期糖尿病检测与诊断系统的框架模型如图2所示，其中包括了温湿度传感器模块、Stm32微控制器模块、数据存储模块、电源模块、数据传输和可视化界面。

温湿度传感器模块：由SHT35温湿度传感器来测量早期糖尿病人足底温度，通过完全校准、线性化和温度补偿数字输出数据，将测量出来的数据传递给STM32微控制器模块。

STM32微控制器模块[1]：STM32微控制器与ADC配合使用实现温湿度测量，再根据温湿度传感器传输过来的数据进行分析和处理，将分析和处理后的数据传输到可视化界面，可视化界面提供两个可供用户选择的独特I2C地址温湿度传感器实物图。

存储模块和电源模块：存储系统模块主要是为了记录病人每次测量所获得的足底温度-时间节点数据，防止数据丢失，也可以实现通过存储系统直接接入处理器进行数据处理。对于存储模块可以拟选用SD卡作为存储器，其具有体积小，携带方便，稳定性强，功耗小，容量大的特点；电源模块拟通过外部电源实现插口供电。使用外部供电具有减小了设备本身的工作压力，操作起来比较简便等优点。

可视化界面：采用Qt和Matlab，對数据进行进一步处理，将STM32微控制器模块分析的数据通过串口（用QT软件根据传输的数据要求设计出的串口界面）导入处理器的数据库，利用EXCEL（调用数据方便快捷，生成的曲线图象清楚明了）调用数据库中的数据画出糖尿病人足底的温度曲线图，测量双足同一部位的温度差以及某一部位的温度变化，当双足同一部位的温度差超过正常范围或者某一部位的温度变化超过人体正常的变化趋势，则可以做出预见性的诊断，为医学治疗提供诊疗手段，通过对比即可直观发现足底温度的异常。

3温湿度测量

3.1 硬件核心

基于物联网的早期糖尿病足底温湿度测量系统，温湿度测量[1]模块是基于SHT35温湿度传感器来设计的，温湿度测量模块系统框架如图3所示。

整个温湿度测量模块由主控芯片、时钟电路、复位电路、JTAG接口电路组成。采用周期循环采集模式接收数据，并及时复位，通过一个引脚二极管来控制传输和接收开关。SHT35温湿度传感器来测量早期糖尿病人足底温度具有如下特点：

1.完全校准、线性化和温度补偿数字输出。

2.工作电源电压范围宽，从2.4 V至5.5 V。

3.通信速度高达1 MHz，两个可供用户选择的独特I2C地址温度传感器实物图。

4.典型的准确性 SHT35误差为0.1°C。

5.响应快，测量时间短。

6.SHT35抗干扰能力强，精度高。

温湿度传感器个引脚具体功能和特点分布如下：

3.2硬件原理

STM32单片机处理器作为主控芯片，其采用ARM32位Cortex-M3 CPU构架，存储器：Flash存储器存储模块片上集成32-512KB存储空间，时钟、复位和电源管理：电源供电和I/O接口的驱动电压。上电复位、掉电复位和可编程的电压探测器。电源供电和I/O接口的驱动电压，用于CPU时钟的PLL。

3个12位的A/D转换器：A/D测量双采样和保持能力。片上集成一个温湿度传感器和一个双通道12位D/A转换器，最多可有112个的快速I/O端口，所有的端口都可以映射到16个外部中断向量，所有的都可以接受5V以内的输入。11个定时器：4个16位定时器，每个定时器有4个IC/OC/PWM或者脉冲计数器。2个16位的6通道高级控制定时器，6个通道可用于PWM输出。2个16位基本定时器用于驱动DAC。基本的STM32系统应当包括主控芯片、时钟电路、复位电路、JTAG接口电路这个组成部分，STM32的系统电路原理图如图4所示。

3.3软件设计

温湿度测量系统是基于QT和MTALAB[1]来处理分析所采集到的足底温度数据，利用QT 的跨平台图形用户界面应用程序开发框架，开发GUI程序，同时设计面向对象的框架，使用编写代码生成扩展（称为元对象编译器（Meta Object Compiler， moc））完成宏以及组件编程。通过MATLAB高级的矩阵语言进行运算，同时MATLAB也包含大量计算算法集合和具备的图形处理功能，利用MATLAB高级的矩阵语言实现计算结果和编程的可视化。

4 结束语

通过物联网技术的合理利用设计出一款贴合实际的医疗检测与诊断系统，帮助实现医院医疗的便捷化，也将物联网技术从传统的软硬件开发转向新兴的智能化（智能医疗领域）等系统的应用。本文针对传统的红外线温度测量系统的不精确和时间慢等缺点，在此基础上设计了基于SHT35温湿度传感器的智能糖尿病检测系统，整个系统的硬件部分由六个模块组成：温湿度传感器模块、STM32微控制器模块、数据存储模块、电源模块、数据传输和可视化界面模块。整个系统还可以与计算机连接，达到互联效果。基于物联网技术的早期糖尿病人的异常足底温度的检测设计和研究能够根据具体情况采取相应的应对措施，能满足人们实际的需求，是未来智能医疗系统或者智慧生态城设计的发展方向。

参考文献：

[1]Wang Yang，LIN Chuang， LI Quan-lin.Perform-anceanalys is of email system sunder three typesof attacks[J].Performance Evaluation，2010（6）：485-499.

[2]陳兴蜀，杨露，罗永刚，等.国内外物联网安全标准研究[J].信息安全研究，2016（5）：424-428.

[3]周春月，闫子琪.基于物联网技术的智慧实验室架构研究[D].北京交通大学，2014.

[4]张子栋，吴雪冰，吴慎山.智能传感器原理的组建与应用[J].河南科技技术学院：自然科学版，2008，2（36）：116-119.

[5]刘敏，庄勤亮.智能温湿度传感器的应用及其发展前景[J].温湿科技进展，2009（1）：38-42.

[6]周珊珊，朱桐，胡杨.基于Qt与MATLAB的混合编程技术[J].电子产品世界，2016（9）：55-76.