基于移动通信的体温测量分析系统的设计与实现＊

2021-06-21陈媛媛史红彦

科技与创新 2021年11期

陈媛媛，史红彦

（江苏电子信息职业学院，江苏淮安223000）

1 引言

体温是生命四大体征之一，准确地测量、记录体温数据对分析评估人体体征具有重大的参考价值。安全、便捷、准确地测得体温，有利于疾病诊断和治疗工作的及时展开[1]。特别是近年来众多全球性流行性疾病肆虐，体温测量成为众多传染性疾病的重要防控措施。目前常用的体温测量设备，通常只能对单个点进行温度测量，测量效率不高，数据记录一般依赖手工操作，这样使得被测者的体温变化不能实时进行监测，有异常情况也不能被及时发现，从而可能错失最佳治疗时机。少数能自动记录数据的电子体温计大多不能存储除体温数值以外的数据，也不方便记录、对比和分析数据。传染性疾病高发期的公共场所，或是医院、幼儿园、大中小学、公司等地，都需要能够快捷、高效、精准且实时地测量体温，并通过移动通信网络将体温数据传送到信息平台，进行体温信息的统计和分析。

2 方案设计

基于移动通信的体温测量分析系统在传染病高发的特殊时期主要应用在家庭、学校、办公室和其他公共场所。此系统能够通过数据采集模块快速有效地进行人体体温测量，蜂鸣器对体温异常者报警。主控模块将采集到的体温数据显示的同时通过无线传输模块将采集的数据发送到上位机。上位机实现对数据的存储、显示、异常报警。

体温测量分析系统下位机部分主要由五大模块组成：数据采集模块、电源模块、声光报警模块、显示模块和无线传输模块。其中数据采集模块用于体温数据的采集工作，可使用温度传感器、红外传感器和NTC热敏电阻等实现。选择时可以从以下几个方面进行综合考虑：测温的精准度、测量所需时间、功率损耗、应用场景以及性价比等。

作为下位机的主控制芯片，内置晶振具有高速串口和自带高速A/D转换器的单片机，满足数据采集、转换和发送需求。该单片机通过串口接收电压参数并转换为数字信号，然后对数据进行进一步处理，包括温度换算和数据加密等，最后通过串口将数据发送给无线传输模块。无线传输模块采用无线通信技术，将数据采集模块的体温数据发送到上位机。本系统上位机使用Access建立数据库来实现各用户个人信息的管理，并对体温实现数据的显示、保存、分析等。基于移动通信的体温测量分析系统设计如图1所示。

3 体温测量系统主要硬件设计

根据设计需求，要求测温电路具有高灵敏度、高精度等特点，同时要保证体温值的准确性和实际应用性。测温电路设计如图2所示。

该测温电路主要由恒流源电路、放大电路、转换电路和电容滤波组成。恒流源电路主要由信号源、放大器和PNP三极管组成。其中，信号源的供电从主控MCU中获取，电压为5 V，通过两个串联电阻从而产生电流。放大器选用的是德州仪器公司的四路运算放大器TLC2254CN，此放大器主要用在温度控制、便携式医学器具、远程压力传感器中，它能够很好地输入失调电压，比常用的CMOS运算放大器功耗更低。为了确保电流恒定，利用TLC2254CN在电路中设计了一个电压跟随器。先将信号源电流通过电压跟随器，然后将一个51 kΩ的电阻置于放大器和PNP三极管的基极之间。PNP三极管选用的是大电流、低电压、小信号的PNP型三极管8 550，它的发射极接5 V电源，集电极接热敏电阻，电源同样从主控MCU中获取，同时接入电阻R4。

图2 测温电路设计

对热敏电阻来说，0.1℃的温度变化引起的电阻变化大概为6Ω；那么对于人体体温测量范围来说，对应的电压变化为0.000 6 V。

虽然这个电压变化的值不大，但是如果不加处理，则可能造成较大的体温测量误差，从而测得的体温值不准确，因此，需要增加放大电路来放大该电压值。放大电路选用的仍是TLC2254CN放大器，通过选取合适的放大倍数可获得需要的电压放大值。转换电路用来提高整个测温电路的测温精度，通过切换为热敏电阻NTC或高精度电阻R5两种通道来实现。

4 系统软件设计

客户端体温监护系统要能实现手机与蓝牙模块的通讯，能够存储当前的体温数据并能在界面显示，还可以查看某个时间段的体温数据曲线变化，实现异常报警等。它的功能具体包括以下几个方面：①通讯。手机模块扫描从机设备，与无线通信模块进行连接，主要包括开启无线通信，扫描无线通信设备，建立连接并选择特征值。②存储数据。手机将接收到的体温数据存储成txt文件，并可以保存在SD卡里。③显示数据。能在界面显示当前体温值，并能将某个时间段的体温数据以曲线变化方式展示。④查询体温。可以查询最近三个月内任意一天的体温变化情况。⑤异常报警。当体温高于预先的设定值时，系统将会向特定的手机号码发送信息，以提醒机主当前的体温数值，实现体温异常提醒或监护报警。

软件开发流程如图3所示。