物联网可穿戴体温监测系统设计

李兆千，李广凯，姜绍君，董 浩，尹文杰，焦禹涵

（大连理工大学城市学院，辽宁 大连 116600）

0 引 言

目前，国内外众多科研工程人员对新型人体可穿戴式的医疗设备进行了大量研究。但是，这些可穿戴体温监测设备还不能做到实时跟踪、监测病人的体温状态。例如，在监测婴儿体温时，现有产品的形式以智能腕表和智能手环等形态居多，婴儿长时间佩戴容易脱落，而且测温精度不高。若采用腋窝绑带方式的可穿戴智能体温计，就不容易脱落，监测时间会更持久[1]。目前，可穿戴体温监测设备有两方面要求：一方面要求测温精度高，可长时间持续地测量温度；另一方面要求体积小、重量轻，便于广大用户贴身佩戴，增加产品穿着的舒适度。由于智能手环测温精度低，不适合用于测量婴幼儿的体温[2]。因此，为了保证测温的精度，必须将温度传感器置于腋窝下，将主控制器、WiFi模块以及电池等器件置于腋窝外面，用绷带将它们连接起来并绑在肩膀部位，可以提高穿戴舒适度。然后将采集的温度数据上传到物联网平台，适时监控体温[3]。

1 总体方案设计

如图1所示，可穿戴体温监测系统由四部分组成：可穿戴的温度传感器MAX30205、采集温度的微控制器MSP430、通信模块WiFi和路由器、华为云平台体温数据处理。微控制器MSP430采集传感器MAX30205输出的温度，控制WiFi将温度数据经由路由器、以太网发送到华为云平台，华为云平台对数据进行实时监测[4]。

图1 可穿戴体温监测系统框图

2 硬件设计

如图2所示，可穿戴体温监测设备将单片机MSP430作为控制核心模块，外接电源模块、体温监测模块、复位电路、LOD液晶显示模块、ESP8266WiFi模块、报警模块[5]。MAX30205是一个高精度温度传感器，监测的温度数据实时显示在LOD液晶显示屏上，ESP8266模块采用MQTT协议将数据发送到华为云平台，当云平台收到的温度数据超过37.0 ℃时会进行报警，提示体温异常[6]。

图2 可穿戴体温监测电路框图

如图3所示，相比于DS18b20、LM35等低端温度传感器，MAX30205温度传感器具有更高的测温精度，功耗也更低[7]，可以快速准确地测量体温，精度达到0.1 ℃，测量范围在35～40℃，输出的数字量为16位二进制数，温度分辨率达到0.003 906 25 ℃，峰值电流小于1 mA。整个测温系统的电源电压范围为2.7～3.3 V，消耗电流非常低，大约为10 mA工作电流，满足长时间运行采集温度[8]。

图3 MAX30205电路

单片机MSP430为温度监测系统的核心控制器，具有产品体积小、功耗比较低、处理速度快的优点。WiFi无线模块ESP8266连接无线路由器，实现单片机MSP430与物联网云平台主机服务器之间的数据传输。

3 软件设计

3.1 主控制器程序

如图4所示，单片机与云平台进行数据通信流程。首先，单片机进行系统初始化，读取MAX30205监测的温度数值，把体温值传到WiFi通信模块和路由器。然后，华为云将体温值保存并显示，如果体温值高于设定值，华为云平台就会发出报警信号，经由WiFi模块向单片机发出报警命令；如果体温值低于设定值，则继续监测体温值。

图4 软件流程

3.2 物联网云平台设计

华为公司基于物联网、云计算、大数据等核心技术，构建了统一、开放的物联网平台。如图5所示，华为云物联网平台系统包含终端设备、接入设备、设备管理、物联网应用四部分[9]。在可穿戴体温监测系统中，终端设备为监测温度的单片机MSP430；接入设备为WiFi无线模块和路由器；设备管理是利用MQTT协议传输数据以及采集设备数据；物联网应用是对体温数据的显示、存储等应用进行管理。华为云物联网平台集成开发流程包括产品开发、设备开发、应用开发以及日常管理[10]。

图5 华为云物联网平台系统

4 结 语

针对老人、幼儿、重症患者等使用人群，本文设计了一款基于物联网云平台的智能可穿戴高精度体温检测装置。温度传感器精度达到0.1 ℃，可以精准地测量病人的体温；通过物联网平台可以实时监测体温的变化情况。利用该系统，护士可以实时监测病人的体温；并且该系统增加了报警功能，提高了护士的工作效率，具有较高的应用价值。