沈顯威，李冬嚴(yán)，胡 明，孫 敏

便攜式藍(lán)牙體溫記錄儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

沈顯威，李冬嚴(yán)，胡 明，孫 敏

目的：設(shè)計(jì)一款便攜式可穿戴高精度體溫記錄儀，實(shí)現(xiàn)對體溫參數(shù)的長期記錄及藍(lán)牙傳送。方法：以STC15F2K60s單片機(jī)為核心處理器，采用TSic-506F高精度測溫芯片，通過藍(lán)牙傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對體溫參數(shù)的長期監(jiān)測、記錄及傳送。結(jié)果：該體溫記錄儀能夠?qū)崿F(xiàn)體溫?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時采集和藍(lán)牙傳送，溫度測量精度能達(dá)到±0.1℃設(shè)計(jì)要求。結(jié)論：該體溫記錄儀小巧便攜、功耗低，連續(xù)記錄時間長、測量精度高，適合人體長期穿戴，能滿足臨床一些特殊患者需求，可以推廣應(yīng)用。

體溫記錄儀；溫度傳感器；藍(lán)牙技術(shù)

0 引言

體溫是人體生理狀況的重要指標(biāo)。機(jī)體的產(chǎn)熱和散熱受神經(jīng)中樞調(diào)節(jié)，很多疾病都可使體溫正常調(diào)節(jié)機(jī)能發(fā)生障礙而使體溫發(fā)生變化。有資料表明，體溫與睡眠、血壓、血糖、心率以及個體免疫甚至患癌幾率都有重要的關(guān)系[1-3]。所以，長期連續(xù)監(jiān)測患者體溫，并通過回放數(shù)據(jù)來分析體溫的變化，將對疾病的預(yù)防、診斷以及判斷某些疾病的預(yù)后狀況、人體的健康狀態(tài)具有重要意義。近年來，可穿戴體溫計(jì)產(chǎn)品層出不窮[4-5]，在長期連續(xù)測量、無線發(fā)送及可穿戴方面都在不斷改進(jìn)[6]?；诖?，本課題采用TSic-506F高精度測溫芯片，以STC15F2K60s為處理器，以低功耗的方式實(shí)現(xiàn)體溫測量、存儲、回放、報(bào)警等功能，并通過藍(lán)牙及USB與手機(jī)或計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。該體溫記錄儀小巧便攜、精度高、可隨身穿戴，既可用于科學(xué)研究，也可用于臨床長期監(jiān)測體溫的患者及人群。

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 總體設(shè)計(jì)

該體溫記錄儀由溫度傳感器、單片機(jī)、通信及存儲單元組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。單總線溫度傳感器在單片機(jī)的控制下將實(shí)時檢測的溫度信號存入存儲單元中，并在需要的情況下，通過無線藍(lán)牙或USB口將所采集到的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)或手機(jī)（現(xiàn)僅限安卓操作系統(tǒng)）中，通過上位機(jī)軟件對采集的溫度信號進(jìn)行描記曲線，并提供諸如女性生理周期表等分析功能。在實(shí)時的采集過程中，設(shè)置有高低溫報(bào)警，通過麥克風(fēng)進(jìn)行聲音報(bào)警，通過按鍵進(jìn)行解除。

圖1 藍(lán)牙體溫記錄儀系統(tǒng)框圖

1.2 設(shè)計(jì)制作

如圖2所示，溫度傳感器芯片采用TO92封裝，用橢圓形不銹鋼附加彈性縛緊材料進(jìn)行封裝，溫度信號通過微帶線與主板連接。微帶線外面包覆柔軟而結(jié)實(shí)的棉布，對主板及電池進(jìn)行防濕抗壓處理。橢圓形不銹鋼外體既可以保證良好的導(dǎo)熱，又可以抗壓而不磨損皮膚。彈性縛緊裝置可以確保溫度傳感器和所監(jiān)測的部位很好地貼緊，通過縛緊裝置，可選擇的測量部位可為腋下、乳房、胸腹部、四肢等可以進(jìn)行縛緊的部位[7]。整體工藝簡潔、輕便、透氣、抗壓、防潮，戴取操作方便。圖3為初步制作出來的實(shí)物圖。

圖2 藍(lán)牙體溫記錄儀工藝框圖

圖3 藍(lán)牙體溫記錄儀實(shí)物圖

1.2.1 溫度傳感器

TSic-506F芯片是瑞士IST公司生產(chǎn)的單總線高精度溫度傳感器。它采用與絕對溫度成比例的高精度參考源，集成低功耗、精密模數(shù)轉(zhuǎn)換器（analog to digital converter，ADC）和片上數(shù)字信號處理單位，具有電可擦除存儲器來精確地校正以輸出溫度信號。TSic系列溫度傳感器全部經(jīng)過測試和校正，在交付時就可獲得絕對的測量準(zhǔn)確性，不需要進(jìn)一步的校正。在10～40℃的范圍內(nèi)具有±0.1℃的精度、0.004～0.034℃信號分辨率，比1/3DIN B的鉑傳感器更加精確，具有良好的精度和長期的穩(wěn)定性。從表1可以看出，該芯片在5～45℃測量范圍內(nèi)，測量精度高于±0.1℃，滿足體溫測量精度要求。

表1 TSic-506F測量精度范圍表 ℃

該芯片為3.3 V供電，可提供數(shù)字輸出信號，典型電流值為30 μA，是移動應(yīng)用的理想選擇。TSic外形及引腳采用SOP8和E-LINE 2種封裝形式，其管腳定義見表2。其中E-LINE封裝可以制作成圓柱形金屬探頭形式，適宜數(shù)據(jù)記錄器、數(shù)字溫度計(jì)以及溫度監(jiān)控和測量應(yīng)用。

表2 TSic-506F集成溫度芯片管腳信號定義

1.2.2 無線藍(lán)牙

根據(jù)系統(tǒng)需要，采用濟(jì)南華茂科技有限公司的HM06A藍(lán)牙模塊。該藍(lán)牙模塊采用CSR BlueCore、TI CC2540芯片，配置6～8 MB軟件存儲空間，支持AT（attention）指令，用戶可根據(jù)需要更改主、從模式以及串口波特率、設(shè)備名稱、配對密碼等參數(shù)，使用方便。該模塊只有13.5 mm×18.5 mm×2.3 mm大小，適用于袖珍設(shè)備。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 下位機(jī)

該系統(tǒng)以STC15F2K60s單片機(jī)為核心處理器。該單片機(jī)采用STC-Y5超高速CPU內(nèi)核，單指令周期，自帶有高精度內(nèi)部5～35 MHz時鐘、內(nèi)部高可靠復(fù)位電路，具有Flash在線編程技術(shù)，配以KeilC集成開發(fā)環(huán)境與STC-ISP在線編程軟件為開發(fā)平臺，使得開發(fā)設(shè)計(jì)簡單便捷[8]。

根據(jù)本項(xiàng)目實(shí)際情況，每一分鐘采集一次溫度信號，溫度信號采集間隔時間可以按照實(shí)際需求進(jìn)行一定的縮短或延長。具體軟件流程如圖4所示。首先對設(shè)備進(jìn)行上電初始化，然后對溫度傳感器供電，確認(rèn)溫度信號穩(wěn)定后進(jìn)行采集、存儲并無線發(fā)送，然后關(guān)閉藍(lán)牙及溫度傳感器供電，系統(tǒng)進(jìn)入低功耗計(jì)時狀態(tài)，計(jì)時1 min后再次采集。對于長時間存儲的批量溫度數(shù)據(jù)，可以通過USB口進(jìn)行批量上傳。

圖4 下位機(jī)系統(tǒng)軟件流程圖

2.2 上位機(jī)

上位機(jī)采用VB編程[9]。手機(jī)只支持安卓平臺（由廠家提供的測試軟件），可通過藍(lán)牙進(jìn)行無線實(shí)時數(shù)據(jù)傳送和查看。計(jì)算機(jī)可以通過USB接口批量接收溫度數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)存為TXT文本文件，以備做進(jìn)一步數(shù)據(jù)分析處理。數(shù)據(jù)上傳接收測試界面如圖5所示。上位機(jī)測試軟件采用LabVIEW開發(fā)平臺。手機(jī)和計(jì)算機(jī)

圖5 上位機(jī)采集測試軟件圖

（????）（????）處理軟件擬逐步增加一些分析功能軟件，結(jié)合臨床病例及個體差異情況，給予診療建議和健康指導(dǎo)。

3 實(shí)際應(yīng)用

初步測試，佩戴者為男性24歲醫(yī)院實(shí)習(xí)志愿者，將體溫傳感器用彈性繃帶纏縛在左手上臂接近腋窩處，體溫記錄主板埋藏在軟性絨布中，通過微帶線與傳感器連接，微帶線與記錄主板同時附著在內(nèi)衣上。采集1 d的時長，采集數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙軟件以TXT文本形式存入計(jì)算機(jī)，然后經(jīng)Excel畫圖，形成人體24 h體溫?cái)?shù)據(jù)曲線，如圖6所示?？梢钥闯觯擉w溫記錄儀能夠?qū)崿F(xiàn)體溫?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時采集、藍(lán)牙傳送，溫度測量精度達(dá)到±0.1℃設(shè)計(jì)要求。佩戴期間，彈性繃帶的縛緊度適合，佩戴者沒有不舒適情況。

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

武警部隊(duì)后勤部科研項(xiàng)目（WJWSB2012-02）

沈顯威（1972—），男，博士，高級工程師，主要從事生理信號檢測及醫(yī)療設(shè)備質(zhì)控方面的研究工作，E-mail：shenxianwei@163.com。

130052長春，武警吉林省總隊(duì)醫(yī)院（沈顯威，李冬嚴(yán)，胡 明）；100088北京，中國專利技術(shù)開發(fā)公司（孫 敏）

孫 敏，E-mail：sunmin19@163.com