田慧通 崔琳

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，物質(zhì)的日益豐富，人們生活水平的提高，由環(huán)境因素和遺傳因素導(dǎo)致的糖尿病也逐漸成為世界性疾病之一，我國(guó)糖尿病發(fā)病率也逐年上升，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)目前我國(guó)糖尿病患病率為9.7%，患者人數(shù)近1億，呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。我國(guó)目前主要是針對(duì)早期糖尿病足進(jìn)行預(yù)測(cè)判斷，然后針對(duì)性地進(jìn)行治療，而且這一手段變得越來(lái)越注重要。糖尿病早期足部皮膚溫度常出現(xiàn)異常情況，但由于現(xiàn)在足部皮膚溫度測(cè)量很多實(shí)行紅外成像測(cè)量，這種檢測(cè)方式步驟煩瑣，誤差大，往往不能夠及時(shí)對(duì)病情做出有效判斷，從而錯(cuò)過(guò)了護(hù)理和治療的最佳時(shí)期。本文是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)的傳輸采集和處理等技術(shù)，針對(duì)足部表皮溫度測(cè)量設(shè)計(jì)出一種早期糖尿病足底溫度測(cè)量系統(tǒng)，它能夠高精度地、方便快捷地測(cè)出足部皮膚不同區(qū)域的溫度，并且通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析和處理讓醫(yī)生在第一時(shí)間了解患者的情況，為醫(yī)生對(duì)早期糖尿病患者的檢測(cè)和診斷提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；早期糖尿病的檢測(cè)診斷系統(tǒng)；溫濕度測(cè)量；數(shù)據(jù)分析

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）12-0230-03

本文是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的早期糖尿病人的異常足底溫度的測(cè)量和識(shí)別展開(kāi)的設(shè)計(jì)和研究，將足底溫濕度測(cè)量傳感器和數(shù)據(jù)處理分析結(jié)合在一起，通過(guò)精準(zhǔn)的溫濕度數(shù)據(jù)采集和可視化界面數(shù)據(jù)輸入及其綜合分析相結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)早期糖尿病的檢測(cè)和診斷，從而將糖尿病的危害進(jìn)一步檢測(cè)與控制，防止病人病情進(jìn)一步惡化。

相對(duì)于傳統(tǒng)的紅外線溫度測(cè)量系統(tǒng)，本系統(tǒng)能為醫(yī)生的診斷提供可靠數(shù)據(jù)對(duì)早期糖尿病足進(jìn)行更精確的判斷，給糖尿病患者提供一個(gè)提前預(yù)防和護(hù)理糖尿病足的機(jī)會(huì)，為預(yù)防治療早期糖尿病做出貢獻(xiàn)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[1]是指通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等一些信息傳感設(shè)備，按設(shè)定好的協(xié)議實(shí)現(xiàn)將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交互，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理等一系列功能的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。所以“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”的核心和基礎(chǔ)仍然是“互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的，其用戶端可以延伸和擴(kuò)展到了任何物品和物品之間，同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以通過(guò)底層感知模塊感知到物體具體信息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信交互傳輸?shù)娇刂破脚_(tái)，對(duì)具體數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、傳輸、處理和挖掘[2]?；谖锫?lián)網(wǎng)的早期糖尿病足底溫度傳感器系統(tǒng)就是將溫濕傳感器技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相融合，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)信息的傳輸將溫濕度傳感器測(cè)量出的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、加工、分析等處理實(shí)現(xiàn)信息快速準(zhǔn)確的傳遞，為醫(yī)生對(duì)早期糖尿病的檢測(cè)和診斷提供依據(jù)。

1 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

圖1是物聯(lián)網(wǎng)的層次架構(gòu)圖。整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)[3]可以分成：1）應(yīng)用層：通過(guò)SOA、海量存儲(chǔ)、分布式數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)挖掘、信息管理等方式對(duì)一切收集到的信息都可以用來(lái)進(jìn)行溫度檢測(cè)、環(huán)境檢測(cè)、智能生活等方面的應(yīng)用；2）網(wǎng)絡(luò)層：給應(yīng)用層提供網(wǎng)絡(luò)支撐，其主要以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)、一般采用的網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、M2M網(wǎng)絡(luò)等；3）感知層：主要用于人體不同時(shí)段足底溫度的測(cè)量和信息智能的采集，由感應(yīng)裝置（射頻識(shí)別標(biāo)簽和讀寫(xiě)裝置）、各種類型的傳感器、界面化顯示、等基本識(shí)別裝置和傳感器件組成，其中還包括了協(xié)同信息處理和數(shù)據(jù)采集兩個(gè)部分。

2 早期糖尿病的檢測(cè)與診斷系統(tǒng)

早期糖尿病檢測(cè)與診斷系統(tǒng)的框架模型如圖2所示，其中包括了溫濕度傳感器模塊、Stm32微控制器模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、電源模塊、數(shù)據(jù)傳輸和可視化界面。

溫濕度傳感器模塊：由SHT35溫濕度傳感器來(lái)測(cè)量早期糖尿病人足底溫度，通過(guò)完全校準(zhǔn)、線性化和溫度補(bǔ)償數(shù)字輸出數(shù)據(jù)，將測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)傳遞給STM32微控制器模塊。

STM32微控制器模塊[1]：STM32微控制器與ADC配合使用實(shí)現(xiàn)溫濕度測(cè)量，再根據(jù)溫濕度傳感器傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，將分析和處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇梢暬缑?，可視化界面提供兩個(gè)可供用戶選擇的獨(dú)特I2C地址溫濕度傳感器實(shí)物圖。

存儲(chǔ)模塊和電源模塊：存儲(chǔ)系統(tǒng)模塊主要是為了記錄病人每次測(cè)量所獲得的足底溫度-時(shí)間節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)丟失，也可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)存儲(chǔ)系統(tǒng)直接接入處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。對(duì)于存儲(chǔ)模塊可以擬選用SD卡作為存儲(chǔ)器，其具有體積小，攜帶方便，穩(wěn)定性強(qiáng)，功耗小，容量大的特點(diǎn)；電源模塊擬通過(guò)外部電源實(shí)現(xiàn)插口供電。使用外部供電具有減小了設(shè)備本身的工作壓力，操作起來(lái)比較簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。

可視化界面：采用Qt和Matlab，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理，將STM32微控制器模塊分析的數(shù)據(jù)通過(guò)串口（用QT軟件根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)要求設(shè)計(jì)出的串口界面）導(dǎo)入處理器的數(shù)據(jù)庫(kù)，利用EXCEL（調(diào)用數(shù)據(jù)方便快捷，生成的曲線圖象清楚明了）調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)畫(huà)出糖尿病人足底的溫度曲線圖，測(cè)量雙足同一部位的溫度差以及某一部位的溫度變化，當(dāng)雙足同一部位的溫度差超過(guò)正常范圍或者某一部位的溫度變化超過(guò)人體正常的變化趨勢(shì)，則可以做出預(yù)見(jiàn)性的診斷，為醫(yī)學(xué)治療提供診療手段，通過(guò)對(duì)比即可直觀發(fā)現(xiàn)足底溫度的異常。

3溫濕度測(cè)量

3.1 硬件核心

基于物聯(lián)網(wǎng)的早期糖尿病足底溫濕度測(cè)量系統(tǒng)，溫濕度測(cè)量[1]模塊是基于SHT35溫濕度傳感器來(lái)設(shè)計(jì)的，溫濕度測(cè)量模塊系統(tǒng)框架如圖3所示。

整個(gè)溫濕度測(cè)量模塊由主控芯片、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、JTAG接口電路組成。采用周期循環(huán)采集模式接收數(shù)據(jù)，并及時(shí)復(fù)位，通過(guò)一個(gè)引腳二極管來(lái)控制傳輸和接收開(kāi)關(guān)。SHT35溫濕度傳感器來(lái)測(cè)量早期糖尿病人足底溫度具有如下特點(diǎn)：

1.完全校準(zhǔn)、線性化和溫度補(bǔ)償數(shù)字輸出。

2.工作電源電壓范圍寬，從2.4 V至5.5 V。

3.通信速度高達(dá)1 MHz，兩個(gè)可供用戶選擇的獨(dú)特I2C地址溫度傳感器實(shí)物圖。

4.典型的準(zhǔn)確性 SHT35誤差為0.1°C。

5.響應(yīng)快，測(cè)量時(shí)間短。

6.SHT35抗干擾能力強(qiáng)，精度高。

溫濕度傳感器個(gè)引腳具體功能和特點(diǎn)分布如下：

3.2硬件原理

STM32單片機(jī)處理器作為主控芯片，其采用ARM32位Cortex-M3 CPU構(gòu)架，存儲(chǔ)器：Flash存儲(chǔ)器存儲(chǔ)模塊片上集成32-512KB存儲(chǔ)空間，時(shí)鐘、復(fù)位和電源管理：電源供電和I/O接口的驅(qū)動(dòng)電壓。上電復(fù)位、掉電復(fù)位和可編程的電壓探測(cè)器。電源供電和I/O接口的驅(qū)動(dòng)電壓，用于CPU時(shí)鐘的PLL。

3個(gè)12位的A/D轉(zhuǎn)換器：A/D測(cè)量雙采樣和保持能力。片上集成一個(gè)溫濕度傳感器和一個(gè)雙通道12位D/A轉(zhuǎn)換器，最多可有112個(gè)的快速I(mǎi)/O端口，所有的端口都可以映射到16個(gè)外部中斷向量，所有的都可以接受5V以內(nèi)的輸入。11個(gè)定時(shí)器：4個(gè)16位定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器有4個(gè)IC/OC/PWM或者脈沖計(jì)數(shù)器。2個(gè)16位的6通道高級(jí)控制定時(shí)器，6個(gè)通道可用于PWM輸出。2個(gè)16位基本定時(shí)器用于驅(qū)動(dòng)DAC?；镜腟TM32系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包括主控芯片、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、JTAG接口電路這個(gè)組成部分，STM32的系統(tǒng)電路原理圖如圖4所示。

3.3軟件設(shè)計(jì)

溫濕度測(cè)量系統(tǒng)是基于QT和MTALAB[1]來(lái)處理分析所采集到的足底溫度數(shù)據(jù)，利用QT 的跨平臺(tái)圖形用戶界面應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)框架，開(kāi)發(fā)GUI程序，同時(shí)設(shè)計(jì)面向?qū)ο蟮目蚣?，使用編?xiě)代碼生成擴(kuò)展（稱為元對(duì)象編譯器（Meta Object Compiler， moc））完成宏以及組件編程。通過(guò)MATLAB高級(jí)的矩陣語(yǔ)言進(jìn)行運(yùn)算，同時(shí)MATLAB也包含大量計(jì)算算法集合和具備的圖形處理功能，利用MATLAB高級(jí)的矩陣語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果和編程的可視化。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的合理利用設(shè)計(jì)出一款貼合實(shí)際的醫(yī)療檢測(cè)與診斷系統(tǒng)，幫助實(shí)現(xiàn)醫(yī)院醫(yī)療的便捷化，也將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)從傳統(tǒng)的軟硬件開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)向新興的智能化（智能醫(yī)療領(lǐng)域）等系統(tǒng)的應(yīng)用。本文針對(duì)傳統(tǒng)的紅外線溫度測(cè)量系統(tǒng)的不精確和時(shí)間慢等缺點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了基于SHT35溫濕度傳感器的智能糖尿病檢測(cè)系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)的硬件部分由六個(gè)模塊組成：溫濕度傳感器模塊、STM32微控制器模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、電源模塊、數(shù)據(jù)傳輸和可視化界面模塊。整個(gè)系統(tǒng)還可以與計(jì)算機(jī)連接，達(dá)到互聯(lián)效果?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的早期糖尿病人的異常足底溫度的檢測(cè)設(shè)計(jì)和研究能夠根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，能滿足人們實(shí)際的需求，是未來(lái)智能醫(yī)療系統(tǒng)或者智慧生態(tài)城設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。

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