沈顯威，李冬嚴(yán)，胡 明，孫 敏

便攜式藍牙體溫記錄儀的設(shè)計與實現(xiàn)

沈顯威，李冬嚴(yán)，胡 明，孫 敏

目的：設(shè)計一款便攜式可穿戴高精度體溫記錄儀，實現(xiàn)對體溫參數(shù)的長期記錄及藍牙傳送。方法：以STC15F2K60s單片機為核心處理器，采用TSic-506F高精度測溫芯片，通過藍牙傳輸技術(shù)，實現(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)體溫數(shù)據(jù)的實時采集和藍牙傳送，溫度測量精度能達到±0.1℃設(shè)計要求。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；藍牙技術(shù)

0 引言

體溫是人體生理狀況的重要指標(biāo)。機體的產(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[6]?；诖耍菊n題采用TSic-506F高精度測溫芯片，以STC15F2K60s為處理器，以低功耗的方式實現(xiàn)體溫測量、存儲、回放、報警等功能，并通過藍牙及USB與手機或計算機進行數(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

1.1 總體設(shè)計

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

圖1 藍牙體溫記錄儀系統(tǒng)框圖

1.2 設(shè)計制作

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)實的棉布，對主板及電池進行防濕抗壓處理。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物圖。

圖2 藍牙體溫記錄儀工藝框圖

圖3 藍牙體溫記錄儀實物圖

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 無線藍牙

根據(jù)系統(tǒng)需要，采用濟南華茂科技有限公司的HM06A藍牙模塊。該藍牙模塊采用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

2.1 下位機

該系統(tǒng)以STC15F2K60s單片機為核心處理器。該單片機采用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)計簡單便捷[8]。

根據(jù)本項目實際情況，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際需求進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)定后進行采集、存儲并無線發(fā)送，然后關(guān)閉藍牙及溫度傳感器供電，系統(tǒng)進入低功耗計時狀態(tài)，計時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口進行批量上傳。

圖4 下位機系統(tǒng)軟件流程圖

2.2 上位機

上位機采用VB編程[9]。手機只支持安卓平臺（由廠家提供的測試軟件），可通過藍牙進行無線實時數(shù)據(jù)傳送和查看。計算機可以通過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。上位機測試軟件采用LabVIEW開發(fā)平臺。手機和計算機

圖5 上位機采集測試軟件圖

（????）（????）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 實際應(yīng)用

初步測試，佩戴者為男性24歲醫(yī)院實習(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)通過藍牙軟件以TXT文本形式存入計算機，然后經(jīng)Excel畫圖，形成人體24 h體溫數(shù)據(jù)曲線，如圖6所示。可以看出，該體溫記錄儀能夠?qū)崿F(xiàn)體溫數(shù)據(jù)的實時采集、藍牙傳送，溫度測量精度達到±0.1℃設(shè)計要求。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

武警部隊后勤部科研項目（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