李 玲蘇曉舟時先鋒董 沖李凱凡譚紹東

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基于射頻識別技術(shù)的體溫電子標簽研制

李 玲①蘇曉舟①時先鋒①董 沖①李凱凡①譚紹東①

［摘要］目的：設計一種用于體溫測量的溫度電子標簽，實現(xiàn)實時對患者體溫進行無接觸式自動監(jiān)測。方法：將射頻識別（RFID）技術(shù)與傳感技術(shù)相結(jié)合，利用數(shù)字溫度傳感器DS18B20采集患者體溫，通過單片機MSP430F2274總控制，采用射頻模塊CC2500進行體溫的發(fā)送及接收。結(jié)果：該體溫電子標簽結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、體積小以及成本低廉；患者體溫測量時可避免與醫(yī)護人員之間交叉感染。結(jié)論：基于RFID的體溫電子標簽經(jīng)濟、實用，便于臨床使用。

［關(guān)鍵詞］MSP430F2274電子標簽；溫度；單片機；CC2500射頻模塊；DS18B20溫度傳感器

李玲，女，（1987- ），碩士研究生，工程師。廣東省婦幼保健院設備科，從事醫(yī)療設備管理及維修。

China Medical Equipment，2016，13（5）:17-19.

［Abstract］ Objective: To design an electronic tag for measuring temperature can automatically monitor the temperature of patient in real time by wireless. Methods: The RFID technology combined with sensor technology， to collect the temperature signal of patient by the digital temperature sensor named DS18B20. Controlled by the microcontroller named MSP430F2274 is to transmit and receive the temperature signal of patient by the RF module named CC2500.

Results: The electronic tag for measurement of temperature has the characteristics of simple structure， low cost， low power consumption and small size. Conclusion: The electronic tag for measurement of temperature is economical， practical and very easy for clinical application.

［First-author’s address］ Department of Equipment， Maternal and Child Health Care Hospital， Guangzhou， Guangdong，511442， China.

在醫(yī)學領(lǐng)域測量體溫將有助于揭示人體某種生物物理和生理特征，在臨床診斷與治療中體溫監(jiān)測是一項常規(guī)而又重要的檢查手段。溫度是反應人體生理、病理和治療的基本參數(shù)，可為諸多疾病的基礎(chǔ)研究及其臨床診斷、治療提供客觀的數(shù)據(jù)。臨床監(jiān)護和治療中，醫(yī)護人員常常要關(guān)注某些特殊患者，如重癥患者或嬰幼兒體溫即時變化的情況。

1 體溫測量與溫度計

體溫測量包括體表測量和體內(nèi)測量。體表測量的方法有水銀溫度計和測量電子體溫計測量。水銀溫度計測出的體溫不易讀數(shù)，而且測量時間較長，且有易被摔碎的缺點。電子體溫計是近10年來逐漸被廣泛使用的新產(chǎn)品，是以數(shù)字顯示的體溫計，但仍需人工測溫。體內(nèi)測量的溫度主要是指胃腸消化道的溫度，其為重要的生理參數(shù)，對于科學、正確地認識消化器官的物理、化學運動，評定消化道的功能、消化系統(tǒng)疾病的早期診斷以及防止消化器官的惡性病變均具有十分重要的意義。

目前，醫(yī)院內(nèi)除成本極高的重癥監(jiān)護病房內(nèi)的患者外，其他住院患者的生命體征，如體溫、血壓和心跳等監(jiān)控均由醫(yī)務人員定時、定點人工進行采集和匯總，不僅費時、費力，且無法實現(xiàn)自動、實時完成。為此，本研究研制出一種基于射頻識別（radio frequency identification，RFID）技術(shù)的體溫電子標簽，可實時自動對患者體溫進行無接觸式監(jiān)測，有效地提高了醫(yī)護人員的工作效率，避免了交叉感染［1-3］。

2 體溫電子標簽研制方案

體溫電子標簽用于體表測量的溫度傳感器為集傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和無線通信模塊于一體，可自動對患者體溫進行監(jiān)測［4-7］。

2.1 系統(tǒng)框圖結(jié)構(gòu)

體溫電子標簽系統(tǒng)利用MSP430F2274單片機控制測溫芯片DS18B20和射頻模塊CC2500［7-9］（如圖1所示）。

圖1 體溫電子標簽系統(tǒng)框圖

2.2 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

（1）本研究設計的體溫電子標簽主控芯片采用TI公司的超低功耗16位單片機MSP430F2274，溫度檢測采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，射頻部分采用TI公司的超低功耗的CC2500芯片［11］。系統(tǒng)電路如圖2所示。

（2）射頻模塊通過由6個引腳組成的數(shù)字交互界面與控制器進行通信。將單片機的P1腳中的6位，分別與CC2500芯片的SI、CLK、SO、GDO2、GDO0和CS相連接，其中由CS、CLK、SI和SO組成串行外圍設備接口（serial peripheral interface，SPI），負責控制器與CC2500芯片之間數(shù)據(jù)的發(fā)送（如圖3所示）。

（3）選擇TI公司的MSP430F2274單片機作為系統(tǒng)的微控制器單元（micro control unit，MCU）。該單片機具備如下特點：①超低功耗，在待機模式下工作電流為0.3 μA，而在實時時鐘模式下工作電流為0.7 μA；②只需1 μs即可從待機模式喚醒；16位的精簡指令集計算機（reduced instruction set computing，RISC）結(jié)構(gòu)，指令的執(zhí)行時間只需125 ns；③具有32 K的FLASH存儲單元以及1 K的隨機存儲器（random access memory，RAM）。

圖2 MSP430F149單片機與DS18B20接口電路及電源電路圖

圖3 CC2500芯片外圍電路圖

（4）采用TI公司的CC2500芯片作為系統(tǒng)的無線通信模塊。CC2500芯片是業(yè)界體積最小、功耗最少、外圍元件最少的低成本射頻系統(tǒng)級芯片之一。該芯片特點如下：①工作于2.4 GHz全球開放工業(yè)科學醫(yī)學（industrial scientific medical，ISM）頻段，滿足多點通信和跳頻通信需要；②工作電壓為1.8～3.6 V，低功耗，外圍元件極少，內(nèi)置硬件循環(huán)冗余校驗（cyclic redundancy check，CRC）和點對多點通信地址控制。

（5）數(shù)字溫度傳感器DS18B20是美國DALLAS公司推出的單總線數(shù)字測溫芯片，其具有獨特的單線接口方式，能夠直接讀取被測物的溫度值；測量范圍為-55～125 ℃，在-10～85 ℃之內(nèi)的測量精度可達±0.5 ℃。通過編程可實現(xiàn)9位、10位、11位和12位的分辨率讀出溫度數(shù)據(jù)，芯片出廠時默認為12位的轉(zhuǎn)換精度。選擇DS18B20作為測量體溫的傳感器，可達到臨床要求。

2.3 系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)圖

本研究設計的體溫電子標簽包括用于體表測量和體內(nèi)測量兩種。

用于體表測量的體溫電子標簽是通過粘貼在體表上來測量體溫。因此，需要將DS18B20芯片置于貼近平面處，外面用一層金屬薄膜封裝，有利于傳遞溫度，兩邊則是附著粘貼劑的薄膜。將系統(tǒng)PCB板置于DS18B20芯片上層，而電源則置于系統(tǒng)PCB電路板之上，其電源采用紐扣電池即可（如圖4所示）。

圖4 體表電子標簽的機械結(jié)構(gòu)示圖

用于體內(nèi)測量的體溫電子標簽需要進入胃腸道進行測量，因此將其制成膠囊，可吞入體內(nèi)，從而進行跟蹤測量。整體結(jié)構(gòu)設計與體表的電子標簽相類似，其體溫電子標簽的機械結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 體內(nèi)溫度電子標簽的機械結(jié)構(gòu)示圖

2.4 系統(tǒng)軟件構(gòu)成

體溫電子標簽系統(tǒng)的功能是對人體溫度進行采集，通過射頻模塊進行發(fā)送。溫度的讀取及顯示均由外部閱讀器完成，軟件系統(tǒng)流程如圖6所示。

圖6 體溫電子標簽系統(tǒng)流程框圖

3 結(jié)論

本研究研制的體溫電子標簽結(jié)構(gòu)簡單，體積小，價格便宜，功耗超低，通過閱讀器可實現(xiàn)無接觸地實時監(jiān)測人體溫度，能夠避免患者與醫(yī)護人員之間的交叉感染，該體溫電子標簽在成功實現(xiàn)監(jiān)測人體溫度的基礎(chǔ)上，若對傳感器進行更改，替換為其他的生理參數(shù)傳感器，則可擴展成為各種生理參數(shù)的電子標簽［12-13］。此外，體溫電子標簽的數(shù)據(jù)加密等問題有待進一步設計研究。

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①廣東省婦幼保健院設備科 廣東 廣州 511442

［文章編號］1672-8270（2016）05-0017-03 ［中圖分類號］ R197.324

［文獻標識碼］A

DOI:10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.05.006

作者簡介

收稿日期：2015-12-20

Development of an electronic tag for measurement of temperature based on RFID/

LI Ling，SU Xiao-zhou， SHI Xian-feng， et al

［Key words］Electronic tag； Temperature； MSP430F2274 microcontroller； CC2500 RF module； DS18B20 temperature sensor