田慧通 崔琳

摘要：隨著社會的發(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，我國糖尿病發(fā)病率也逐年上升，據(jù)不完全統(tǒng)計目前我國糖尿病患病率為9.7%，患者人數(shù)近1億，呈快速增長趨勢。我國目前主要是針對早期糖尿病足進行預(yù)測判斷，然后針對性地進行治療，而且這一手段變得越來越注重要。糖尿病早期足部皮膚溫度常出現(xiàn)異常情況，但由于現(xiàn)在足部皮膚溫度測量很多實行紅外成像測量，這種檢測方式步驟煩瑣，誤差大，往往不能夠及時對病情做出有效判斷，從而錯過了護理和治療的最佳時期。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)，針對足部表皮溫度測量設(shè)計出一種早期糖尿病足底溫度測量系統(tǒng)，它能夠高精度地、方便快捷地測出足部皮膚不同區(qū)域的溫度，并且通過對數(shù)據(jù)的分析和處理讓醫(yī)生在第一時間了解患者的情況，為醫(yī)生對早期糖尿病患者的檢測和診斷提供依據(jù)。

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

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：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量和識別展開的設(shè)計和研究，將足底溫濕度測量傳感器和數(shù)據(jù)處理分析結(jié)合在一起，通過精準(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)合實現(xiàn)對早期糖尿病的檢測和診斷，從而將糖尿病的危害進一步檢測與控制，防止病人病情進一步惡化。

相對于傳統(tǒng)的紅外線溫度測量系統(tǒng)，本系統(tǒng)能為醫(yī)生的診斷提供可靠數(shù)據(jù)對早期糖尿病足進行更精確的判斷，給糖尿病患者提供一個提前預(yù)防和護理糖尿病足的機會，為預(yù)防治療早期糖尿病做出貢獻。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[1]是指通過射頻識別（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)議實現(xiàn)將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交互，以實現(xiàn)智能化識別、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)上的延伸和擴展的，其用戶端可以延伸和擴展到了任何物品和物品之間，同時物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以通過底層感知模塊感知到物體具體信息，通過網(wǎng)絡(luò)通信交互傳輸?shù)娇刂破脚_，對具體數(shù)據(jù)進行收集、傳輸、處理和挖掘[2]。基于物聯(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，通過互聯(lián)網(wǎng)信息的傳輸將溫濕度傳感器測量出的數(shù)據(jù)進行采集、加工、分析等處理實現(xiàn)信息快速準(zhǔn)確的傳遞，為醫(yī)生對早期糖尿病的檢測和診斷提供依據(jù)。

1 物聯(lián)網(wǎng)平臺

圖1是物聯(lián)網(wǎng)的層次架構(gòu)圖。整個物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)[3]可以分成：1）應(yīng)用層：通過SOA、海量存儲、分布式數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)挖掘、信息管理等方式對一切收集到的信息都可以用來進行溫度檢測、環(huán)境檢測、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段足底溫度的測量和信息智能的采集，由感應(yīng)裝置（射頻識別標(biāo)簽和讀寫裝置）、各種類型的傳感器、界面化顯示、等基本識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)采集兩個部分。

2 早期糖尿病的檢測與診斷系統(tǒng)

早期糖尿病檢測與診斷系統(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溫濕度傳感器來測量早期糖尿病人足底溫度，通過完全校準(zhǔn)、線性化和溫度補償數(shù)字輸出數(shù)據(jù)，將測量出來的數(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配合使用實現(xiàn)溫濕度測量，再根據(jù)溫濕度傳感器傳輸過來的數(shù)據(jù)進行分析和處理，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可供用戶選擇的獨特I2C地址溫濕度傳感器實物圖。

存儲模塊和電源模塊：存儲系統(tǒng)模塊主要是為了記錄病人每次測量所獲得的足底溫度-時間節(jié)點數(shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)丟失，也可以實現(xiàn)通過存儲系統(tǒng)直接接入處理器進行數(shù)據(jù)處理。對于存儲模塊可以擬選用SD卡作為存儲器，其具有體積小，攜帶方便，穩(wěn)定性強，功耗小，容量大的特點；電源模塊擬通過外部電源實現(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，操作起來比較簡便等優(yōu)點。

可視化界面：采用Qt和Matlab，對數(shù)據(jù)進行進一步處理，將STM32微控制器模塊分析的數(shù)據(jù)通過串口（用QT軟件根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)要求設(shè)計出的串口界面）導(dǎo)入處理器的數(shù)據(jù)庫，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)庫中的數(shù)據(jù)畫出糖尿病人足底的溫度曲線圖，測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正常范圍或者某一部位的溫度變化超過人體正常的變化趨勢，則可以做出預(yù)見性的診斷，為醫(yī)學(xué)治療提供診療手段，通過對比即可直觀發(fā)現(xiàn)足底溫度的異常。

3溫濕度測量

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量系統(tǒng)，溫濕度測量[1]模塊是基于SHT35溫濕度傳感器來設(shè)計的，溫濕度測量模塊系統(tǒng)框架如圖3所示。

整個溫濕度測量模塊由主控芯片、時鐘電路、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)，并及時復(fù)位，通過一個引腳二極管來控制傳輸和接收開關(guān)。SHT35溫濕度傳感器來測量早期糖尿病人足底溫度具有如下特點：

1.完全校準(zhǔn)、線性化和溫度補償數(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1 MHz，兩個可供用戶選擇的獨特I2C地址溫度傳感器實物圖。

4.典型的準(zhǔn)確性 SHT35誤差為0.1°C。

5.響應(yīng)快，測量時間短。

6.SHT35抗干擾能力強，精度高。

溫濕度傳感器個引腳具體功能和特點分布如下：

3.2硬件原理

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

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

3.3軟件設(shè)計

溫濕度測量系統(tǒng)是基于QT和MTALAB[1]來處理分析所采集到的足底溫度數(shù)據(jù)，利用QT 的跨平臺圖形用戶界面應(yīng)用程序開發(fā)框架，開發(fā)GUI程序，同時設(shè)計面向?qū)ο蟮目蚣?，使用編寫代碼生成擴展（稱為元對象編譯器（Meta Object Compiler， moc））完成宏以及組件編程。通過MATLAB高級的矩陣語言進行運算，同時MATLAB也包含大量計算算法集合和具備的圖形處理功能，利用MATLAB高級的矩陣語言實現(xiàn)計算結(jié)果和編程的可視化。

4 結(jié)束語

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的合理利用設(shè)計出一款貼合實際的醫(yī)療檢測與診斷系統(tǒng)，幫助實現(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。本文針對傳統(tǒng)的紅外線溫度測量系統(tǒng)的不精確和時間慢等缺點，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了基于SHT35溫濕度傳感器的智能糖尿病檢測系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的硬件部分由六個模塊組成：溫濕度傳感器模塊、STM32微控制器模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、電源模塊、數(shù)據(jù)傳輸和可視化界面模塊。整個系統(tǒng)還可以與計算機連接，達到互聯(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設(shè)計和研究能夠根據(jù)具體情況采取相應(yīng)的應(yīng)對措施，能滿足人們實際的需求，是未來智能醫(yī)療系統(tǒng)或者智慧生態(tài)城設(shè)計的發(fā)展方向。

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