鄭英　李香菊　王迷迷　張立珍

摘 要： 提出一種基于NTC熱敏電阻和ZigBee技術(shù)的病人體溫?zé)o線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。采用NTC熱敏電阻測溫模塊測量病人體溫，利用水槽水溫對體溫進(jìn)行標(biāo)定。通過ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將病人的體溫參數(shù)傳送給終端PC機(jī)。實(shí)驗(yàn)證明，本系統(tǒng)病人體溫參數(shù)測量準(zhǔn)確，傳輸可靠，方便醫(yī)務(wù)人員監(jiān)測和調(diào)用歷史體溫信息，實(shí)現(xiàn)了醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的智能化，提高監(jiān)護(hù)效率。

關(guān)鍵詞： NTC； 體溫采集； ZigBee技術(shù)； 醫(yī)療監(jiān)護(hù)

中圖分類號(hào)： TN911?34； TH789 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2016）04?0026?03

Abstract： A design scheme of patients temperature wireless monitoring system based on NTC and ZigBee technology is proposed. The temperature measurement module of NTC is used to measure the temperature of patients， and the temperature is calibrated by water temperature. The ZigBee wireless sensor network technology is used to transfer the temperature parameters to PC terminal. The practice results show that the system has reliable transmission， and can measure the temperature of patients accurately. It is convenient for medical staff to monitor and call the history temperature data. The intelligentization of medical monitoring system was achieved， which improved the monitoring efficiency.

Keywords： NTC； body temperature acquisition； ZigBee technology； medical monitoring

目前我國醫(yī)院病房的很多監(jiān)測大多采用有線方式，社區(qū)醫(yī)院大多采用人工監(jiān)測，這些形式成本高，也不能實(shí)現(xiàn)隨時(shí)監(jiān)測病人身體參數(shù)。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，將無線傳輸技術(shù)應(yīng)用于病房監(jiān)測，將病人的體征參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)，供醫(yī)生進(jìn)行查閱和分析。本系統(tǒng)不僅緩解醫(yī)護(hù)人員的工作壓力，而且實(shí)現(xiàn)監(jiān)護(hù)的高效、及時(shí)和智能化。

1 設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)采用嵌入式硬件平臺(tái)，以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為技術(shù)支持，通過無線方式將病房病人的體溫傳送給護(hù)士站。本系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)部分，一部分是無線通信模塊，另一部分是體溫測量模塊。

2.1 無線通信模塊

無線通信模塊是實(shí)現(xiàn)無線傳輸?shù)暮诵?，?shí)現(xiàn)病人體溫的采集與處理和體溫參數(shù)的無線傳輸。本設(shè)計(jì)采用MCU+射頻收發(fā)模塊的SOC方案，采用CC2530射頻芯片。CC2530內(nèi)部集成了無線通信模塊，其內(nèi)核符合IEEE 802.115.4/ZigBee協(xié)議，支持CRC硬件校驗(yàn)，內(nèi)部還集成了增強(qiáng)型高速8051內(nèi)核處理器，256 KB FLASH程序存儲(chǔ)器，支持最新ZigBee 2007 Pro協(xié)議、8 KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；支持硬件調(diào)試。CC2530 具有不同的運(yùn)行模式，使得它尤其適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)。且外圍電路簡單，系統(tǒng)更穩(wěn)定。CC2530的最小系統(tǒng)如圖2所示。

2.2 體溫測量硬件設(shè)計(jì)

溫度測量的硬件電路主要由穩(wěn)壓輸入、測溫電橋、放大電路三個(gè)模塊構(gòu)成。系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)如圖3所示。穩(wěn)壓輸入模塊使用穩(wěn)壓芯片，體溫測量采用電橋和放大電路實(shí)現(xiàn)。

2.2.1 穩(wěn)壓輸入

2.2.2 測溫電橋

測溫電橋中Rt為NTC熱敏電阻，工作溫度在35～42 ℃之間的阻值變化范圍為32.59～24.51 kΩ。Rt阻值隨人體溫度變化按照負(fù)溫度系數(shù)變化，人體溫度的變化引起熱敏電阻的阻值變化，通過電橋輸出電壓參數(shù)。

2.2.3 放大電路

放大電路采用TI公司的OP07芯片，將熱敏電阻隨人體溫度變化通過電橋輸出電壓送入放大電路，得到可以方便測量的電壓信號(hào)，為后續(xù)A/D轉(zhuǎn)換做好準(zhǔn)備。

2.2.4 系統(tǒng)電路

體溫測量整體硬件電路的設(shè)計(jì)如圖4所示。

2.2.5 A/D轉(zhuǎn)換

本實(shí)驗(yàn)中數(shù)字傳感器是作為智能醫(yī)療系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，采用CC2530內(nèi)部集成的8051微處理器完成A/D轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)的無線模塊和測溫模塊實(shí)物如圖5、圖6所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件部分分為兩塊：一塊是從節(jié)點(diǎn)溫度信息的采集處理與無線發(fā)送，軟件流程圖如圖7所示；另一塊是主節(jié)點(diǎn)通過無線方式接收溫度信息并送護(hù)士站PC機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示，軟件流程圖如圖8所示。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

系統(tǒng)調(diào)試包括體溫的測量調(diào)試，無線傳輸調(diào)試，PC機(jī)界面顯示調(diào)試三部分。

（1） 熱敏電阻體溫測量的調(diào)試包括調(diào)試和溫度標(biāo)定。使用Multisim軟件對體溫測量電路進(jìn)行仿真，體溫測量模塊仿真運(yùn)行的結(jié)果如表1所示。

根據(jù)NTC電阻阻值隨溫度升高而降低的特性，本文采用的是在恒溫水槽對體溫測量模塊進(jìn)行溫度標(biāo)定。每個(gè)恒溫水槽的溫度對應(yīng)一個(gè)固定的電壓輸出，記錄讀取的輸出電壓值與溫度值，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。用NTC熱敏電阻傳感器和水銀溫度計(jì)對人體腋下測量，得到體溫測量數(shù)據(jù)對照表如表3所示。

（2） 無線傳輸調(diào)試。根據(jù)主從模塊的握手命令編程，并用串口進(jìn)行調(diào)試。為了實(shí)現(xiàn)無線串口功能，需要準(zhǔn)備兩套CC2530模塊和一個(gè)CC Debugger仿真器。通過串口調(diào)試助手發(fā)送字節(jié)數(shù)據(jù)。本模塊的作用是從節(jié)點(diǎn)采集到傳感器感知病人體溫，通過無線方式傳送給主模塊，主模塊接收到來自從模塊的體溫?cái)?shù)據(jù)送往PC機(jī)。

（3） PC機(jī)界面顯示調(diào)試。PC機(jī)在系統(tǒng)中的作用對病人體溫進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示，方便醫(yī)務(wù)工作者進(jìn)行監(jiān)護(hù)病人體征和隨時(shí)調(diào)取病人的體溫歷史信息。PC機(jī)的界面如圖9所示。

5 結(jié) 語

本文提出一種高精度的病人體溫測量電路和一種基于ZigBee協(xié)議的無線體溫監(jiān)測的控制方案，設(shè)計(jì)和開發(fā)了PC機(jī)的監(jiān)控平臺(tái)，通過硬軟件聯(lián)調(diào)實(shí)現(xiàn)了無線體溫監(jiān)測功能。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該系統(tǒng)具有體溫測量及時(shí)準(zhǔn)確的特點(diǎn)，無線傳輸方式體現(xiàn)了投入少、效率高的特點(diǎn)。本系統(tǒng)操作簡單使用方便，提高了醫(yī)療監(jiān)護(hù)的水平，有很高的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[2] 范寒柏，謝漢華.基于NTC熱敏電阻的三種高精度測溫系統(tǒng)研究[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2010（11）：1576?1579.

[3] 王長濤，尚文利，夏興華，等.傳感器原理與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2012.

[4] 成都無線龍通信科技有限公司.DREAMERF?CC2530無線傳感器網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)用戶手冊V1.00[Z].成都：成都無線龍通信科技有限公司，2010.

[5] 劉希明.基于電流法的熱電阻溫度測量裝置[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2007，28（4）：31?34.

[6] TI. TL431 datasheet[R]. US： TI， 2003.