基于蓝牙的手戴式体温测量仪的研究

鲁池梅 刘 欢 杨火祥 刘兴云

(湖北师范学院物理与电子科学学院，湖北 黄石 435002)

0 引言

体温、脉搏、呼吸、血压是人体维持生命的四大基本特征，而其中对体温变化的监测是判断人体是否健康最简单的方法。但是在传统体温测量中大多使用的是水银体温计，该体温计具有众多缺点，如易破碎，存在水银污染的可能，测量时间较长，对急重病患者、老人、婴幼儿等使用不方便，不易读数。本研究针对以上问题，结合可穿戴设备的概念，研制出一种安全、高效、方便的体温测量仪器。研究中在数据的处理和显示方面做了优化，采用蓝牙作为数据发射、接收中心，最后在手机APP 终端上显示出来。

1 系统概述

整个系统由稳压电路、数据采集电路、数据发射电路、数据接收电路四部分构成。一方面，以DS18B20 传感器为感应器件，通过一个手表的表盘让DS18B20 与皮肤接触，传感器再与单片机相连。另一方面，单片机与蓝牙模块相接，单片机接收到DS18B20 的数据后，经过一系列的处理得出人体体表的温度，通过蓝牙模块将数据发送至手机蓝牙，最后通过手机上专门制作的APP 软件显示出来，从而达到测量人体体温的目的［1］。

1.1 稳压电路

本研究中采用的单片机型号是STC89C51，经实际测得供电电压在3.5 ～5 V 之间单片机能正常工作;而蓝牙模块采用的是信驰达RF -BM -S02 版，其工作电压为2 ～3.6 V，所以稳压电路必须将电压控制在3.5 V。这里使用的稳压芯片是AMS1117 系列，AMS1117 系列稳压器有可调版与多种固定电压版，设计用于提供1 A输出电流且工作压差可低至1 V。在最大输出电流时，AMS1117 器件的压差保证最大不超过1.3 V，并随负载电流的减小而逐渐降低。由于没有3.5 V 的固定电压版，因此这里使用了AMS1117 可调版，并采用图1 的电路设计，使输出电压稳定在3.5 V。其中，R2为可调电阻，调节R2电阻可使输出电压稳定在3.5 V。

图1 稳压电路Fig.1 Regulator circuit

1.2 数据采集电路

设计中采用的温度传感器是DS18B20［2］。DS18B20数字温度计是DALLAS 公司生产的1 -Wire 器件，即单总线器件，具有线路简单、体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统，线路简单，且可以在同一根通信线上连接多个数字温度计。DS18B20 产品的特点如下:

(1)只需要一个I/O 口即可实现通信;

(2)在DS18B20 中的每个器件上都有独一无二的序列号;

(3)实际应用中不需要任何外部元器件即可实现测温;

(4)测量温度范围在-55 ～+125 ℃之间;

(5)数字温度计的分辨率用户可以从9 位到12位选择，对应的可分辨温度分别为0.5 ℃、0.25 ℃、0.125 ℃、0.625 ℃;

(6)内部有温度上、下限告警设置。

将DS18B20D 的DQ 接到单片机的P2.3的引脚上，即通信线，再将VCC、GND 接到电路中［3］，如图2 所示，通过单片机给予相应的指令即可实现对人体体温的测量。

图2 数据采集电路Fig.2 Data acquisition circuit

1.3 数据发射电路

数据发射采用蓝牙来传送数据，这也是作品的核心部分。蓝牙模块使用的是信驰达RF-BM-S02 版，这款蓝牙模块具有以下特点:

(1)超小封装尺寸，丰富的AT 指令;

(2)高速数据转发，可达2 ～10 kbit/s;

(3)极低功耗的待机模式;

(4)超长的通信距离，空旷处可达100 m;

(5)同时支持透传模式和直传模式。

数字发射电路如图3 所示。从图3 可看出，模块有6 个引脚，分别为VCC、GND、TX(模块数据发送端)、RX(模块数据接收端)、BRTS(作为数据发送请求)和BCTS(数据输入信号)。研究中将蓝牙模块的TX 及RX 与单片机的TXD 及RXD 分别相连接。当BRTS 置于低电平时，主机有数据发送，蓝牙模块将接收来自主机的数据;当其置于高电平时，主机无数据发送，不接收数据，故BRTS 置于高电平，因为这里不需要接收来自主机的数据。而BCTS 与BRTS 的功能相反，当BCTS 置于低电平时，模块有数据发送到主机;当置于高电平时，模块无数据发送到主机，故将其置于低电平。电路中使用的是蓝牙模块的透传功能，这样当有数据从单片机的串口发送过来时，蓝牙模块就会第一时间将数据发送出去［4］。

图3 数据发射电路Fig.3 Data transmission circuit

1.4 数据接收电路

数据接收方面，通过编写简单的手机APP 实现。打开手机APP 后，点击搜索就可以搜索到设定的蓝牙名字，再点击连接即可连接蓝牙模块，完成数据的传输，最终在手机APP 的串口数据通道版面显示出接收到的数值。

2 程序

首先单片机发送指令给DS18B20，完成初始化，测温开始;单片机延时，使DS18B20 有足够时间去读取温度，否则温度数据可能会出现误差。单片机将温度数据处理成一个一个的字符并存储在数组中，再将每个数组元素依次送到单片机的串口中［5］。代码如下:

由于采用的是蓝牙的透传模式，因此当蓝牙设置成接收状态时，如果蓝牙模块收到数据，就会在第一时间将数据发送出去，完成对数据的传输。程序流程图如图4 所示。

图4 程序流程图Fig.4 Flow chart of program

3 实验数据处理

实验中使用医用体温计和手戴式体温测量仪作为测量仪器，在不同时间段内同时测量一个人的体温作为实验数据。实验情况如下。

3.1 实验步骤

(1)测试者在一个温度较为恒定的空间里先佩戴手戴式体温测量仪，打开手机蓝牙和APP，待手机上体温数值稳定时读出数值。随后取下，再使用医用的体温计测出体温值。

(2)同一测试者在不同时段多次测量，记录下数值，最后整理。

3.2 实验数据记录

实验数据如表1 所示。由表1 可看出，使用医用体温计测量时，被测试者体温大多在36.5 ℃附近，最高为36.7 ℃，最低为36.2 ℃;而使用手带式体温仪时体温大致集中在36.0 ℃附近，最高为36.4 ℃，最低为36.0 ℃。

表1 实验数据记录表Tab.1 Experimental data record

3.3 数据分析

由表1 可以看出，试验中测得的数据与预想数值较为接近。考虑到操作环节中不同时间人体体温变化误差以及排除环境、被测者体质等因素的干扰，可以认为手戴式体温测量仪测温效果良好。同时研究中发现同一被测者在不同时段测得的体温数值有略微的变化，但都在正常的变化范围之内，而且手机APP 上读出的数值也随着变化，这从另一方面说明了体温测量仪测温效果明显，灵敏度和精度比较高。

4 结束语

本文研究了一种人体健康监测装置，可随时随地监测用户体温，而且可以清晰地显示在手机上，便于记录、查询、报警等。装置在医护场合更能突显其测温方便的特点，让护士和医生得到解放，并可实现一人监测多人体温的功能。对于那些行动不便的人员，只需佩戴本产品即可随时监控自己的体温，摆脱以前通过水银温度计测温时使用麻烦、测温慢、不能够连续测量的弊病。通过蓝牙将数据结果发送到手机上，具有可靠性高、传输效率快的特点，而且不会产生对人体有害的辐射，安全性好，推广前景乐观。

［1］ 韩建，魏运锋，谈卿瑕，等. 基于蓝牙的体温时控检测系统［J］.电子设计工程，2014，22(16):61 -64.

［2］ 韦哲，程自峰.数字温度传感器DS18B20 在体温检测中的应用［J］.医疗装备，2005，18(4):10-12.

［3］ 张越，张炎，赵延军.基于DS18B20 数字温度传感器的数字温度计［J］.微电子学，2007，37(5):709 -711.

［4］ 包敬海，樊东红，陆安山，等. 基于DS18B20 的多点体温检测系统的研究［J］.自动化与仪表，2010，25(2):20 -22.

［5］马云峰.单片机与数字温度传感器DS18B20 的接口设计［J］.计算机测量与控制，2002，10(4):278 -280.