医用红外测温仪的软件设计

毛坤剑　许新建*　张明旭　刘暾东　李达义

医用红外测温仪的软件设计

毛坤剑①许新建①*张明旭①刘暾东②李达义①

目的：基于红外测温原理和体温折算法设计医用红外测温仪软件，以实现医用红外测温仪的模块功能运用。方法：采用汇编语言设计主程序、电池低电量检测子程序、环境温度检测程序、待测温度监测计算子程序、蜂鸣器报警子程序、EEPROM数据存储子程序、体温精度校准子程序以及按键检测子程序等，并使用烧录器进行烧录。结果：医用红外测温仪经过临床测试，其软件系统在环境温度为24 ℃、26 ℃和28 ℃时进行精度测试，测试结果最大差值仅为0.2 ℃，测量温度重复性较好，精度较高。结论：设计的医用红外测温仪软件系统在设置的不同环境温度下测试精度高，重复性好，能够满足红外测温仪快速测温的运用，为临床提供准确的测温数据。

红外测温；环境温度补偿；汇编语言；医用软件

[First-author’s address] Chenggong Hospital, Xiamen University and the 174thHospital of PLA, Xiamen 361003, China.

医用红外测温仪是重要的非接触测温设备，其测温速度快、操作简单，受到医疗机构的青睐[1]。由于人体温度与环境温度相近，基于红外测温的工作原理，红外测温仪容易受环境温度的影响，导致测量精度不高，在不同的环境温度下测量温度重复性较差，直接影响临床对患者体温的准确判断。为此，本研究基于红外测温原理和体温折算法，采用环境温度补偿方法进行软件设计，以提高医用红外测温仪温度测量精度和重复性[2]。

1　医用红外测温与体温折算法原理

红外温度传感器是一种基于Seebeck效应的热电堆，人体的红外线辐射到热电堆内部的吸收膜，引起薄膜温度上升，当内部热电偶阵列两端存在温度梯度时回路中就会有电流通过，此时两端之间存在Seebeck电动势，为热电动势[3]。热电堆输出的电压值V与待测温度和环境温度[4]的关系如公式1：

式中S为器件系数；ε1为待测物辐射率；δ为校正透射率；T1为待测物温度；T2为传感器温度。

公式1热电堆输出的电压值V与待测温度和环境温度的关系：当环境温度固定时，待测温度变化1 ℃时，V1电压变化一般为数十个μV；当待测物温度与红外温度传感器温度相同时，V1电压值为0 V[5]。待测温度与环境温度的数学关系式如公式2：

当红外测温仪的微控制器单元(micro control unit，MCU)采集V1的电压值和传感器的环境温度T1，建立环境温度的V1对应待测温度的表格，查此表得到当前T1对应的电压值V2，将VTP与V2相加得到V3，通过反查此表得到待测物的温度值

2　医用红外测温仪系统软件设计

软件系统主要包括主程序、电池低电量检测子程序、环境温度检测、待测温度监测计算子程序、蜂鸣器报警子程序、EEPROM数据存储子程序、体温精度校准子程序以及按键检测子程序等[7]。

2.1主程序设计

主程序设置红外测温仪开机后进行初始化测试和电池电量检测，若电池电量足够，根据环境温度进行校正。开始使用时判断模拟数字(analog digital，AD)数据采集是否完成，同时将测试结果显示在LCD屏幕上。在开机后一直进行按键扫描程序，并根据扫描结果判断是否进入睡眠模式[8]。其流程如图1所示。

图1　红外测温仪主程序流程图

2.2数据采集程序设计

红外测温仪的数据采集主要分为电池电压采集、负温度系数(negative temperature coefficient，NTC)环境温度采集以及V1待测物温度采集。采集电压数值时，采集频率设置为12.5 ms，采集通道设置为VDD/5和VCM，将采集完10次累计减去最大值和最小值，再求平均，将计算后的AD值保存到变量，最后利用两次测量的AD值计算，判断电压电量[9]。采集NTC环境温度，采集设置为12.5 ms，第一采集通道设置为AN4和VCM，将采集完10次累加减去最大值和最小值，再求平均，将计算后的AD值保存到变量AN4；第二采集通道设置为AN2和VCM，将采集完10次累加减去最大值和最小值，再求平均，将计算后的AD值保存到变量AN2，最后利用3次量测的AD值Z计算得到电阻值，查表得到环境温度值，其计算为公式3：

式中K为NTC校正参数；AN4为第一通道采集平均值。

采集待测物体参数时，采集频率设置为20 ms，采集通道设置为AN0和VCM，将采集完10次累加减去最大值和最小值，再求平均，将计算后的AD值保存到变量AN0，最后利用体温折算法得到待测物温度值[10]。其程序如图2所示。

图2　红外测温仪AD采集子程序流程图

2.3系统校正程序和温度校准程序设计

系统设定红外测温仪开机后则自动校正，以查看其一些硬件基本情况和软件程序设备，如有异常将自动重置。其程序流程如图3所示。

医用红外体温仪不仅受红外温度传感器自身透镜的透射率与机构引起的辐射角度的影响，还容易受环境温度的影响，因此，必须进行参数校准以达到温度补偿[11]。其流程如图4所示。

图3　红外测温仪校正程序流程图

图4　红外测温仪校准程序流程图

2.4按键扫描程序和蜂鸣器报警程序设计

红外测温仪的按键具有组合功能，其按键扫描程序每0.5 s对按键进行扫描，如有检测被按下，就执行开机程序，如检测到3 s未被按下，就进入睡眠状态，如检测到被按下3 s，系统进入关机状态。当系统进入查看数据子程序时，每按下一次按键，就更新一个存储数据[12]。

红外测温仪具有3个报警功能：①开机时校正正常后出现一声“嘀”，提示设备准备就绪；②测试错误后出现两声“嘀嘀”，提示系统错误；③所测温度超出设定温度出现两声“嘀嘀”，提示患者体温异常。系统根据不同的报警功能设置不同的驱动程序驱动蜂鸣器[13]。

3　医用红外测温仪临床测试结果

本系统在环境温度24 ℃、26 ℃和28 ℃下，分别对同一患者的体温进行5次测试，经过软件温度补偿后，最大差值仅为0.2 ℃。整个系统在运用测试过程中，操作简单，使用方便，反应速度快，性能稳定且重复性良好[14]。其测试数据见表1。

表1　同一患者不同环境温度下体温测试数据

4　结论

医用红外测温仪具有响应速度快和灵敏度高等优点，被广泛运用于患者体温的快速测量。由于传统的医用红外测温仪各种设计缺陷而导致精度不高、重复性较低。本研究设计的红外测温仪软件系统，能够实现其各功能模块的运用，并通过独特的数据采集算法、校正算法和校准算法，能够实现在不同的环境温度下重复性较高、精度也较高，为医务人员提供较为准确的临床数据[15]。本系统使用简单，测量速度快，能够满足患者快速测量体温的需求。

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Software design of medical infrared temperature measuring instrument

MAO Kun-jian, XU Xin-jian, ZHANG Ming-xu, et al// China Medical Equipment,2016,13(11):4-6.

Objective: Design a application software for the function of the module of medical infrared thermometer based on the principle of infrared measuring temperature and temperature conversion method. Methods: In this paper, the assembly language was used in the main program, low battery detection subroutine, the ambient temperature detection, measure temperature monitoring calculation subroutine, buzzer alarm subroutine, EEPROM data storage subroutine, temperature precision calibration subroutine and key detection subroutine etc., and burner for burning. Results: After clinical testing, the environment temperature in the software system of medical infrared thermometer was 24 °C, 26 °C, 28 °C for accuracy test, and the maximum difference was only 0.2 °C. Conclusion: The software system of medical infrared temperature measurement has high precision and good repeatability, and can be used to meet the fast temperature measurement of infrared temperature measuring instrument.

Infrared temperature measurement; Ambient temperature compensation; Assembly language; Medical application software

1672-8270(2016)11-0004-03

R197.324

A

毛坤剑,男,(1981- ),本科学历，工程师。解放军第174医院(厦门大学附属成功医院)器材科，从事医疗设备的维修、质量控制及使用管理等方面的研究工作。

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.11.002

①解放军第174医院(厦门大学附属成功医院)器材科 福建 厦门 361003

②厦门大学航空航天学院自动化系 福建 厦门 361003

329716820@qq.com

2016-06-22