基于蓝牙的体温时控监测系统

韩 建，魏运锋，谈卿瑕，田博文

（1.东北石油大学 电子科学学院，黑龙江 大庆 163318；2.大庆油田公司 黑龙江 大庆 163318）

体温是衡量人体生命活动的重要指标，具有重要的生理意义和临床意义[1]。临床监护技术就是能及时、准确地提取出将患者各种重要的生理信息，进行处理、分析和判断，以帮助医护人员掌握患者的病情。在现有的医学监测系统中，数据的传输通常采用有线连接的方式，各种检测设备通过线缆连接到与人体直接接触的传感器上来获取各项生理信号。这种传统的多线连接方式会使得患者感到不自然，心情紧张，从而影响检测数据结果的准确性；较多的线缆也会占据病房一定的空间，是病房较为杂乱，影响医护人员的工作效率[2]。短距离无线电信号传输的蓝牙技术的兴起和迅猛发展，解决了电子设备之间线缆连接问题，实现了信息的无线传输。将采集的数据以无线的方式发送到接收设备上，应用灵活，简洁高效[3]。本文研制的蓝牙体温时控监测系统将传感技术与蓝牙技术相结合，研制出具有可移动性和实时监测的测温系统。温度传感器实时采集人体的体温数据，通过蓝牙收发模块发送数据，带有蓝牙适配器的终端可接收数据，本文传给上位机，通过网页的形式将温度值显示出来。

1 系统结构

本系统主要由3个部分组成，分别为由单片机控制的温度采集器、蓝牙收发模块以及上位机接收部分，通过这3部分的连接，蓝牙温度检测系统将实现近距离的温度检测，并将数据显示在网页上，当温度超过安全值时，将会发出警告。系统框图如图1所示。

2 系统的硬件设计及软件没实现

2.1 测温模块

温度检测的方法多种多样，目前，临床使用水银体温计完成一次测量通常需要10 min左右，测量精度低，易损坏，而且存在读数误差，效率低下[4]。本系统选用的温度传感器是Dallas半导体公司的18B20。Dallas半导体公司的数字化温度传感器是支持“一线总线”数字传输的温度传感器，提高了系统的抗干扰性，能够在20～50 s内准确的测量人体体温，测量精度可达0.062 5℃，性能稳定[5]。可以更加方便、高效精确地读出温度检测值。

操作协议基本步骤为：初始化DS18B20（发复位脉冲）→发R0M功能命令→发存储器操作命令→处理数据。要读出DS18B20的转换温度，主机必须先通过单口线发送初始化脉冲，继而给DS18B20发ROM命令。然后发6个存储器命令中的一个命令去控制DS18B20的工作状态来完成温度的转换和数据的读出[6]。

图2 测温模块与单片机连接图Fig.2 Diagram of temperature measurement module and MCU connection

2.2 蓝牙模块

蓝牙模块中的芯片使用的是CSR公司的BC41714芯片．该模块可以直接与单片机或处理器相连，采用即插即用的方式透明地实现设备间的无线数据传输。另外该模块可与各种蓝牙适配器、蓝牙手机或者是携带有蓝牙设备的期间配对使用，也可主从成对使用。模块兼容蓝牙1.1/2.0规范，Class 2功率级别，内置天线，有效传输距离10 m，较低功耗，具有自动节能模式，工作时电流为2 mA。模块具备标准UART接口。加电之后．单片机通过UART口发送一定格式的AT指令，即可对模块进行初始化配置。设置完毕后，一旦与其他的含蓝牙的设备建立连接，模块能够自动实现蓝牙串行协议（Bluetooth serial port profde，BSPP），能够像控制一般串口的方式来进行通讯[7]。在蓝牙模块的PIO8口上加了外围电路：串一个470 Ω电阻连接LED正极，LED负极接地，指示模块工作状态，模块上电后闪烁，不同的状态闪烁间隔不同；在PIO11口接一个led用来进行状态切换。接高电平时为AT命令响应工作状态，接低电平或悬空时为蓝牙常规工作状态。蓝牙模块基本电路及供电电路见图3。

本设计中涉及蓝牙的主要初始化配置如下：

1）主／从设备：蓝牙内嵌模块有主从之分。蓝牙适配器、传感器一律设为从设备模式。等待其他设备的查询与连接。其他的蓝牙设备如蓝牙PDA可以搜索到此内嵌模块．并且发现其提供的服务，通过此服务可以与其建立连接并进行通讯。

2）波特率：1.2 kb/s、2.4 kb/s、4.8 kb/s、9.6 kb/s、19.2 kb/s、38.4 kb/s、57.6 kb/s、ll5.2 kb/s 可选， 最大可达到 1.384 Mb/s。此处使用的是6.9kb/s，为常用的串口通信使用的波特率。

3）鉴权：我们提供安全认证功能，为避免病房内其他蓝牙从设备的影响，对连接的设备必须进行鉴权，只有通过鉴权的用户才能与蓝牙PDA进行通讯。

4）节能模式开启：在没有建立连接时，蓝牙模块电流低达0.03 mA。

图3 蓝牙模块基本电路及供电电路Fig.3 Bluetooth module circuit and power supply circuit

2.3 控制模块

控制模块我们采用MSP430F43x系列超低功耗 Flash型16位RISC指令集单片机，工作电压为1.8-3.6 V，当单片机处于活动模式时，电流消耗仅 300μA，其设计结构完全以系统低功耗运行为核心。此外，它还具备丰富的硬件资源，性价比极高，其中包括16KB+256BFlash存储器和512BRAM。MSP430F43x片上还配备多达160段的LCD驱动[8]。另外该单片机有两个外部时钟，一个高速的、一个低速的，可以非常方便的使用，让系统工作在低功耗模式中。该单片机的这些特点，使其非常适合于构成一个全功能的便携式单片机应用系统。主控电路见图4。

2.4 软件的实现

传感器的编程主要是完成MSP430单片机的工作流程设计，软件在MSP430的开发平台IAR Embedded Workbench下采用C语言编写。单片机要完成对蓝牙模块的配置、体温数据的运算、蓝牙主设备的通讯等功能，如图5所示。传感器可由患者自行加电测温，当与某主设备建立蓝牙连接后，传感器则会间隔500 ms不断的发送实时体温数据到上位机数据库中。如果要停止给上位机发送数据，可以直接关掉电源开关，让所有设备进入零功耗模式。这样可非常方便控制可移动的设备进行实时的温度检测，在不使用的时候关掉设备以节省电力。传感器可以自动向多种含有蓝牙的主设备实时发送体温数据，蓝牙主设备只需要简单编程，从蓝牙虚拟的COM口读取数据即可得到当前患者的体温值[9]。

2.5 上位机数据库和网页的实现

上位机使用数据库软件Navicat Lite for MySQL建立数据库，利用串口通信软件把从硬件设备接收到的数据存入指定的数据库中，供网页进行实时的调用。使用Dreamweaver制作网页，采用php语言，实现与数据库的连接，并可使网页内容根据数据库的内容进行实时更新。

图4 单片机主控电路Fig.4 The main control circuit

图5 系统流程简介图Fig.5 System flow chart

图6 登陆界面Fig.6 Login interface

整体网页共由3个页面构成。界面1：登陆界面（login.php）如图6，首先输入用户名admin以及相应的密码后才可以进入界面2：系统界面（index.php）如图7，该页面仅显示所检测到的某一病人的实时体温，当出现高于设定的体温值（42℃）时，页面可自动发出报警信号，以提醒医护人员进行相应抢救措施；界面3：最近记录显示界面（test.php），该页面显示某一病人最近一段时间的体温值，以供医护人员查看。这些数据一直存在数据库中，需要的时候可以随时查看调用，这为医护人员带来了很大的便利，进而可以提高工作效率。上位机接收数据的流程图见图8。

图7 系统界面Fig.7 The system interface

图8 上位机流程图Fig.8 The flow chart of upper machine

3 结束语

针对传统的测温方式多线缆问题，水银温度计测量时间长，效率低下，精确度低，特别是当患者较多时，工作量大。鉴于此考虑，本文设计并研制了基于蓝牙的体温时控监测系统。DS18B20测温准确、快速、效率高，能非常快速准确地获取温度数据；通过蓝牙无线技术奖温度数据传送至计算机终端或手持蓝牙设备终端，上位机软件对数据进行显示、存储、管理；当医护人员需检测多个病人的提问时，只需沿着放有蓝牙适配器的地点走一圈，就可以得知几个患者的体温值。该系统使用方便、测量速度快、效率高、性能稳定、人机界面友好，有比较大的实用价值。

[1]李君凯．数据采集与控制系统[J].自动化与仪器仪表，2003，2（6）:133-140．LI JUN-kai.Data acquisition and control system[J].Automation&Instrumentation，2003，2（6）:133-140．

[2]李虹.基于MSP430单片机和DS18B20的小型测温系统[J]．微计算机信息，2006，22（20）：137-139.LI-hong.Small temperature measurement system based on MSP430 MCU and DS18B20[J].Microcomputer Information.2006，22（20）：137-139.

[3]周育才.基DS18B20分组方式测温系统的设计 [J]．微计算机信息，2007，23（1）:161-163.ZHOU YU-cai.Design of temperature measure-ment system based on group DS18B20.

[4]魏小龙.MSP430系列单片机接口技术与系统设计[J].自动化与仪器仪表，2011，2（3）:12-23．WEI Xiao-long.MSP430 series single-chip microcomputer interface technology and system design[J].Automation&Instrumentation，2011，2（3）:12-23．

[5]范涛.蓝牙医院病人医护系统 [M]．成都：西南交通大学，2004.

[6]Soo-Hwan Choi.A Implementation of Wireless Sensor Network for Security System using Bluetooth.IEEE Transactions on Con-sumer Electronics，2004，50（1）：236-244．

[7]金纯.蓝牙技术[M].北京：电子工业出版社，2001．

[8]金伟正．单线数字温度传感器的原理与应用[J]．电子技术应用，2000（6）:66-68．JIN Wei-zheng.The principle and application of the single line digital temperature sensor[J].Application of Electronic Technique，2000（6）:66-68.

[9]胡大可．MSP430系列FLASH型超低功耗l6位单片机[M].北京：航空航天大学出版社，2002.