2010 总第 年第 期 5 期 101 JOURNAL OF FUQING BRANCH OF FUJIAN NORMAL UNIVERSITY 福建师范大学福清分校学报 《 》 Sum No.101 智能医用无线体温测量系统实现方案 廖延初 (福建师范大学福清分校电子与信息工程系，福建福清 350300) 摘 要：本文主要提出了医用无线体温测量系统的一种实现方案，该系统设计思路独特、系统构成简单、 性价比高。介绍了系统构成、体温测量的工作原理、芯片的选择，重点介绍了无线体温测量系统中单片机测控 板的软、硬件设计和实现方案。 关键词：Atmega8单片机；温度测量；NTC热敏电阻；Steinhart-Hart；nRF24E1；PC机 中图分类号：TH765.2+3 文章编号：1008-3421（2010）05-0051-05 文献标志码：B 0 引言 体温是生命活动的一种重要表现，是人体新陈代谢的一个重要参数，体温既有生理学的意义， 目前水银温度计是最为常见的体温测量 又有重要的临床医学意义，是临床诊断的一个重要指标 仪器，而水银体温计进行体温监测很不方便，水银的污染也很严重 为此人们开发了各种不同的测 传统的水银体温 温仪器和测温方法，其中电子测温仪器最为成熟，性能已接近水银温度计的性能 计在测量时间 携带及环境污染等方面有不良之处，虽然现在出现了大量的电子温度计，但是，对 、 于住院的重病患者，需要护士定时对其测量体温，这样不但加大了护士的工作量，也打扰了病人的 休息 。 本文基于传统体温计及现在流行的电子体温计的这些缺点设计出一种新型的无线智能电子 。 。 。 体温测量系统，可以大大方便医院里对病人体温的监测 1 系统组成及功能叙述 。 单片机的处理送给无线发送模块，再由接收装置送入 统 如下图 所示 PC 。 1 。 该系统由一台 PC 机实现数据接收和数据管理，再配合每个病房单独使用的体温测量仪，通过 机处理，构成一个完整的无线体温测量系 温 度 传 感 器 传 感 器 接 口 电 路 LCD 显示 Atmega8 单片机 控制功能按键 PC 机 报警 图 1 nRF401 发送 nRF401 接收 收稿日期：2010-07-05 作者简介：廖延初（1980-），男，福建莆田人，讲师。 图 2 

福建师范大学福清分校学报 2010 年 9 月 52 管理用 。 24 PC PC NTC 机设置在护士站，在 机上可设定各病房使用的温度计测量的时间，并按设定的时 小时传回的数据绘 NTCG163JF103FT 间提醒病人测量温度，然后接收温度测量仪传回的测量数据；最终将各病房 制成图形或表格，供医生参考，可以设计报警温度，如有异常情况，立即报警，以便及时通知医生 市场上自动测量温度计种类繁多，但只能完成单机的测量和少量数据存储，无法完成无人操作时 自动测量以及测量数据的通信传送功能，这种建立在无线传输基础上的系统能够实 的定时启动 、 现尽可能少的房间重新布线，大大方便了医院或疗养院房间的改造 单片机作为 ）作为温度传感器采集到的温度信号转换为数字信号 微控制器将 热敏电阻（ 送给发送模块，发送模块以 为主要 芯片的接收装置再送入 2 硬件的选择及功能参数介绍 2.1 ATmega8 接口电路，采用了小引脚封装，所以其价格仅与低档单片机相当，具有极高的使用价值 基于增强的 执行时间， 盾 连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器 码效率，并且具有比普通的 是一个非常特殊的单片机，它的芯片内集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件 是 由于其先进的指令集以及单时钟周期指令 ，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛 ）相 这种结构大大提高了代 所有的寄存器都直接与算逻单元（ 。 作为发送接收主要芯片将报警信号送入同样以 位 的数据吞吐率高达 机实现智能体温无线报警监控 内核具有丰富的指令集和 个通用工作寄存器 倍的数据吞吐率 微控制器最高至 结构的低功耗 微控制器 系统采用 1MIPS/MHz 。ATmega8 AVRRISC ATmega8 Atmega8 nRF401 nRF401 COMS 。AVR ALU PC 。 。 。 32 。 8 CISC 10 。 温度传感器，其主要功能是将被测温度物理量转换成对应变化的电信号量 2.2 输出信号的模式，温度传感器有三大类：数字式温度传感器 感器，其各有特点 近理论密度结构的高性能陶瓷 温度变化响应速度快等特点，可进行高灵敏度 热敏电阻是指具有负温度系数的热敏电阻 。NTC 。 因此，在实现小型化的同时，还具电阻值 高精度的检测 、 。 。 逻辑输出温度传感器 、 其使用单一高纯度材料 。 温度特性波动小 、 按照温度传感器 模拟式温度传 、 具有接 、 对各种 、 ）热敏电阻温度 （ 1 热敏电阻温度 - NTC — 电阻特性 电阻特性曲线可近似表示为： R=Roexp{B(1/T-1/To)}(R 值）由式（ ）可得：热敏电阻温度 1 ：热敏电阻的 B - ：温度 （ ）时的电阻 K T 电阻特性呈指数关 Ro 值： ：温度 系变化，温度 / 时的电阻值； B 电阻特性曲线如图 2 To(K) 所示 。 （ ）热敏电阻测量设计 2 热敏电阻具有负温度系数大，灵敏度约为金属热电阻的 NTC κΩ ）等特点 几百 的 10bit ADC A/D 测量网络中，设 为分压电阻 采样器与测量网络选用同一电压基准 为热敏电阻， Rx Rt ，同时， 。 10 倍，标称电阻值比较大（几 κΩ～ 采样器直接采用 自带 此时，假设系统中测量网络 Atmega8 。A/D VREF。 采样器处于理想情况下，则可根据式 A/D Δ= 阻值的变化量），求出当采用不同的分压电阻 （ Rx - Rx ） （ ×1024 ΔR ：温度变化 0.1℃ Rx+Rt 时，系统具有的测量精度 Rx+Rt+ΔR Rx 。 2.3 nRF401 无线发送接收芯片 ，完成无线发送接收功能，把采集到的温度信号传送到 nRF401 机 PC 。 是北欧电路集成电路公司（ ）的产品，是一个为 NORDIC 调制解调技术，最高工作速率可以达到 433MHzISM 20K 频段设计的真正单片 ，发射功率可以调整， 、 时电 无线收发芯片 它采用 。 FSK +10dBm。nRF401 UHF 最大发射功率是 它要求非常少的外围元件（约 获得的 两个工作频宽（ 高效 10 晶体，收发天线合一 433.92/434.33MHz 4MHz 。 个），无需声表滤波器 的天线接口设计为差分天线，以便于使用低成本的 天线 。 变容管等昂贵的元件，只需要便宜且易于 、 无需进行初始化和配置，不需要对数据进行曼彻斯特编码，有 ，还具有待机模式，可以更省电和 。 ），工作电压范围可以从 PCBT 2.7-5V 

第 5 期 廖延初：智能医用无线体温测量系统实现方案 53 2.4 显示模块，设在房间里，方便病人自己查看所测量的温度 显示接口模块选用 数据输入，接口电路简单 滤光源，在平面面板上产生图像 LED 少，降低视觉疲劳，但价格相对来说比较昂贵 位数据元进行 即液晶显示器，是一种数字显示技术，可以通过液晶和彩色过滤器过 占用空间小，低功耗，无闪烁，外围电路 硬件组成电路图如下： ，其可显示 字符， 具有可选择 位数据元 相对于 显示来说 16×2 LCD 1602LCD 。LCD 4 、8 。 。 LCD 。 ）温度采集硬件电路 （ 1 （ ） 2 nRF401 外围电路图 ）发送接收模块外部接口电路图 （ 3 

54 福建师范大学福清分校学报 2010 年 9 月 3 软件的设计 在系统设计中，数据采集器直接选用其内部自带的 VREF。 外部中断 准 部分由 主控部分程序流程图 C 0 接通道切换显示功能键，外部中断 1 语言编写实现，开发环境为 ICCV7forAVR。 10bitADC 接温度最大值清除功能键 参考电压选用外部电压基 本设计的软件 ， ADC 。 开始 系统初始化 通 道 一 采 样 通 道 二 采 样 数据处理 Z 数据处理及采样完毕 Y Y 热敏电阻是否连接正常 N 显示温度值 显示出错信息 NO NTC 数据发送 进入睡眠 结束 4 测试结果与分析 系统测温范围为 30℃～50℃。 在对系统性能检测时，使用热电耦温度计（ 阻捆绑一起放入热开水中，再使其一起放入冰箱中进行冷却 各点温度值 测试结果如下表所示： 冰冻 、 。 。 ±0.1℃ 这样则可测出从 精度）与热敏电 间 -25℃～100℃ 热敏电阻温度（ ） ℃ 41.2 40.9 39.3 38.4 37.5 36.7 35.6 35.1 ） ℃ 水银温度（ 41.23 41.05 39.59 38.42 37.45 36.63 35.80 35.06 ） ℃ 温度误差（ -0.03 -0.15 -0.29 -0.02 -0.05 +0.07 -0.20 +0.04 5 误差分析与提高测量精度的方法 温度计测量误差来源：热敏电阻和分压电阻的阻值误差； 方程拟合误差等 Steinhart- 从测量结果中可以看出，系统的测量精度还不是特别高，还可通过各种方法 采样器的非线性误差； Hart 使系统性能得到改善，具体可有以下一些改进方法：测量网络采用更多的档位，选用更高精度的 A/D 。 A/ 采样器，选用其它测量精度更高的测量电路，选用其它性能更好的温度传感器 D 6 结论 。 由于目前医院病房还很少使用的自动温度测量系统，如果能投入使用，可以大大方便病人的 体温测量，减少医疗工作者的工作量，建立本系统所使用的成本低，方便对旧医院房间的改造，有 机实现数据接收和数据管理，设计思路 一定的可行性 独特，系统构成简单，操作和使用方便，性价比高，测量准确，有很高的实用价值 本文所讨论的自动温度测量系统由一台 PC 。 。 

第 5 期 廖延初：智能医用无线体温测量系统实现方案 55 参考文献： [1] 集成温度传感器的分类和应用[EB/OL]. 广电电器网，2005-03-17. [2] 李文仲，段朝玉. 短距离无线数据通信入门于实战[M]. 北京：航空航天大学出版社，2006. [3] 张盛福，王喜斌，张鹏. 华邦.51单片机原理及应用[M]. 北京：航空航天大学出版社，2005. [4] 孟凡文. NTC热敏电阻的非线性误差及其补偿[J]. 传感器世界，2003（5）：5. [5] 俞阿龙，李正.热敏电阻温度传感器的一种线性化设计[J].工业仪表与自动化装置，2003（5）：6. [6] Analog Devices公司，热敏电阻结合分高辨 A/D变换器测量温度[J].电子产品世界，2006（8）. [7] 沈文，Eagle Iee，詹卫前. AVR单片机C语言开发入门指导[M]. 北京：清华大学，2003. ΣΔ The Implementation Scheme for Intelligent Medical Wir eless Temper atur e Measur ement System （ Fuqing Branch of Fujian Normal University, Fuqing, Fujian 350300) LIAO Yanchu Abstr act: An implementation scheme for the intelligent medical wireless temperature measurement system is proposed in this paper. This system is uniquely designed with simple components and high ratio of performance and price. The system components, the working rationale of the temperature measurement, the choice of chips, and, especially, the design of the software and hardware of the measure and control system of single -chip microcomputer and the implementation scheme are introduced in detail in this paper. Key Wor ds: Atmega8 single -chip microcomputer Steinhart-Hart ， nRF24E1 ， PC ， Temperature measurement ， NTC Thermistor ， （责任编辑：张 沛）