人体皮肤测温仪的设计

只看该作者 · 2015-7-21 21:57

为准确掌握临床医疗与医学研究中的人体皮温并进一步进行数据分析，利用热敏电阻测温，通过单片机与上位机之间的串口通信，设计了以 MSP430F149 单片机为核心处理器、热敏电阻与放大器为测量电路、SMC1602 为 LCD(Liquid Crystal Display)显示器、单片机内部 Flash 为存储器的可存储式人体皮温测量仪。数据通过串口通信电路传输到上位机，完成数据的分析与处理。实验结果表明，该测量仪测量精度为 0． 1 ℃，存储器空间支持持续测量 4 天以上的皮温数据，能为临床医疗及医学研究提供更可靠的依据。

只看该作者 · 2015-7-21 21:58

引言
人体皮温是临床医疗和医学研究过程中最重要的客观指标之一，其准确性和精确性直接影响到疾病的诊断和治疗。根据发热的共性可将发热过程分为 3 个阶段: 体温上升期、持续高热期和体温下降期。随时掌握体温变化的趋势，对临床用药以及药性分析都有重要意义，且随着医疗水平的不断提高，人体各项指标测量的精确性愈加重要，人体皮温作为其中最具有普遍性的指标，但其测量方式依旧沿用老式的由护士查房时用水银柱体温计进行皮温测量。这种测量方式因精度不足可能造成误诊。笔者针对现有皮温测量设备精度及实时测量能力不足的问题，依据热敏电阻测温、计算机通信及单片机技术，设计了一种可存储式人体皮温测量仪，可对人体皮温数据进行测量、存储和分析。

只看该作者 · 2015-7-21 21:58

1 设计思路
该仪器利用热敏电阻进行测量，既有较快的速度，又可在保证测量精度的前提下降低成本。利用MSP430 单片机内部的 12 位 ADC(模数转换器)进行模数转换，将测得的电压数据转换为温度数值，同时凭借 MSP430 单片机低功耗的特点［1］，在实现各种功能的同时实现其便携性。利用 MSP430F149 单片机内部的 60 kByte 的 Flash 存储器，满足了长时间的实时测量并记录病人的皮温数据［2］的要求。并且利用串口通信将存储的数据传输至 PC ［3］，绘制皮温曲线，对患者的皮温变化进行分析。

只看该作者 · 2015-7-21 21:59

2 系统硬件设计
笔者设计的测量仪包括: 测量模块、存储模块和显示模块。测量模块主要由热敏电阻构成的电桥和电压跟随器组成，存储模块主要由 MSP430 单片机内部的大容量 Flash 组成，显示模块主要由 CPU 处理器和显示屏组成，在 3 模块协调配合工作下实现皮温的精确测量和存储［4］。其工作过程为: 热敏电阻接入电桥中，电桥连接到电压跟随器［5］，输出至单片机，单片机内部的 12 位 A/D 可将电压信号转换成精度为 0． 1 ℃的温度数值，而后将数据存储到单片机内部的大容量存储器中［6］。与单片机连接的液晶屏可即时显示病人的皮温，便于随时观察病人的皮温变化［7］。读取控制按键与单片机连接，控制单片机在需要时将数据读出并通过通信电路将数据传输至上位机中［8］，以便进一步进行数据处理和分析。其硬件系统组成如图 1 所示。

只看该作者 · 2015-7-21 22:10

这个是基本的硬件设计框图的

只看该作者 · 2015-7-21 22:11

这个设计上来看不是很复杂的，主要是体温信号的测量与转化的，需要细致些的。

只看该作者 · 2015-7-21 22:12

2． 1 测量模块

负温度系数热敏电阻［9］是以氧化锰、氧化钴、氧化镍、氧化铜和氧化铝等金属氧化物为主要原料，采用陶瓷工艺制造而成。这些金属氧化物材料都具有半导体性质，完全类似于锗、硅晶体材料，体内的载流子(电子和空穴)数目少，电阻较高; 温度升高时，体内载流子数目增加，自然电阻值降低。负温度系数热敏电阻有灵敏度高、稳定性好、响应快、寿命长和价格低等优点，广泛应用于需要定点测温的温度自动控
制电路［10］。由于电桥输出电压为差模电压，所以，在电桥后加装电压跟随器。使电压值可方便传输至单片机的A/D 转换器中。

只看该作者 · 2015-7-21 22:14

采用的是热敏电阻的，并将该热敏电阻的涉及到桥式电路中，很简洁的设计的，原理图见下附件的

只看该作者 · 2015-7-21 22:15

2． 2 存储模块
MSP430F149 是 TI 公司的 16 位 RISC 单片机，具有16 个16 位的寄存器，27 条精简指令，片内 Flash60 kByte，片内 RAM 2 kByte 以及使用双重取数据技术，满足应用的要求［11］。该设计中，60 kByte 的空间可在每 5 min 存储一次数据的情况下存储多天的皮温数据，进而进行数
据分析及曲线绘制。

只看该作者 · 2015-7-21 22:15

2． 3 显示模块
SMC1602 字符型液晶显示模块［12］是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式 LCD(LiquidCrystal Display)。MSP430F149 读取 nRF905 接收的数据并通过 I/O 口控制 LCD 进行显示。单片机的 P5．5 为 R/W 控制信号，P5． 3 为 LCD 的 E 使能信号。P3 口作为 LCD 现实数据(或指令)通口［13］。

只看该作者 · 2015-7-21 22:17

该显示模块的是采用点阵式字符型液晶模块的，比较好的选择，其电路设计如图所示

只看该作者 · 2015-7-21 22:18

2． 4 通信模块
由于该设计需要对数据进行进一步分析对比，所以，单片机和 PC 机之间的通信是必要的。根据MAX232 通信技术设计了串口通信电路，将测得数据传输至上位机［14］。电路图如图 4 所示。

只看该作者 · 2015-7-21 22:19

数据通讯的采用RS232总显得不太好，毕竟是穿戴式的，有限的传输方式不太方便的，最好改为无限的传输方式的。

只看该作者 · 2015-7-21 22:20

3 软件设计
MSP430 上电后，各器件初始化，定时器设置为 5 min。从 P6． 1 脚接收测量电路的电压信号，每5 min将电压信号通过 MSP430 内部的 12 位 A/D 及相关温度算式转化为温度数据。送至 Flash 寄存器进行储存以及 1602 显示。同时，系统不断查询是否有 55H 信号从 P6． 5 脚输入，若有 55H 信号输入，则将Flash 寄存器存储的皮温数据输出至 PC 机，以便进行后续处理。

只看该作者 · 2015-7-21 22:21

至于软件设计的就不多说了，这个也不算麻烦的，主要是采集数据的并显示存储的，数据通讯的食材需简单的通信协议即可。

只看该作者 · 2015-7-21 22:21

结语
该测量仪采用 MSP430 单片机、热敏电阻技术，基于模块化的思想进行总体构建，能实现精确测量、实时记录，精度符合实际应用的需求，在临床医疗与医学研究中可提供更充分可靠的依据。该设计具有性能高、低功耗和成本低等特点，符合医院与新药研制的需求，具有一定前景及市场价值。

只看该作者 · 2015-7-21 22:22

这个前景的不说了，跟医疗挂钩的不会亏钱的，，主要是产品做好的话，就有销路额。

只看该作者 · 2015-7-30 10:36

热敏电阻测人体皮肤温度准吗

只看该作者 · 2015-7-31 10:19

由于电桥输出电压为差模电压，所以，在电桥后加装电压跟随器

这个不太明白呀

人体皮肤测温仪的设计

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