基于Android系统的人体智能体温计设计与研究
钱琳琳1，刘婷2
1. 泰安市中心医院 设备科，山东 泰安 271000；2. 泰山医学院 外国语学院，山东 泰安 271016
[摘 要]目的 设计一款测量速度快、测量准确、便于观察的智能体温计。方法 采用MSP430单片机为控制器、PT100为测温元件作为下位机，利用低功耗蓝牙与Android手机实现通信，在Android手机上实现被测者体温数据的显示、语音播报、保存及查询功能。结果 本文设计的智能体温计能够快速测出被测者体温，很好的实现了在Android手机上显示、语音播报、保存和查询被测者体温数据的功能。结论 本文设计的智能体温计很好满足了测量人体体温的功能，并且具有测量时间短、测量准确、便于观察的优点。
[关键词]人体智能体温计；Android系统；低功耗蓝牙；测温元件
引言
人体体温监测可以为人体疾病诊治提供重要的依据，传统的体温计具有测量体温反应时间长、不方便观察体温数据，对于需要长期监测体温数据的测量者不方便记录的缺点。随着Android智能手机的快速普及，基于Android平台的软件开发很快成为新的主流开发平台[1]，本文设计了基于Android系统的人体智能体温计的测量方案，可以实时实现对人体体温数据的采集、处理，实现体温数据的蓝牙传送、显示、保存及查询，具有测量准确、操作简单的优点[2]。
1 硬件设计
PT100是一种正温度系数的热敏电阻，其电阻随温度的升高阻值变大，它具有精度高、稳定性好、抗干扰能力强的优点，广泛应用于温度测量中[3]。温度每变化一度，PT100的阻值变化0.39 Ω，如果PT100的线很长，其电阻值就越大，线长短的不同会造成测量结果的不同，本文设计的人体智能体温计外观很小，属于短距离测量，故采用两线制的PT100。
本文设计的人体智能体温计电路由电源电路、测温电路（图1）、控制电路和蓝牙通讯模块（图2）组成，其中电源电路采用USB供电方式，它由USB、集成三端稳压块LM317和相应的电路组成，可以很稳定的输出3.0 V电压。电桥电路由电阻R3，R4，R6（R3，R4，R6的精度均为±0.1%）和PT100组成，REF3030为电压基准芯片，它的作用是为电桥电路提供标准的3.0 V电压。差分放大电路由差分放大芯片AD623和一个2 kΩ（精度为±0.1%）的放大反馈电阻组成，差分放大电路可以精确的把电桥电路的输出压差放大51倍，其输出电压为Vout。控制电路选用低功耗的MSP430F149单片机作为控制器，电桥电路的输出压差Vout与MSP430F149的P1.1管脚相连，蓝牙模块采用低功耗BLE蓝牙4.0，其TXD管脚和RXD管脚分别与MSP430F149的P3.6/URXD1、P3.7/UTXD1管脚相连。
2 软件设计
2.1 智能体温计单片机控制程序设计
图1 电源电路和测温电路
图2 控制电路和蓝牙模块电路
智能体温计单片机控制程序主要功能是将AD623采集到的电压转换成PT100的电阻值[4]，根据PT100铂电阻的分度表找出电阻值对应的温度，将温度数据通过蓝牙模块传送给Android手机，该部分的工作流程，见图3。
2.2 智能体温计A P P的设计
本文中APP的设计采用Android 4.2版本和Eclipse Platform 4.2.1工具开发，该APP的主要功能是接收单片机通过蓝牙模块传送来的温度数据，显示温度数据的同时并语音播报温度数据，此外该温度数据和被采集者的信息以.txt文档的形式保存在名称为data的文件夹中以方便查看，智能体温计APP软件工作流程，见图4。
图3 智能体温计单片机控制程序流程图
图4 智能体温计APP软件工作流程图
2.2.1 蓝牙通信模块的设计
该模块与智能体温计下位机的通信是通过Android平台提供的蓝牙API来实现的，其通信过程主要有四个步骤：蓝牙设备打开与关闭、周围蓝牙设备的搜索、与所需蓝牙设备的连接及配对蓝牙设备间的数据通信。为了获取Android手机蓝牙硬件的支持，在调用蓝牙API前，需要在AndroidManifest.xml文档中声明蓝牙的使用权限，蓝牙的使用权限的声明代码如下：
＜ uses-permission android: name=”android.permission.BLUE-TOOTH “/ ＞
＜ uses-permission android:name=”android.permission.BLUETOOTH_ADMIN”/＞
该模块界面设计比较简单，主要由一个蓝牙按钮组成，打开蓝牙按钮后会自动打开蓝牙搜索设备功能，将搜索到的蓝牙设备以列表的形式列出，点击设备列表下要连接的蓝牙设备名称，首次连接需要输入密匙1234，即可实现和智能体温计下位机的蓝牙配对成功[5]（图5）。
2.2.2 体温数据接收与显示模块的设计
该模块可以分别显示开尔文温度和华氏温度，见图6。当Android手机的蓝牙和下位机的蓝牙配对成功后即可将接收到的智能体温计下位机发送的温度数据并在界面上显示出来。蓝牙模块间的通信与串口通信方式相同，该模块设计中蓝牙与智能体温计下位机间通信采用串口通信的方式，每个服务都有一个与蓝牙设备对应的全局唯一标识符Universally Unique Identi fi er（简称UUID），本文采用标准 UUID：00001101-0000-1000-8000-0080 5F9B34FB， 通过调用蓝牙设备类BluetoothDevice的createRfcommSocketToServiceRecord（UUID）方法来获取蓝牙通信的套接字BluetoothSocket。客户端调用蓝牙适配器BluetoothAdapter的地址，对搜索到的智能体温计下位机的蓝牙设备发起连接请求，建立起在同一RFECOMM信道上的蓝牙套接字BluetoothSocket，并通过套接字BluetoothSocket的getInputStream( )和getOutputStream( )方法获取输入输出流与智能体温计下位机进行通信[6-10]。
图5 体温显示模块
图6 体温及采集者信息保存模块
2.2.3 语音播报模块的设计
Android平台中默认没有安装文字语音转换Text To Speech（TTS）数据包，无法实现文字到语音的转换，若需要读取中文，需要下载第三方提供的语音包[11]，本设计采用科大讯飞开发的语音包，并将该包的jar包引入到所建工程的buildPath中，此外Android手机上需要安装讯飞语音APK，APK安装成功后，打开手机设置→语言和输入法→文字转语音（TTS）输出→默认引擎选择“讯飞语音合成”，可以设置男生或女生发音，当接收到智能体温计下位机发送来的体温数据后开始中文播报体温数据。
2.2.4 体温及采集者信息保存模块设计
温度及采集者的信息以.txt文档的形式保存在SD卡中，如图6所示，为了能够在SD卡中保存数据，在调用API前，需要在 AndroidManifest.xml文档中声明SD卡的使用权限。
在SD卡中创建与删除文件的权限：＜uses-permission android:name=”android.permission.MOUNT_UNMOUNT_FILESYSTEMS” /＞
在SD卡中写入数据的权限：＜uses-permission android:name=”android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE” /＞
当输入完被测者的基本信息后，点击保存按钮后被测者的信息及智能体温计下位机传来的体温数据会保存在SD卡的data文件夹中日期文件夹下的.txt文档中，见图7～8。
图7 体温及采集者信息保存文件
图8 体温及采集者信息保存内容
3 实验结果
为了验证本文设计体温计的准确性，采用HWT系列恒温水浴箱测量的温度作为标准体温，该水浴箱的温控精度为±0.1℃，温控范围为25℃～100℃。人体温度主要在35℃～42℃之间进行变化，故在35℃～42℃之间每隔0.5℃选择一个标准温度进行测量，该测量结果如表1所示，绝对误差AE（Absolute Error）用T0表示，T0=∣T2-T1∣，水浴箱温度用T1表示，本文设计的体温计的测量温度用T2表示，将本文设计的体温计放入水浴中，将水浴箱的温度从35℃～42℃范围内每隔0.5℃进行设定，每次测量要求水浴箱的显示温度保持5 min内且温度不变时记录下本文设计体温计的温度数据。本文测量的15组温度数据结果显示本文设计的体温计与水浴箱温度数据的最大绝对误差为±0.2℃，说明本文设计的体温计体温测量的准确度很高，能够满足对测量人体体温的要求[12-14]。
4 结论
本文设计的智能体温计下位机是采用MSP430单片机作为控制器，比采用STC89C52单片机作为控制器设计的测温仪处理速度快，测量值与标准温度数据相比最大绝对误差为0.2℃，具有很高的精度。智能体温计的APP能够显示被测者的体温数据，并能够通过语音把体温测量值播报出来，解决了传统水银体温计及电子体温计不便于视力不好人群使用的缺点[15-17]，体温数据及被测者信息能够保存在SD上，方便体温数据的记录及日后查阅，对于需要长期监测体温并对体温数据进行对比的使用者具有重要意义。
表1 体温计的准确性的测量结果（℃）
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Design and Research of Body Intelligent Thermometers Based on Android System
QIAN Linlin1, LIU Ting2
1. Department of Equipment, Tai’an Central Hospital, Tai’an Shandong 271000, China;2. School of Foreign Languages, Taishan Medical University, Tai’an Shandong 271016, China
Abstract:Objective To design a intelligent thermometer with the advantages of time-saving, high-efficiency and being easy to observe. Methods MSP430 singlechip was used as the controller and the temperature-testing device PT100 was selected as the lower computer while low-power blue-tooth and Android cell phone were united to realize telecommunication. In this way, the display, voice broadcasting, saving and inquiry of temperature could be successfully realized on Android cell phones. Results The intelligent thermometer designed in this paper could quickly tell the temperature and realize the display, voice broadcasting, saving and inquiry of temperature on Android cell phones. Conclusion The intelligent thermometer designed in the paper can not only tell the temperature of the body, but also has the advantages of time-saving, high-efficiency and being easy to observe.
Keywords:body intelligent thermometers; Android system; low-power blue-tooth; temperature-testing device
[文章编号]1674-1633(2018)10-0096-04
doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2018.10.025
[文献标识码]B
[中图分类号]TP277
作者邮箱：qiantowell@163.com
修回日期：2018-02-10
收稿日期：2018-01-05
本文编辑 袁隽玲