基于无线传感器网络的人体体温监测系统

　第２５卷第１期纺织高校基础科学学报Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．１　２０１２年３月ＢＡＳＩＣ　ＳＣＩＥＮＣＥＳ　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＴＥＸＴＩＬＥ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＩＥＳ　Ｍａｒｃｈ，２０１２　　　文章编号：１００６－８３４１（２０１２）０１－０１１１－０３　　收稿日期：２０１１－０６－２５　　通讯作者：高晓丁（１９５５－），男，湖北省监利市人，西安工程大学教授．Ｅ－ｍａｉｌ：[e-mail]基于无线传感器网络的人体体温监测系统王　刚，高晓丁，唐明飞，谭东财（西安工程大学机电工程学院，陕西西安７１００４８）摘要：设计了一种基于无线传感器网络人体体温监测系统，系统由１０～２０个监测点和中心计算机组成无线监测网．各监测点红外温度传感器测量被检测人群的人体体温，通过无线模块将监测数据传送到中心计算机，中心计算机对被监测人群的人体体温数据进行分析、存储．运行试验结果表明，系统工作稳定、可靠．关键词：无线传感器网络；传感器节点；人体温度检测；数据库中图分类号：ＴＰ　２７４．５　　　　文献标识码：Ａ０　引　言我国对于传染病主要以预防为主，高效、可靠的监测手段对于预防工作是非常有意义的．检测体温是预防和控制流感的主要手段，而传统的水银体温计和人体红外测温仪在应用中存在诸多不便［１］．在人员密集区进行人体体温监测对于预防上述疾病的传播十分重要．传统的水银体温计工作效率低，容易损坏．常见的人体红外测温仪只能进行单个对象的测量，不能存储数据，所以测量效率不高，不方便记录数据的对比．无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和通信技术，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽准确的信息［２］．本文设计了基于无线传感器网络人体体温监测系统，该系统能够快速地将网内各个监测点被测人员的体温数据传输到中心计算机的数据库中，方便了对诸如学校这一类人员密集场所人体体温变化数据的监测、管理、分析．１　无线传感器网络的构成无线传感器网络是由多个红外体温传感器节点构成的基于任务的平台［３］．红外体温传感器对监测对象进行体温检测，然后将监测结果发送给中心计算机．从功能实现角度分析，无线传感器网络由嵌入式设备、传感器和网络构成．考虑到对于人员密集区进行人体体温监测信息传输的单向性，各个传感器节点之间无信息交汇必要，以及监测范围的区域性，无线传感器网络结构选择了无线局域网结构，采用多个测量节点对应一个汇聚节点的主从通信方式，就是一台主机对应多台终端机，单工通信，循环问答．如图１所示．２　红外体温传感器监测节点设计传感器监测节点包括传感器、具有Ａ＼Ｄ转换的模块、微处理器、无线发送模块［４］．红外体温传感器测　　　　　图１　无线局域网结构图　　　　　　　　　　图２　红外体温传感器监测节点组成框图试被监测人群的体温信息，嵌入式设备作为分布式监测和通信的载体．红外体温传感器监测节点的组成结构如图２所示．红外体温度传感器选用德国ＨＬ　Ｐｌａｎａｒ公司的ＴＳ１０５－３，该传感器测量量程为－２０～１００℃，输出电压为３．３±０．８５ｍＶ，主要用于温度控制，人体温度测量和医疗仪器［５］．ＴＳ１０５－３输出信号的电压很小，不能直接进行Ａ／Ｄ转换，因而采用两级运放电路对ＴＳ１０５－３输出的信号进行放大处理．一级放大电路采用ＩＣＬ７６５０核心芯片，它具有信号校验和电压补偿功能，对信号有很好的还原和放大作用；二级放大器采用ＡＤ６２０ＤＮ芯片，该类型芯片精确度高，电路连接简单，且稳定性好．温度传感器ＴＳ１０５－３资料手册的转换曲线表明了该传感器能进行线性测量的范围，通过转换曲线可以计算出被数字化的电压对应的测量温度值，最终系统的测量精度精确到小数点后一位．传感器节点电源采用２２０Ｖ／１３Ｖ变压器给系统供电，１３Ｖ电压通过ＬＭ７８１２转换为１２Ｖ，１２Ｖ电压再通过ＬＭ７８０５转换为５Ｖ．１２Ｖ电压通过ＴＰ７６６０转换为－１２Ｖ，－１２Ｖ电压再通过ＬＭ７９０５转换为－５Ｖ．传感器节点的ＭＣＵ采用盛群公司的ＨＴ４６ＲＵ２３２芯片．ＨＴ４６ＲＵ２３２是一款具有４０９６　１６程序存储器，１９２　８数据存储器的８位高性能精简指令集单片机．该单片机专门为需要Ａ／Ｄ转换的产品而设计，具有低功耗、Ｉ／Ｏ使用灵活等特点．片内集成了可编程分频器、计数器、定时器［６］．ＨＴ４６ＲＵ２３２有８通道１２位分辨率的Ａ／Ｄ转换器．红外体温温度传感器采集到的信号经过放大后，直接送给处理器进行Ａ／Ｄ转换，将ＴＳ１０５－３输出的模拟信号转换成数字信号，其转换关系如式（１）所示．Ｖ测＝（ＶＣＣ／２１２）［Ａ／Ｄ］．（１）式中　［Ａ／Ｄ］是Ａ／Ｄ转换后对应的数字量；Ｖ测是放大后的测试信号电压；ＶＣＣ是参考电压．依据温度传感器ＴＳ１０５－３的Ｔ－Ｖ对应特性，可以得到Ｔ－Ｖ关系式，即Ｖ测＝（０．４／１５）（Ｔ－２５）Ｎ．（２）式中　Ｎ为放大电路的放大倍数．每个传感器节点都具有个人信息输入功能和实时显示测量人体体温数据的功能．无线传感网络系统的无线模块选用捷麦通信器材有限公司的ＳＡ６８Ｄ２１ＤＬ无线传输模块．各个红外体温传感器节点把测量人体体温的数据通过无线模块发送到中心计算机．捷麦通信器材有限公司的ＳＡ６８Ｄ２１ＤＬ采用透明式数据传输，不需改变原有通信程序及连接方法，串口具有ＴＴＬ、ＲＳ２３２、ＲＳ４８５半双工多种电平接口，内装Ｅ２　ＲＯＭ及看门狗电路，可掉电记忆设置参数，采用ＣＲＣ检验，可检出传输中９９．９９％的错误；具有组网通信模式，便于点对多点通信．它的频率源采用ＶＣＯ／ＰＬＬ频率合成器，可方便灵活地通过串口设置频点，同时具有串口通讯及开关量ＩＯ，可直接用于报警遥控等用途．３　无线传感器网络系统软件系统软件分为红外体温传感器节点系统软件和中心计算机数据处理软件两部分．红外体温传感器节点系统软件程序流程如图３所示；中心计算机数据处理软件程序流程如图４所示．中心计算机与各个红外体温传感器节点采用单工通信模式，传感器节点发送数据格式为：报头＋有效数据位．首先发送数据报头‘ａ’，然后发送８位数据，前４位是个人信息，后４位为体温数值．在无线传感网络中，中心计算机的无线传输模块和每个监测节点的无线传输模块都有惟一的身份地２１１　　　　　　纺　织　高　校　基　础　科　学　学　报　　　　　　　　　第２５卷址．中心计算机依次接收节点１，节点２，直到节点ｎ发送的数据，并且通过发送数据格式，提取出个人信息和体温数值，然后保存在数据库中．所有节点必须等待上一级节点传送完数据，并且收到上一级节点发送的传送完数据的信号后，再向中心计算机的通信模块传送数据．　图３　红外体温传感器节点程序流程图　　　　　　　　　图４　中心计算机软件程序流程图４　结束语本文设计了一种基于无线传感器网络的红外体温监测系统，可将测量数据精确到小数点后一位．该系统由若干监测节点组成一个监测网络，所有监测节点依次通过无线模块，将体温数据传送给中心计算机的通信模块，中心计算机将个人编号、体温数据和时间存储在数据库中．与传统的手持式测温枪相比，该系统能存储数据，多点测温，不仅易于对人群的管理，而且提高体温测量的效率．测试结果表明，该无线传感器网络人体体温监测系统工作性能稳定、可靠，温度传感器测试灵敏、准确，系统功能设计合理．完全满足对诸如学校这一类人员密集场所人体体温监测、分析的技术要求，具有比较好的实用价值．参考文献：［１］　包敬海，陆安山，龚文锋．快速多点体温检测系统的研究［Ｊ］．自动化仪表，２０１０，３１（６）：６７．［２］　戴振华，王建新．无线传感器网络数据收集技术进展［Ｊ］．电脑与电信，２０１０（１２）：３０－３１．［３］　司敏山，高艺．基于太阳能的温室无线传感器网络监测系统设计［Ｊ］．无线通信技术，２０１０（２）：５７－６２．［４］　孙利民．无线传感器网络［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００５：５－６．［５］　ＨＬＰＬＡＮＡＲ．Ｍｏｄｅｌ　ＴＳ１０５－３ｔｈｅｒｍｏｐｉｌｅ　ｓｅｎｓｏｒ［ＥＢ／ＯＬ］．（２００６－１１－１５）［２０１１－０５－２５］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｌｐｌａｎａｒ．ｃｏｍ．［６］　孙振兴，刘盛平，罗堪，等．基于ＨＴ４６ＲＵ２３２的全自动体检仪［Ｊ］．传感器与微系统，２０１１，３０（５）：８８－８９．（下转第１２６页）３１１第１期　　　　　　　　　　　基于无线传感器网络的人体体温监测系统参考文献：［１］　文均，顾东民，吴春明．非硅双氧水稳定剂ＮＣ－６０４的研制和应用［Ｊ］．印染，２００３，２９（６）：８－１０．［２］　赵惠敏．双氧水稳定剂的研究进展［Ｊ］．化工科技，２００３，１１（２）：５５－５９．［３］　阎克路．染整工艺学教程［Ｍ］．北京：中国纺织出版社，２００５：９５－９８．［４］　柯汉忠，程国娥．非硅氧漂稳定剂ＰＳＲ的研制［Ｊ］．武汉科技学院学报，２００２，１５（３）：１０－１２．［５］　陈荣圻．聚磷酸酯型氧漂稳定剂的合成和应用［Ｊ］．染整技术，１９９７，１９（４）：２－２３．［６］　杨栋，王焕祥．活化双氧水漂白体系新技术的近况［Ｊ］．印染，２００７，３３（２）：４－４８．［７］　李锦华．氧漂活化剂ＡＢＯ在亚麻纱线氧漂中的应用［Ｊ］．纺织学报，２００６，２７（１２）：９６－９８，１０８．［８］　刘元军，王雪燕，郭路星，等．鸡毛蛋白助剂在棉织物染色固色中的应用［Ｊ］．西安工程大学学报，２０１１，２５（５）：６４６－６５０．［９］　吴翊，李永乐，胡庆军．应用数理统计［Ｍ］．北京：国防科技大学出版杜，２０１０：１４８－１５５．［１０］　陈英．染整工艺实验教程［Ｍ］．北京：中国纺织出版社，２００７：２７．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｈｉｃｋｅｎ　ｆｅａｔｈｅｒ　ｐｒｏｔｅｉｎ　ａｕｘｉｌｉａｒｙｉｎ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｐｅｒｏｘｉｄｅ　ｂｌｅａｃｈｉｎｇＫＯＮＧ　Ｑｕｅ，ＷＡＮＧ　Ｘｕｅ－ｙａｎ，ＺＨＡＯ　Ｈｏｕ－ｙａｎｇ（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｔｅｘｔｉｌｅ　＆Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｘｉ′ａｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ′ａｎ　７１００４８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｄｄｉｎｇ　ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　ｃｈｉｃｋｅｎ　ｆｅａｔｈｅｒ　ｐｒｏｔｅｉｎ　ａｄｄｉｔｉｖｅｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｐｅｒｏｘｉｄｅｂｌｅａｃｈｉｎｇ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｍａｋｅ　ｔｈｅ　ｄｏｓａｇｅｓ　ｏｆ　ｓｏｄｉｕｍ　ｓｉｌｉｃａｔｅ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ａｎｄｔｈｅ　ｗｈｉｔｅｎｅｓｓ，ｃａｐｉｌｌａｒｙ　ｅｆｆｅｃｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｂｒｅａｋｉｎｇ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｃｏｔｔｏｎ　ｆａｂｒｉｃｓ　ｗａｓ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｉｍｐｒｏｖｅ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｏｆ　ｓｏｄｉｕｍ　ｓｉｌｉｃａｔｅ　ａｌｏｎｅ，ｔｈｅ　ｃｈｉｃｋｅｎ　ｆｅａｔｈｅｒ　ｐｒｏｔｅｉｎ　ａｕｘｉｌｉａｒｙ　ａｌｏｎｅ，ａｎｄ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅｍ　ｏｎ　ｔｈｅｗｈｉｔｅｎｅｓｓ，ｃａｐｉｌｌａｒｉｔｙ　ｅｆｆｅｃｔ　ａｎｄ　ｂｒｅａｋｉｎｇ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｔｔｏｎ　ｆａｂｒｉｃｓ　ｂｌｅａｃｈｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｐｅｒｏｘｉｄｅｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｌｅａｃｈｉｎｇ　ａｇｅｎｔ　ｍｉｘｅｄ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｃｈｉｃｋｅｎｆｅａｔｈｅｒ　ｐｒｏｔｅｉｎ　ａｄｄｉｔｉｖｅｓ　ｉｎ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｐｅｒｏｘｉｄｅ　ｂｌｅａｃｈｉｎｇ　ｗａｓ　ｅｖａｌｕａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐｒｏ－ｔｅｉｎ　ａｄｄｉｔｉｖｅ　ｉｓ　ｂｅｎｅｆｉｔ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｂｌｅａｃｈｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　ｐｅｒｏｘｉｄｅ．Ｋｅｙ　ｗｏｒ