传感技术中的用智能马桶实现体温测量与亚健康预测
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2020-12-13
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传感技术中的用智能马桶实现体温测量与亚健康预测传感技术中的用智能马桶实现体温测量与亚健康预测
摘要：比较3种常见体温计的测量原理及其优缺点，根据亚健康的预测要求，结合智能马桶的设计特点，采用
ATmega8、DSl8B20和MAX232等器件构成一种可长期采集体温数据，自动绘制体温曲线，跟踪分析体温波动
趋势，实现亚健康预测的体温采集系统。见微知著地积极保健，便于及早发现和预防疾病，有利于确诊及治
疗。1 引言 随着人们对自身健康的重视，亚健康问题越来越受到关注。亚健康状态是人体处于健康与疾病之
间的过渡阶段。半数以上亚健康患者容易发展成高血压、冠心病、糖尿病等疾病。亚健康逐渐成为人类健康的
头号杀手。 判断一个人是否处于亚健康状态，需要观察其生理信号(如体温)在一段时间内是
摘要摘要：比较3种常见体温计的测量原理及其优缺点，根据亚健康的预测要求，结合智能马桶的设计特点，采用ATmega8、
DSl8B20和MAX232等器件构成一种可长期采集体温数据，自动绘制体温曲线，跟踪分析体温波动趋势，实现亚健康预测的体
温采集系统。见微知著地积极保健，便于及早发现和预防疾病，有利于确诊及治疗。
1 引言引言
随着人们对自身健康的重视，亚健康问题越来越受到关注。亚健康状态是人体处于健康与疾病之间的过渡阶段。半数以上
亚健康患者容易发展成高血压、冠心病、糖尿病等疾病。亚健康逐渐成为人类健康的头号杀手。
判断一个人是否处于亚健康状态，需要观察其生理信号(如体温)在一段时间内是否发生了不正常的变化，要求人们坚持每
天做身体检查，记录结果并进行判断，这样的过程显得很繁琐和不方便。笔者提出“智能马桶”的设想，将体检装置与马桶结合
起来。人们在如厕过程中即可被自动检测出生理信号，并将数据传送到计算机进行处理和判断。
由于篇幅问题，下面仅介绍“智能马桶”中体温测量部分的设计。
2 常见体温计的原理及优缺点常见体温计的原理及优缺点
2．．1 水银体温计水银体温计
水银体温计是利用水银热膨胀原理制成的。它的示值准确，稳定性高，价格低廉，操作简单，但容易破碎，测量时间比较
长，对急重病患者、老人、婴幼儿等使用不方便，读数比较费事，不利于数据采集。
2．．2 电子体温计电子体温计
电子体温计的核心元件是温度传感器，分为分立式温度传感器(如热敏电阻器和热电偶等)和集成式温度传感器(如LM35、
AD7416、DSl8B20等)。电子体温计由温度传感器检测体温，经转换、放大，调整为易于处理的电信号，最后由单片机控制，
并根据需要执行相应的扩展功能。电子体温计可直接以数字显示温度，读数直观，灵敏度高，价格适中，携带方便，测温快
捷。但其示值准确度受电子元件及电池供电状况等因素的影响。
2．．3 红外辐射式体温计红外辐射式体温计
红外辐射式体温计是基于黑体辐射原理制成的，借助红外温度传感器，测量人体发出的热辐射能，经过一系列转换后，得
到对应的人体温度值。红外辐射式体温计可以实现非接触、无损伤测温，但其测量结果较易受环境及人活动状态的影响，此
外，还要求规范操作，测试要在一定距离范围内才能保证其有效性，价格较贵，难以普及。
3 体温测量方案的选择及系统构成体温测量方案的选择及系统构成
考虑到人的如厕时间短和体检次数多，因此，准确、快捷、方便、可重复测量成为设计者要考虑的首要因素。设计中采用
电子式体温测量方案，触摸式检测手心或手背温度，为了使用方便，工艺设计中将测温探头安装在智能马桶的扶手位置，较人
性化。现在市面上的电子体温计都没有数据采集口，改装又较为不便，因此，自行设计了带数据接口的体温计。
3．．1 主电路的选择主电路的选择
测温器件选用美国Maxim公司的DSl8B20型单线接口数字温度传感器，一线输出，可编程9位一12位A／D转换精度，分辨
率可达0．0625~C；有单线数字式接口，与单片机连接方便，线路简单，可靠性高，成本低廉[2]。
人体体温在35℃-42℃之间，要如实反映人体体温，需要用单片机对DSl8B20的测量值进行计算转换处理，还要控制测量
的数据显示、采集、传输等。这里采用美国ATMEL公司的基于AVR RISC的具有MTP和ISP功能的、低功耗CMOS ATmega8
型8位单片机，其CPU集成了8KB的：Flash，多次在线可编程，512B的．EEPROM和lKB的SRAM等，有利于降低成本[5]。
3．．2 系统构成及实现系统构成及实现
该系统的硬件由控制器、体温测量部分、数码显示部分和采集管理部分(PC)组成。控制器选用了ATmega8型单片机，测量
部分采用DSl8B20型温度传感器，数码显示是通过直接驱动HD44780型(标准点阵)LCD来显示当前的人体体温值，数据采集通
过RS一232串行通信向PC传送数据，用。MAX232型电平转换器实现TTL与RS-232之间的电平转换。PC主机对温度数据进行
存储、管理与分析。可视化人机交互界面根据收到的体温数据做出体温曲线并打印，自诊断身体状况。系统构成如图1所示。
3．．2．．1体温测量部分体温测量部分
(1)硬件构成
DSl8B20由外部电源供电，通过输出端DQ将体温数据传给ATmega8的PC0端口，再由ATmega8进行处理，调用相关程
序，数码显示，同时经AT-mega8的PDO(Rx)/PD1(Tx)与PC串口通信以实现体温数据采集。
(2)DS18B20内部设置
对人体体温测量的精度需达到0．1℃，因而选取DS18B20精度为默认状态，即12位A/D转换结果，分辨率为
O．0625℃，转换时间是750ms，以保证能够精确快速测量体温，同时配置寄存器设置为78H。
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