CN103222858A - 一种基于音频接口通信的耳式体温计及其通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于音频接口通信的耳式体温计，包括壳体，壳体上设有红外耳温探头，壳体内设有电源管理单元、主控处理单元和驱动单元；主控处理单元连接有音频通信单元；主控处理单元内加载有信号转换模块、编码模块和解码模块。本发明基于音频通信接口的体温测量由于对体温的测量控制、温度显示、数据存储及分析等均可在智能手机上完成，使得耳式体温计更加小型化轻型化，实现耳式体温计低成本低功耗。本发明还公开了上述耳式体温计的通信方法，其采用曼彻斯特编码二进制数据流，解决了一长串的“0”或“1”的解码难题。

Description

一种基于音频接口通信的耳式体温计及其通信方法

技术领域

本发明属于医疗设备技术领域，具体涉及一种基于音频接口通信的耳式体温计及其通信方法。

背景技术

计算机技术的迅猛发展，智能移动终端设备已经开始普及，数字化、移动化的健康管理服务为人们的日常健康监测提供一种便捷的方式，实现人们随时随地的个人健康管理。人体的体温是鉴别人体健康状况的重要参数，对该生理指标的监控与测量可以更好的掌握人体自身的健康状况，因此体温计在生活中占有十分重要的地位。

体温计种类和测温方式多种多用，其中红外辐射式耳温计（即耳式体温计，简称耳温计）凭借其快速、温和、安全、准确等优点被广泛用于包括幼儿或婴儿的体温测量中。耳式体温计通过将安装有红外线传感器的探针插入耳中，可以在短时间内测定体温，因此，对于测定容易哭泣、正在睡眠或者不能保持稳定的幼儿或婴儿等的体温来说非常有效。

现有的耳式体温计受到外型大小、成本、功耗等因素的限制，大都只提供体温测量的单一功用，仅适用于家庭使用。由于无法实现数据存储、管理和通信等功能，因此还无法替代水银体温计在医院广泛使用。

尽管目前无线遥测技术在医疗监护领域得到长足的发展，现有技术已将无线收发模块与电子测温模块相结合，实现将所测得的温度数据通过无线传输的方式发送到带有无线接收模块的接收器。但由于各种技术上的缺陷，此类产品至今为止还不适用于临床使用。

专利公开号为CN101371782A的中国专利公开了一种蓝牙电子体温计，其包括一个温度传感器、一个具有数据通信功能的体温计专用芯片、一个液晶屏和一个无线通信模块，无线通信模块由一个微控制器、一个蓝牙模块和一个天线组成；该体温计应用于临床，能够实现体温数据的传输以及存储。

尽管极少一些这样的耳温计具备了温度数据的传输、存储以及语音播报等特点，但其成本却几倍于传统耳温计；同时，通信方式的选取也是一个重点考量的问题。目前，蓝牙、Wi-Fi（wireless fidelity，无线相容性认证）、USB（UniversalSerial BUS，通用串行总线）等通信连接方式均可实现数据的快速传输，但这几种通信方式在耳温计设计中也面临功耗、成本等的问题。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于音频接口通信的耳式体温计及其通信方法，功耗低，成本小。

一种基于音频接口通信的耳式体温计，包括壳体，所述的壳体上设有红外耳温探头，壳体内设有电源管理单元、主控处理单元和驱动单元；驱动单元和红外耳温探头均与主控处理单元相连，所述的主控处理单元连接有音频通信单元；其中：

所述的电源管理单元用于为红外耳温探头和主控处理单元提供工作电压；

所述的红外耳温探头用于探测用户的耳温，并生成温度信号后将该信号传送给主控处理单元；

所述的主控处理单元用于将所述的温度信号转换为编码信号，并通过音频通信单元将编码信号传输给上位系统（如PC机、智能手机或平板电脑等）；

所述的驱动单元用于通过主控处理单元驱动红外耳温探头。

优选地，所述的壳体表面安装有显示单元，显示单元与主控处理单元相连，所述的显示单元通过主控处理单元接收温度信号并对该信号进行数字显示；方便用户观测自己的体温。

优选地，所述的主控处理单元内加载有以下功能模块：

信号转换模块，用于将所述的温度信号转换为二进制数据；

编码模块，用于对所述的二进制数据进行曼彻斯特编码，生成曼彻斯特编码信号；

解码模块，用于接收上位系统发送的关于控制信息的编码信号，并将其解析成控制信息，进而根据该控制信息驱动红外耳温探头。

该数据编码方式能够解决消除长串的0或1所带来的解码难题。

优选地，所述的电源管理单元连接有电压检测单元，所述的电压检测单元用于检测电源管理单元输出的工作电压；所述的壳体表面设有低压指示灯，所述的低压指示灯与电压检测单元相连，当电源管理单元输出的工作电压小于一预设值情况下，低压指示灯点亮，以提示用户对体温计进行充电。

优选地，所述的电源管理单元连接有自动关机单元，自动关机单元可使体温计在长时间不工作的情况下，将体温计的供电电源切断，进入休眠状态，降低功耗。

所述的自动关机单元内设有一计时器，所述的计时器与主控处理单元连接，计时器设定有一定的时间间隔，当主控处理单元中没有温度信号超过该时间间隔，自动关机单元将自动将电源切断，进入待机状态，降低功耗。

所述的主控处理单元采用MCU（微控制单元）。

上述耳式体温计的通信方法，包括如下步骤：

（1）通过音频通信单元接收上位系统发送的关于控制信息的编码信号，利用主控处理单元将该编码信号解析成控制信息，进而根据所述的控制信息驱动红外耳温探头；所述的控制信息包括控制指令及其控制数据；

（2）红外耳温探头启动后探测用户的耳温，并生成温度信号后将该信号传送给主控处理单元；

（3）主控处理单元将所述的温度信号转换为二进制数据，并对所述的二进制数据进行曼彻斯特编码，生成曼彻斯特编码信号；

（4）通过音频通信单元将所述的曼彻斯特编码信号传输给上位系统。

本发明耳式体温计通过音频通信接口与上位机（如智能手机）的直接连接实现了双向通信，使得智能手机可以方便快捷地控制人体体温的测量，而不再拘泥于传统的人体体温测量方式。本发明充分利用了智能手机大容量存储能力和强大功能等优良资源，人们不仅可以通过智能手机随时随地实现体温的测量，还可以对历史的体温进行存储从而达到长期健康管理的目的。

本发明基于音频通信接口的体温测量由于对体温的测量控制、温度显示、数据存储及分析等均可在智能手机上完成，使得耳式体温计更加小型化轻型化，实现耳式体温计低成本低功耗。同时本发明体温计的通信方法采用曼彻斯特编码二进制数据，解决了一长串的“0”或“1”的解码难题。

附图说明

图1为本发明体温计的结构示意图。

图2为本发明体温计与手机终端的通信示意图。

图3(a)为基于正弦波的曼彻斯特编码信号的波形示意图。

图3(b)为基于方波的曼彻斯特编码信号的波形示意图。

图4为音频通信单元对帧边界检测的状态机示意图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案及其通信方法进行详细说明。

如图1所示，一种基于音频接口通信的耳式体温计，包括壳体，壳体上设有红外耳温探头，壳体内设有电源管理单元、主控处理单元、电压检测模块、音频通信单元、自动关机模块和驱动单元；壳体表面设有开关按钮、低压指示灯和显示单元；其中：

电源管理单元用于为红外耳温探头和主控处理单元提供工作电压；本实施方式中，电源管理单元采用蓄电池。

红外耳温探头与主控处理单元相连，其用于探测用户的耳温，并生成温度信号后将该信号传送给主控处理单元；本实施方式中，红外耳温探头采用型号为OS-136（美国OMEGA）的红外测温探头。

驱动单元与主控处理单元和开关按钮相连，其用于通过主控处理单元驱动红外耳温探头开启或关闭，用户可通过开关按钮启动体温计。

电压检测单元与电源管理单元和低压指示灯相连，其用于检测电源管理单元输出的工作电压，当电源管理单元输出的工作电压小于一预设值情况下，低压指示灯点亮，以提示用户对体温计进行充电。

自动关机单元与电源管理单元和主控处理单元相连，其可以使体温计在长时间不工作的情况下，将体温计的供电电源切断，进入休眠状态，降低功耗；本实施方式中，自动关机单元内设有一计时器，计时器与主控处理单元连接，计时器设定有一定的时间间隔（10s），当主控处理单元中没有温度信号超过该时间间隔，自动关机单元将自动将电源切断，进入待机状态，降低功耗。

显示单元与主控处理单元相连，其通过主控处理单元接收温度信号并对该信号进行数字显示。

音频通信单元与主控处理单元相连，主控处理单元将红外耳温探头提供的温度信号转换为编码信号，并通过音频通信单元将编码信号传输给智能手机；本实施方式中，音频通信单元采用3.5mm的智能手机通用音频接口，主控处理单元采用型号为MSP430（美国德州仪器）的微控芯片；MCU内加载有信号转换模块、编码模块和解码模块；其中：

信号转换模块用于将红外耳温探头提供的温度信号转换为二进制数据；

编码模块用于对二进制数据进行曼彻斯特编码，生成曼彻斯特编码信号；

解码模块用于接收上位系统发送的关于控制信息的编码信号，并将其解析成控制信息，进而根据该控制信息驱动红外耳温探头。

本实施方式中，使智能手机终端通过音频线与耳式体温计连接；如图2所示，耳式体温计与智能手机终端之间的通信方法如下：

（1）智能手机终端对用户输入的控制信息进行预处理，将其转化成二进制数据并对其进行曼彻斯特编码，进而通过终端的音频通信模块将关于控制信息的编码信号发送给耳式体温计；

曼彻斯特编码的具体实现方式为：将二进制数据中的“1”用“10”（即下降沿）表示；将二进制数据中的“0”用“01”（即上升沿）表示；编码信号可以用正弦信号或方波信号表示，分别如图3(a)和(b)所示；

音频通信模块通过音频线向耳式体温计发送编码数据，传输通过I/O接口实现，自定义的数据帧格式如表1所示：

表1

（2）耳式体温计通过音频通信单元接收智能手机终端发送的编码信号，利用主控处理单元解码模块将该编码信号解析成控制信息，进而根据该控制信息驱动红外耳温探头启动；其中，音频通信单元接收曼彻斯特编码信号的具体实现为：对编码二进制数据流采用44.1kHz采样频率采样得到数字信号：根据表1的数据帧格式，当检测到帧边界（“01111110”）时开始读取数据，当检测到结束符时结束读取数据（即完成采样）；其帧边界检测状态机如图4所示；

对编码信号解析的过程即为曼彻斯特编码的逆过程，具体为：检测编码信号的上升沿或下降沿，当检测到上升沿时记为“0”，检测到下降沿时记为“1”，由此得到解码后的二进制数据。

（3）主控处理单元解析得到的控制信息指令为开始或停止测温；若控制信息指令为开始测温则红外耳温探头启动，通过感应用户耳部所放射出的热辐射以探测用户的耳温，并生成温度信号后将该信号传送给主控处理单元。

（4）主控处理单元信号转换模块将温度信号转换为二进制数据，并利用编码模块对二进制数据进行曼彻斯特编码，生成曼彻斯特编码信号；进而通过音频通信单元将上述曼彻斯特编码信号传输给智能手机终端。

（5）手机终端先将编码信号进行曼彻斯特解码解析成温度数据，进而由应用程序实现温度数据的分析、显示与存储。

手机终端对该二进制编码数据流采用44.1kHz采样频率采样得到数字信号：重复进行采样步骤直至所有二进制编码信号采样完毕；对该采样得到的数据信号进行曼彻斯特解码便得到被传输数据的原始值。

曼彻斯特解码难点在于当接收方任意时刻开始监听时，如何检测一帧数据的起始与终止，本实施方式采用将面向字符的传输改为面向bit的传输，即类似HDLC（高级数据链路控制）的数据链路传输；该传输方案以二进制数据“01111110”作为帧边界，以位填充方法实现透明传输；位填充方法即发送方发送二进制数据“0111111”时发送二进制数据“01111101”，接收方每收到二进制数据“0111110”时抛弃最后一个“0”。

本实施方式实现了低成本、低功耗且功能完备的耳式体温计测温方式，其基于音频接口通信的耳式体温计具备传统耳温计的特点，并在此基础上扩展了通过音频接口与智能手机相连，以二进制编码数据流为智能手机终端的控制信息或耳式体温计的应答信息（包括测量获得的体温值），使得其对体温的测量、显示、数据存储及分析等操作均可在智能手机上完成。它充分利用了智能手机大容量存储能力和强大功能等优良资源，不仅使得健康检测终端更具小型化、低消耗电力、轻型化的特点，同时也满足了人们随时随地对个人健康的检测以及对长期健康管理的需求。

Claims (9)

1.一种基于音频接口通信的耳式体温计，包括壳体，所述的壳体上设有红外耳温探头，壳体内设有电源管理单元、主控处理单元和驱动单元；驱动单元和红外耳温探头均与主控处理单元相连；其特征在于：所述的主控处理单元连接有音频通信单元；其中：

所述的电源管理单元用于为红外耳温探头和主控处理单元提供工作电压；

所述的红外耳温探头用于探测用户的耳温，并生成温度信号后将该信号传送给主控处理单元；

所述的主控处理单元用于将所述的温度信号转换为编码信号，并通过音频通信单元将编码信号传输给上位系统；

所述的驱动单元用于通过主控处理单元驱动红外耳温探头。

2.根据权利要求1所述的耳式体温计，其特征在于：所述的壳体表面安装有显示单元，显示单元与主控处理单元相连，所述的显示单元通过主控处理单元接收温度信号并对该信号进行数字显示。

3.根据权利要求1所述的耳式体温计，其特征在于：所述的主控处理单元内加载有以下功能模块：

信号转换模块，用于将所述的温度信号转换为二进制数据；

编码模块，用于对所述的二进制数据进行曼彻斯特编码，生成曼彻斯特编码信号；

解码模块，用于接收上位系统发送的关于控制信息的编码信号，并将其解析成控制信息，进而根据该控制信息驱动红外耳温探头。

4.根据权利要求1所述的耳式体温计，其特征在于：所述的电源管理单元连接有电压检测单元，所述的电压检测单元用于检测电源管理单元输出的工作电压。

5.根据权利要求4所述的耳式体温计，其特征在于：所述的壳体表面设有低压指示灯，所述的低压指示灯与电压检测单元相连，当电源管理单元输出的工作电压小于一预设值情况下，低压指示灯点亮。

6.根据权利要求1所述的耳式体温计，其特征在于：所述的电源管理单元连接有自动关机单元。

7.根据权利要求6所述的耳式体温计，其特征在于：所述的自动关机单元内设有一计时器，所述的计时器与主控处理单元连接。

8.根据权利要求1所述的耳式体温计，其特征在于：所述的主控处理单元采用MCU。

9.一种如权利要求1～8任一权利要求所述的耳式体温计的通信方法，包括如下步骤：

（1）通过音频通信单元接收上位系统发送的关于控制信息的编码信号，利用主控处理单元将该编码信号解析成控制信息，进而根据所述的控制信息驱动红外耳温探头；

（2）红外耳温探头启动后探测用户的耳温，并生成温度信号后将该信号传送给主控处理单元；

（3）主控处理单元将所述的温度信号转换为二进制数据，并对所述的二进制数据进行曼彻斯特编码，生成曼彻斯特编码信号；

（4）通过音频通信单元将所述的曼彻斯特编码信号传输给上位系统。

Images