CN106725355A - 一种佩戴式体温测量腕带及体温测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种佩戴式体温测量腕带及体温测量方法，采用接触式温度传感器测量腕温，采用红外温度传感器测量环境温度，根据腕温和环境温度进行二次曲线拟合、定值校准从而得到实际体温，实现采用佩戴式腕带的形式对体温的准确测量。

Description

一种佩戴式体温测量腕带及体温测量方法
技术领域
本发明属于体温检测技术领域，更为具体地讲，涉及一种佩戴式体温测量腕带及体温测量方法。
背景技术
随着经济的发展，人们的生活水平逐步提高，注意力也从解决温饱转移到了身心健康上。为此，各式各样的穿戴式人体机能监控设备相继问世，其中最具代表性的莫过于智能手表和手环。
在现有智能穿戴设备中，虽有部分集成了心率测量、步数统计、卡路里消耗记录等功能，但都不具备体温测量的能力，即便加入了温度测量功能，测量的也只是体表区域的温度与真实体温差别较大。且现有的测温设备要么是接触式的，要么是非接触式的，没有将两者统一起来。对于非接触式测温设备还存在测量时间长的问题，而且非接触式红外温度计对于使用环境要求比较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种佩戴式体温测量腕带及体温测量方法，采用佩戴式腕带的方式进行体温测量，并且提高了体温测量的准确度。
为实现上述发明目的，本发明佩戴式体温测量腕带测量装置包括温度采集模块、主控模块、人机交互模块、存储模块，其中：
温度采集模块包括接触式温度传感器和红外温度传感器，其中接触式温度传感器位于腕带内侧，用于测量腕温T1，红外温度传感器设置于腕带外侧，用于测量环境温度T2；温度采集模块接收主控模块发送的体温测量指令，启动接触式温度传感器和红外温度传感器进行测量，将测量得到的腕温T1和环境温度T2发送给主控模块；
主控模块接收人机交互模块发送的体温测量指令，转发给温度采集模块；接收人机交互模块发送的查询指令，从存储模块中读取相应数据并反馈给人机交互模块进行显示；接收温度采集模块反馈的腕温T1和环境温度T2，采用二次拟合曲线得到拟合实际体温T0，二次拟合曲线公式为：
T0＝aT2 2+bT2+c+T1
其中，a、b、c表示二次拟合曲线系数，采用若干历史数据学习得到；
采用定值校准得到实际体温ΔT表示定值校准常数；
主控模块将实际体温发送给人机交互模块反馈给用户，并送入存储模块中存储；
人机交互模块提供人机交互接口，用于用户发送控制指令，包括体温测量指令、查询指令，并向用户反馈体温数据；
存储模块用于存储测得的体温数据。
本发明还提供了一种佩戴式体温测量腕带的体温测量方法，包括以下步骤：
S1：采用接触式温度传感器测量得到用户腕温T1；
S2：采用红外温度传感器测量得到环境温度T2；
S3：采用二次拟合曲线对腕温进行校准，得到拟合实际体温T0，二次拟合曲线的公式为：
T0＝aT2 2+bT2+c+T1
其中，a、b、c表示二次拟合曲线系数，采用若干历史数据学习得到；
S4：令实际体温ΔT表示定值校准常数。
本发明佩戴式体温测量腕带及体温测量方法，采用接触式温度传感器测量腕温，采用红外温度传感器测量环境温度，根据腕温和环境温度进行二次曲线拟合、定值校准从而得到实际体温，实现采用佩戴式腕带的形式对体温的准确测量。
附图说明
图1是本发明佩戴式体温测量腕带中体温测量装置的一种具体实施方式结构图；
图2是本实施例中温度采集模块的结构示意图；
图3是本发明佩戴式体温测量腕带的体温测量方法的具体实施方式流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
佩戴式体温测量腕带可以分为腕带和体温测量装置两部分，腕带用于佩戴，而体温测量装置用于测量体温，体温测量装置固定在腕带上。图1是本发明佩戴式体温测量腕带中体温测量装置的一种具体实施方式结构图。如图1所示，本发明佩戴式体温测量腕带中体温测量装置包括温度采集模块1、主控模块2、人机交互模块3、存储模块4。
温度采集模块1包括接触式温度传感器和红外温度传感器，其中接触式温度传感器位于腕带内侧，用于测量腕温T1，红外温度传感器设置于腕带外侧，用于测量环境温度T2；温度采集模块1接收主控模块2发送的体温测量指令，启动接触式温度传感器和红外温度传感器进行测量，将测量得到的腕温T1和环境温度T2发送给主控模块2。
主控模块2是整个装置的运算核心和控制核心，在本实施例中采用STM32芯片实现，用于实现其余各个模块之间的通信与数据交互，其主要功能包括：接收人机交互模块3发送的体温测量指令，转发给温度采集模块1；接收人机交互模块3发送的查询指令，从存储模块4中读取相应数据并反馈给人机交互模块3进行显示；接收温度采集模块1反馈的腕温T1和环境温度T2，拟合校准得到实际体温发送给人机交互模块3反馈给用户，并送入存储模块4中存储。
由于环境温度对腕温有较大影响，因此需要通过环境温度对腕温进行校准，以得到准确的体温。经过研究发现，实际体温与腕温的差值与环境温度具有一定的关系，其大致趋势为：环境温度越低，实际体温与腕温的差值就越大。其基本趋势大致为一条抛物线，所以本发明中采用二次拟合的方式来得出校准曲线，二次拟合曲线的公式为：
T0＝aT2 2+bT2+c+T1
其中，T0表示拟合实际体温，T1表示腕温，T2表示环境温度，a、b、c表示二次曲线系数，采用若干历史数据学习得到。
由于不同的人在理想外界环境下腋温与腕温的恒定差值不尽相同，因此还需要对拟合实际体温T0进行定值校准，给拟合实际体温T0补偿一个恒定的常数，将补偿曲线上下平移来达到校准目的。定值校准的公式为：实际体温ΔT表示定值校准常数，可以通过测量用户实际体温与拟合实际体温T0的差值来学习得到。
人机交互模块3提供人机交互接口，用于用户发送控制指令，包括体温测量指令、查询指令，并向用户反馈体温数据。本实施例中，人机交互模块包括四个按键以及OLED显示屏，四个按键分别是电源开关按键、确定/进入按键、取消/退出按键和多功能按键，其中多功能按键可以针对不同的主菜单模式提供不同的功能，例如本实施例中在主菜单模式时对应上翻/下翻功能，在子菜单参数设置模式时对应数据修改功能，菜单中的指令根据实际需要进行设置。OLED显示屏用于展示可用于人机交互的功能，包括测量完成提示音的开关、时间设置以及温度显示等。
存储模块4用于存储测得的体温数据。一般来说在存储体温数据时，会存储其对应的时间信息，以便用户查询。在本实施例中，主控模块2采用IIC方式来对所述存储模块进行读写操作。
为了便于用户使用，本实施例在体温测量装置中还配置一个无线通信模块5，主控模块2通过无线通信模块5与上位机(例如手机等移动终端)进行通信，即从上位机接收指令发送给主控模块2，并将主控模块2反馈的体温数据发送给上位机，同时还可以根据需要向主控模块2设置周期性地主动上报体温数据。
本发明佩戴式体温测量腕带的工作过程为：测温开始前，用户应处于测试环境中一段时间并不做剧烈运动。用户佩戴好佩戴式体温测量腕带，浏览菜单并选择开始测温，手臂自然下垂并不接触任何其他物体，温度采集模块1采集腕温T1和环境温度T2发送给主控模块2，主控模块2拟合校准得到实际体温发送到人机交互模块3，人机交互模块3在接收到实际体温后发出提示音提示用户，显示体温数据反馈给用户。
为了使佩戴式体温测量腕带获取更加准确的体温，本实施例还对温度采集模块的具体结构进行了设计。图2是本实施例中温度采集模块的结构示意图。如图2所示，本实施例中温度采集模块除接触式温度传感器11和红外温度传感器12外，还包括导热银片13和搭载接触式温度传感器11的PCB板14。导热银片13位于腕带内侧，与用户手腕直接接触，以加快热传递的速度，从而减小测量时间。为了提高传热效果，本实施例中导热银片13采用双层银片，其中内侧银片为长条形，包裹桡动脉和尺动脉，外侧银片面积小于内侧银片，一面紧贴内侧银片，另一面与PCB板14焊接。PCB板14背面无缝焊接在导热银片13上，接触式温度传感器11与PCB板14焊接的热焊盘设置有导热孔，在接触式温度传感器11顶部设置有隔热泡沫15。
在腕温测量时，导热银片紧贴手腕皮肤，桡动脉与尺动脉从银片底部流过，接触式传感器被隔热泡沫包裹，测量时相当于处在一个稳定密闭的测温环境中，使腕温的测量不容易受外温和风速干扰，使测量结果更为准确。
而对于红外温度传感器12，将其采用铝罐16包裹，采用固定轴17置于腕带外侧，不与手腕和其他模块直接接触，可以避免手腕和其他模块温度对环境温度测量产生的干扰。
由于本发明配置了红外温度传感器，因此除了体温测量外，还可以实现单独的额温测量和环境温度测量。因此在用户指令还可以包括额温测量指令和环境温度测量指令；当温度采集模块1通过主控模块2接收到额温测量指令时，启动红外温度传感器进行测量，将测量得到的额温通过主控模块2反馈给人机交互模块3；当温度采集模块1通过主控模块2接收到环境温度测量指令时，启动红外温度传感器进行测量，将测量得到的环境温度通过主控模块2反馈给人机交互模块3。
为了使佩戴式体温测量腕带获取更加准确的体温，本发明还提供了一种佩戴式体温测量方法。图3是本发明佩戴式体温测量腕带的体温测量方法的具体实施方式流程图。如图3所示，本发明佩戴式体温测量腕带的体温测量方法的具体方法包括以下步骤：
S301：测量腕温：
采用接触式温度传感器测量得到用户腕温T1。本实施例中，接触式传感器温度采集使用SPI方式，先读取预存的温度计算多项式的系数值，再开启ADC转换器得到ADC，最后代入计算公式可得此次采集对应的温度值。
由于只用一次采集的数据作为温度采集值容易受到噪声干扰带来误差，所以本发明在测量腕温时使用了均值滤波的方式，即连续测量N次用户腕温后进行均值滤波，将均值滤波得到的温度值作为最终腕温T1。又因为接触式传感器精度虽高但测量速度较慢，所以均值滤波采用的腕温数量不宜过大，一般设置N的取值范围为3≤N≤10。
S302：测量环境温度：
采用红外温度传感器测量得到环境温度T2。
与接触式传感器一样，用一次采集的数据作为温度采集值容易引起误差，所以红外式温度采集也使用了滤波处理，考虑到红外测量速度快，但准确度较低，更易受到干扰，所以本实施例中采用了中值滤波加均值滤波的方法：连续测量M次环境温度后进行中值滤波，将中值滤波得到的环境温度作为有效环境温度，当有效环境温度数量达到K时，对K个有效环境温度进行均值滤波作为最终环境温度T2。一般来说，M的取值范围为10≤M≤20，K的取值范围为20≤M≤50。
S303：二次曲线拟合：
采用二次拟合曲线对腕温进行校准，得到拟合实际体温T0，二次校准曲线的公式为：
T0＝aT2 2+bT2+c+T1
其中，T1表示腕温，T2表示环境温度，a、b、c表示二次曲线系数，采用若干历史数据学习得到。
将步骤S301和S302中得到的腕温T1和环境温度T2代入二次校准曲线的公式，计算得到拟合实际体温T0。
S304：定值校准：
对拟合实际体温T0进行定值校准，定值校准的公式为：实际体温ΔT表示定值校准常数，可以通过测量用户实际体温与拟合实际体温T0的差值来学习得到。
根据佩戴式体温测量腕带的描述可知，本发明中的佩戴式体温测量腕带还可以将红外温度传感器用于单独测量额温和单独测量环境温度，其方法与步骤302相同，只是测量额温时，还需要将步骤S302得到的温度进行校准。本实施例中红外温度传感器采用MLX90614传感器的医学版本，其内部自带环境温度梯度校准，可以在测量时对额温进行校准，其测得的额温与腋温差值相对恒定，所以只需要再进行一次定值校准即可。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (9)

1.一种佩戴式体温测量腕带，其特征在于包括腕带和体温测量装置，体温测量装置包括温度采集模块、主控模块、人机交互模块、存储模块，其中：
温度采集模块包括接触式温度传感器和红外温度传感器，其中接触式温度传感器位于腕带内侧，用于测量腕温T1，红外温度传感器设置于腕带外侧，用于测量环境温度T2；温度采集模块接收主控模块发送的体温测量指令，启动接触式温度传感器和红外温度传感器进行测量，将测量得到的腕温T1和环境温度T2发送给主控模块；
主控模块接收人机交互模块发送的体温测量指令，转发给温度采集模块；接收人机交互模块发送的查询指令，从存储模块中读取相应数据并反馈给人机交互模块进行显示；接收温度采集模块反馈的腕温T1和环境温度T2，采用二次拟合曲线得到拟合实际体温T0，二次拟合曲线公式为：
T0＝aT2 2+bT2+c+T1
其中，a、b、c表示二次拟合曲线系数，采用若干历史数据学习得到；
采用定值校准得到实际体温ΔT表示定值校准常数；
主控模块将实际体温发送给人机交互模块反馈给用户，并送入存储模块中存储；
人机交互模块提供人机交互接口，用于用户发送控制指令，包括体温测量指令、查询指令，并向用户反馈体温数据；
存储模块用于存储测得的体温数据。
2.根据权利要求1所述的佩戴式体温测量腕带，其特征在于，所述温度采集模块包括导热银片和搭载接触式温度传感器的PCB板，导热银片位于腕带内侧，与用户手腕直接接触，PCB板背面无缝焊接在导热银片上，接触式温度传感器的热焊盘设置有导热孔，接触式温度传感器顶部设置有隔热泡沫。
3.根据权利要求2所述的佩戴式体温测量腕带，其特征在于，所述导热银片采用双层银片，其中内侧银片为长条形，包裹桡动脉和尺动脉，外侧银片面积小于内侧银片，一面紧贴内侧银片，另一面与PCB板焊接。
4.根据权利要求1所述的佩戴式体温测量腕带，其特征在于，所述红外温度传感器由铝罐包裹，采用固定轴置于腕带外侧。
5.根据权利要求1所述的佩戴式体温测量腕带，其特征在于，所述用户指令还包括额温测量指令和环境温度测量指令；
当温度采集模块通过主控模块接收到额温测量指令时，启动红外温度传感器进行测量，将测量得到的额温通过主控模块反馈给人机交互模块；
当温度采集模块通过主控模块接收到环境温度测量指令时，启动红外温度传感器进行测量，将测量得到的环境温度通过主控模块反馈给人机交互模块。
6.根据权利要求1所述的佩戴式体温测量腕带，其特征在于，所述体温测量装置还包括无线通信模块，主控模块通过无线通信模块与上位机(例如手机等移动终端)进行通信。
7.一种佩戴式体温测量腕带的体温测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：采用接触式温度传感器测量得到用户腕温T1；
S2：采用红外温度传感器测量得到环境温度T2；
S3：采用二次拟合曲线对腕温进行校准，得到拟合实际体温T0，二次拟合曲线的公式为：
T0＝aT2 2+bT2+c+T1
其中，a、b、c表示二次拟合曲线系数，采用若干历史数据学习得到；
S4：令实际体温ΔT表示定值校准常数。
8.根据权利要求7所述的佩戴式体温测量腕带的体温测量方法，其特征在于，所述腕温T1的测量方法为：连续测量N次用户腕温后进行均值滤波，将均值滤波得到的温度值作为最终腕温T1。
9.根据权利要求7所述的佩戴式体温测量腕带的体温测量方法，其特征在于，所述环境温度T2的测量方法为：连续测量M次环境温度后进行中值滤波，将中值滤波得到的环境温度作为有效环境温度，当有效环境温度数量达到K时，对K个有效环境温度进行均值滤波作为最终环境温度T2。
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