CN110179444B - 一种婴幼儿体温检测脚环系统及其检测方法 - Google Patents

一种婴幼儿体温检测脚环系统及其检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种婴幼儿体温检测脚环系统及其检测方法。它包括脚环本体和移动终端，脚环本体的中间内部设有空腔，空腔内设有A/D转换器、CPU和第一通信模块，脚环本体的表面上设有四个温度传感器，其中两个温度传感器分为一组，两组温度传感器置于空腔的两侧且以空腔为中心呈对称分布，温度传感器通过A/D转换器与CPU连接，蓝牙模块和WiFi模块均与CPU连接，脚环本体的一端设有限位孔和定位销，脚环本体的另一端设有与定位销相匹配的定位孔，移动终端上设有与第一通信模块相匹配的第二通信模块，移动终端通过第一通信模块和第二通信模块相配合与脚环本体连接。本发明的有益效果是：在实时环境中检测婴幼儿的实时真正温度，确保了温度检测的精准度。

Description

一种婴幼儿体温检测脚环系统及其检测方法
技术领域
本发明涉及检测设备相关技术领域，尤其是指一种婴幼儿体温检测脚环系统及其检测方法。
背景技术
小儿的基础体温为36.9℃～37.5℃。一般当体温超过基础体温1℃以上时，可认为发热。其中，低热是指体温波动于38℃左右，高热时体温在39℃以上。连续发热两个星期以上称为长期发热。上述基础体温是指的直肠温度，即从肛门所测得，一般口腔温度较其低0.3℃～0.5℃，腋下温度又较口腔温度低 0.3℃～0.5℃。
对于婴幼儿最好是用电子体温计，因为它测量时间比较短又不怕晃动、摔碎，对婴幼儿不主张用水银体温计。当然对于成年人来讲都可以用水银温度计。医学方面测量体温有三种方式，一种是腋下体温，一种是口腔体温，还有一种是肛门温度。
现有婴幼儿测体温往往采用的是耳温计，通过测量耳朵的温度来确定婴幼儿的体温，而这样的体温测量往往存在较大的误差，同时并不能根据婴幼儿的实际情况来测量婴幼儿的真正体温。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种能够根据婴幼儿实际情况以及周围环境因素准确测量真正体温的婴幼儿体温检测脚环系统及其检测方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种婴幼儿体温检测脚环系统，包括脚环本体和移动终端，所述脚环本体的中间内部设有空腔，所述的空腔内设有A/D转换器、CPU和第一通信模块，所述脚环本体的表面上设有四个温度传感器，其中两个温度传感器分为一组，两组温度传感器置于空腔的两侧且以空腔为中心呈对称分布，所述的温度传感器通过A/D转换器与CPU连接，所述的蓝牙模块和WiFi模块均与 CPU连接，所述脚环本体的一端设有限位孔和定位销，所述脚环本体的另一端设有与定位销相匹配的定位孔，所述的移动终端上设有与第一通信模块相匹配的第二通信模块，所述的移动终端通过第一通信模块和第二通信模块相配合与脚环本体连接。
将四个传感器分为两组，其中一组用于检测婴幼儿脚踝处的体表温度，另一组用于检测外部环境的温度，之后将检测到的数值发送给CPU，而移动终端通过第一通信模块和第二通信模块的设计使得其与脚环本体相对接，用户通过移动终端将相应的设置参数也一并发给CPU，CPU根据收到的数据进行处理计算得到婴幼儿的实时真正体温，这样设计能够根据婴幼儿所处在实时环境中检测婴幼儿的实时真正温度，确保了温度检测的精准度。
作为优选，所述温度传感器的形状呈半圆形，每组温度传感器构成一个圆形，所述脚环本体设有限位孔的一端设有限位扣，所述的定位孔有若干组且均匀分布在脚环本体的另一端上。
作为优选，所述的第一通信模块和第二通信模块是蓝牙模块和WiFi模块中的一种或多种。
本发明还提供了一种婴幼儿体温检测方法，具体包括如下步骤：
(1)将移动终端与脚环本体通过第一通信模块和第二通信模块进行对接；
(2)将脚环本体安装在婴幼儿的脚上，其中一组温度传感器与婴幼儿的皮肤相接触，另一组温度传感器检测外部环境温度；
(3)通过移动终端向脚环本体来设定婴幼儿的年龄、性别、所在地域、季节、环境气候以及体温校准参数；
(4)采用经数学建模后进行改进的克里金Kriging公式计算出孩子实时真正体温。
作为优选，在步骤(4)中，改进的克里金Kriging公式如下：
Figure RE-GDA0002102276580000031
其中：T1、T2为体表测量温度，T3、T4为体外测量温度，T5为体温校准温度，T6是婴儿性别影响的量化影响温度，T7是季节及环境气候影响的量化影响温度，T8是所在地域影响的量化影响温度，T*(s0)为实时真实体温，T(si) 是T1～T8；λi(i＝1...8)分别为：λ1λ2是体表温度影响因子，λ3λ4是体外温度影响因子，λ5婴儿年龄影响因子，λ6婴儿性别影响因子，λ7季节及环境气候影响因子，λ8所在地域影响因子，λ9为体温校准温度影响因子，λ9＝T5/(T1+T2)/2。
作为优选，根据克里金Kriging插值原理可知：采集的温度数据变量为 T(si)(i＝1，2，…，n)，si为每一个变量对应的空间位置坐标(x，y，z)，T(si) 在已知样本点si(i＝1，2，…，n)处的温度值，未采样点的值是邻近观测值的线性加权平均，而权重是由拟合的变异函数决定，需要预测的点s0处的温度值为T*(s0)，T*(s0)是通过n个观测样本值T(si)(i＝1，2，…，n)的线性组合得到，即
Figure RE-GDA0002102276580000041
其中
Figure RE-GDA0002102276580000042
λi的取值直接决定了待估计值的精度，由于克里金Kriging插值的依据是无偏最优估计，则λi应满足E[T*(s0)]＝E[T(s0)]，待估计值只与相临近位置的已知值有关，则需满足T(si)的协方差Cov(si，si)存在，λi的取值需将增量的方差存在且最小，使得估计数据与已知数据相关性最强从而使得方差最小即：
Figure RE-GDA0002102276580000043
最小，其中μ为拉格朗日算子，利用拉格朗日定理：
Figure RE-GDA0002102276580000044
其中，
Figure RE-GDA0002102276580000045
矩阵A中的rij是已知温度数据值之间的半方差值；矩阵B中的ri0是测量值与内插值之间的半方差值；λi为权重系数；将式1.2代入1.1计算出需内插的估计值；关于权重系数λi的方程组写为：
Figure RE-GDA0002102276580000046
对于
Figure RE-GDA0002102276580000051
经过校准温度T5修正后得到数学建模进行改进的克里金Kriging公式
Figure RE-GDA0002102276580000052
从而计算出孩子的真正实时体温。
作为优选，在步骤(4)中，该婴幼儿体温检测方法中具有自身故障判断功能，经过数学建模
Figure RE-GDA0002102276580000053
为体表测量温度传感器故障；
Figure RE-GDA0002102276580000054
为体外测量温度传感器故障；P3＝|(T1+T2)/2-(T3+T4)/2|≥12温度传感器系统故障；P4＝(T1+T2)/2≤32婴幼儿需要盖被子。
本发明的有益效果是：能够根据婴幼儿所处在实时环境中检测婴幼儿的实时真正温度，确保了温度检测的精准度。
附图说明
图1是本发明脚环本体的结构示意图；
图2是本发明的原理系统框图；
图3是本发明的脚环本体电路原理图。
图中：1.限位孔，2.定位销，3.限位扣，4.脚环本体，5.温度传感器， 6.定位孔，7.A/D转换器，8.CPU，9.移动终端。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1、图2、图3所述的实施例中，一种婴幼儿体温检测脚环系统，包括脚环本体4和移动终端9，脚环本体4的中间内部设有空腔，空腔内设有 A/D转换器7、CPU8和第一通信模块，脚环本体4的表面上设有四个温度传感器5，其中两个温度传感器5分为一组，两组温度传感器5置于空腔的两侧且以空腔为中心呈对称分布，温度传感器5通过A/D转换器与CPU8连接，蓝牙模块和WiFi模块均与CPU8连接，脚环本体4的一端设有限位孔1和定位销2，脚环本体4的另一端设有与定位销2相匹配的定位孔6，移动终端9 上设有与第一通信模块相匹配的第二通信模块，移动终端9通过第一通信模块和第二通信模块相配合与脚环本体4连接。温度传感器5的形状呈半圆形，每组温度传感器5构成一个圆形，脚环本体4设有限位孔1的一端设有限位扣3，定位孔6有若干组且均匀分布在脚环本体4的另一端上。第一通信模块和第二通信模块是蓝牙模块和WiFi模块中的一种或多种。其中：温度传感器5的型号为NTC103AT-10K/25，A/D转换器7的型号为ADS7844N，CPU8 的型号为ESP8089，该CPU内部设置有WiFi模块和蓝牙模块。
本发明还提供了一种婴幼儿体温检测方法，具体包括如下步骤：
(1)将移动终端9与脚环本体4通过第一通信模块和第二通信模块进行对接；
(2)将脚环本体4安装在婴幼儿的脚上，其中一组温度传感器5与婴幼儿的皮肤相接触，另一组温度传感器5检测外部环境温度；
(3)通过移动终端9向脚环本体4来设定婴幼儿的年龄、性别、所在地域、季节、环境气候以及体温校准参数；
(4)采用经数学建模后进行改进的克里金Kriging公式计算出孩子实时真正体温。
改进的克里金Kriging公式如下：
Figure RE-GDA0002102276580000071
其中：T1、T2为体表测量温度，T3、T4为体外测量温度，T5为体温校准温度，T6是婴儿性别影响的量化影响温度，T7是季节及环境气候影响的量化影响温度，T8是所在地域影响的量化影响温度，T*(s0)为实时真实体温，T(si) 是T1～T8；λi(i＝1...8)分别为：λ1λ2是体表温度影响因子，λ3λ4是体外温度影响因子，λ5婴儿年龄影响因子，λ6婴儿性别影响因子，λ7季节及环境气候影响因子，λ8所在地域影响因子，λ9为体温校准温度影响因子，λ9＝T5/(T1+T2)/2。
根据克里金Kriging插值原理可知：采集的温度数据变量为T(si)(i＝1， 2，…，n)，si为每一个变量对应的空间位置坐标(x，y，z)，T(si)在已知样本点si(i＝1，2，…，n)处的温度值，未采样点的值是邻近观测值的线性加权平均，而权重是由拟合的变异函数决定，需要预测的点s0处的温度值为 T*(s0)，T*(s0)是通过n个观测样本值T(si)(i＝1，2，…，n)的线性组合得到，即
Figure RE-GDA0002102276580000072
其中
Figure RE-GDA0002102276580000073
λi的取值直接决定了待估计值的精度，由于克里金Kriging插值的依据是无偏最优估计，则λi应满足E[T*(s0)]＝E[T(s0)]，待估计值只与相临近位置的已知值有关，则需满足T(si)的协方差Cov(si，si)存在，λi的取值需将增量的方差存在且最小，使得估计数据与已知数据相关性最强从而使得方差最小即：
Figure RE-GDA0002102276580000074
最小，其中μ为拉格朗日算子，利用拉格朗日定理：
Figure RE-GDA0002102276580000081
其中，
Figure RE-GDA0002102276580000082
矩阵A中的rij是已知温度数据值之间的半方差值；矩阵B中的ri0是测量值与内插值之间的半方差值；λi为权重系数；将式1.2代入1.1计算出需内插的估计值；关于权重系数λi的方程组写为：
Figure RE-GDA0002102276580000083
对于
Figure RE-GDA0002102276580000084
经过校准温度T5修正后得到数学建模进行改进的克里金Kriging公式
Figure RE-GDA0002102276580000085
从而计算出孩子的真正实时体温。
该婴幼儿体温检测方法中具有自身故障判断功能，经过数学建模
Figure RE-GDA0002102276580000086
为体表测量温度传感器故障；
Figure RE-GDA0002102276580000087
为体外测量温度传感器故障；P3＝|(T1+T2)/2-(T3+T4)/2|≥12温度传感器系统故障； P4＝(T1+T2)/2≤32婴幼儿需要盖被子。

Claims (3)

1.一种婴幼儿体温检测方法，其特征是，具体包括如下步骤：
(1)将移动终端与脚环本体通过第一通信模块和第二通信模块进行对接；
(2)将脚环本体安装在婴幼儿的脚上，其中一组温度传感器与婴幼儿的皮肤相接触，另一组温度传感器检测外部环境温度；
(3)通过移动终端向脚环本体来设定婴幼儿的年龄、性别、所在地域、季节、环境气候以及体温校准参数；
(4)采用经数学建模后进行改进的克里金Kriging公式计算出孩子实时真正体温；
在步骤(4)中，改进的克里金Kriging公式如下：
Figure FDA0003171322870000011
其中：T1、T2为体表测量温度，T3、T4为体外测量温度，T5为体温校准温度，T6是婴儿性别影响的量化影响温度，T7是季节及环境气候影响的量化影响温度，T8是所在地域影响的量化影响温度，T*(s0)为实时真实体温，T(si)是T1～T8；λi(i＝1...8)分别为：λ1λ2是体表温度影响因子，λ3λ4是体外温度影响因子，λ5婴儿年龄影响因子，λ6婴儿性别影响因子，λ7季节及环境气候影响因子，λ8所在地域影响因子，λ9为体温校准温度影响因子，λ9＝T5/(T1+T2)/2。
2.根据权利要求1所述的一种婴幼儿体温检测方法，其特征是，根据克里金Kriging插值原理可知：采集的温度数据变量为T(si)(i＝1，2，…，n)，si为每一个变量对应的空间位置坐标(x，y，z)，T(si)在已知样本点si(i＝1，2，…，n)处的温度值，未采样点的值是邻近观测值的线性加权平均，而权重是由拟合的变异函数决定，需要预测的点s0处的温度值为T*(s0)，T*(s0)是通过n个观测样本值T(si)(i＝1，2，…，n)的线性组合得到，即
Figure FDA0003171322870000021
其中
Figure FDA0003171322870000022
λi的取值直接决定了待估计值的精度，由于克里金Kriging插值的依据是无偏最优估计，则λi应满足E[T*(s0)]＝E[T(s0)]，其中E[T*(s0)]指的是T*(s0)的期望值，E[T(s0)]指的是T(s0)的期望值，待估计值只与相临近位置的已知值有关，则需满足T(si)的协方差Cov(si，si)存在，λi的取值需将增量的方差存在且最小，使得估计数据与已知数据相关性最强从而使得方差最小即：
Figure FDA0003171322870000023
最小，其中μ为拉格朗日算子，利用拉格朗日定理：
Figure FDA0003171322870000024
其中，
Figure FDA0003171322870000025
矩阵A中的rij是已知温度数据值之间的半方差值；矩阵B中的ri0是测量值与内插值之间的半方差值；λi为权重系数；将式1.2代入1.1计算出需内插的估计值；关于权重系数λi的方程组写为：
Figure FDA0003171322870000026
对于
Figure FDA0003171322870000031
经过校准温度T5修正后得到数学建模进行改进的克里金Kriging公式
Figure FDA0003171322870000032
从而计算出孩子的真正实时体温。
3.根据权利要求1或2所述的一种婴幼儿体温检测方法，其特征是，在步骤(4)中，该婴幼儿体温检测方法中具有自身故障判断功能，经过数学建模
Figure FDA0003171322870000033
为体表测量温度传感器故障；
Figure FDA0003171322870000034
为体外测量温度传感器故障；P3＝|(T1+T2)/2-(T3+T4)/2|≥12温度传感器系统故障；P4＝(T1+T2)/2≤32婴幼儿需要盖被子。
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