CN211477444U - 一种基于nfc的无线柔性薄膜式体温贴 - Google Patents

一种基于nfc的无线柔性薄膜式体温贴 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种基于NFC的无线柔性薄膜式体温贴，包括：热敏探头、温度检测模块、无线通信模块；所述热敏探头连接所述温度检测模块，用于根据检测点温度环境生成对应的阻值变化信号；所述温度检测模块连接所述无线通信模块，用于对所述阻值变化信号进行处理后，得到电压信号，将所述电压信号发送到所述无线通信模块；所述无线通信模块用于将所述电压信号转换为温度数据进行输出。本实用新型将热敏探头的高精度、高响应速度、低功耗等特点与NFC的小体积、快速组网、无源无线传输等优点相结合，热敏探头直接与被人体接触，反映的是人体的真实温度，而非芯片的内部温度，实现曲面表面温度高精度、高响应速度、无源无线测量，具有广泛的应用前景。

Description

一种基于NFC的无线柔性薄膜式体温贴
技术领域
本实用新型属于温度检测领域，具体涉及一种基于NFC的无线柔性薄膜式体温贴。
背景技术
体温是反映人体健康状况的一项重要生理指标，观测体温变化能对疾病的预防、诊断和治疗提供重要依据。传统的体温测量多用水银温度计，由于水银温度计存在汞污染隐患，测温时间长，需要复位等原因正逐步被电子体温计所取代。物联网的爆发给蓝牙技术带来前所未有的市场机遇，比如低功耗蓝牙(Bluetooth Low-energy，BLE)，可以很好地与IOS系统和Android系统的智能设备进行通信。但是利用蓝牙进行体温测量，传感器需要独立的电源供电，不仅增加了产品的体积，也很难做到很高的防水等级，不适合集成到可穿戴式设备中。
近场通信技术(Near Field Communication,NFC)通过近场电磁耦合方式实现非接触式地自动信息识别，可以通过无线通信的形式，在多种NFC终端设备之间点对点传输或者组网，将存放的各类数字化信息在设备间进行通讯和传输。现在己经有越来越多的智能手机加入了NFC模块，使得NFC技术的应用更加贴近人们的生活。目前研制的NFC温度传感器多采用硅基的CMOS工艺，无法实现曲面温度测试。另外，温度探头无法与被测物直接接触，在测试精度和响应速度等方面受到限制，无法适用于人体的体温测试。
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种基于NFC的无线柔性薄膜式体温贴。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本实用新型实施例提供了一种基于NFC的无线柔性薄膜式体温贴，包括：热敏探头、温度检测模块、无线通信模块；
所述热敏探头连接所述温度检测模块，用于根据检测点温度环境生成对应的阻值变化信号；
所述温度检测模块连接所述无线通信模块，用于对所述阻值变化信号进行处理后，得到电压信号，将所述电压信号发送到所述无线通信模块；
所述无线通信模块用于将所述电压信号转换为温度数据进行输出；
所述温度检测模块包括：电压采集电路、稳压稳流电路、放大电路；
所述稳压稳流电路连接所述电压采集电路，用于向所述电压采集电路提供稳定的基准电压或基准电流；
所述电压采集电路连接所述热敏探头，用于采集所述热敏探头生成的阻值变化信号，将所述阻值变化信号转换为电压信号；
所述放大电路连接所述电压采集电路，用于对所述电压信号进行放大，将放大后的电压信号输出到所述无线通信模块；
所述无线通信模块包括AD转换器、微控制器、射频天线；
所述AD转换器连接所述放大电路，用于将所述放大后的电压信号转换为温度数据；
所述微控制器连接所述AD转换器和所述射频天线，用于接收所述温度数据，控制所述射频天线发送所述温度数据；
所述放大电路包括运算放大器和放大电阻，所述运算放大器输出端连接所述微控制器；
所述电压采集电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、热敏探头等效电阻；所述第二电阻、第三电阻、第四电阻、热敏探头等效电阻形成电桥电路，所述第二电阻与所述第四电阻之间形成第一桥臂，所述第二电阻与所述热敏探头等效电阻之间形成第二桥臂，所述热敏探头等效电阻与所述第三电阻之间形成第三桥臂，所述第三电阻与所述第四电阻之间形成第四桥臂；其中，所述第一桥臂连接到所述运算放大器正相输入端，所述第三桥臂连接到所述运算放大器反相输入端，所述第二桥臂连接到所述稳压稳流电路，所述第四桥臂连接到所述微控制器。
在一个具体实施方式中，所述第二电阻、所述第三电阻、所述第四电阻的阻值均相同。
在一个具体实施方式中，所述热敏探头与所述射频天线为集成式结构。
在一个具体实施方式中，所述热敏探头材料为聚酰亚胺柔性薄膜。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
1、本实用新型将热敏探头的高精度、高响应速度、低功耗等特点与NFC的小体积、快速组网、无源无线传输等优点相结合，热敏探头直接与被人体接触，反映的是人体的真实温度，而非芯片的内部温度，实现曲面表面温度高精度、高响应速度、无源无线测量，在多种消费类可穿戴设备、医疗等领域具有广泛的应用前景。
2、本实用新型通过射频天线耦合能量，工作于完全无源的方式下，柔性热敏探头采用聚酰亚胺柔性薄膜为基底，厚度薄、尺寸小，能与人体直接接触，能快速响应人体温度场的变化，使用时可将体温贴置于腋下、额头或手腕，将带有NFC功能的手机、设备或终端靠近体温贴，能获得高精度(±0.1℃)的体温数据，操作简单，使用方便，提高了测量温度的精度与响应速度。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种基于NFC的无线柔性薄膜式体温贴模块框图；
图2为本实用新型实施例提供的一种基于NFC的无线柔性薄膜式体温贴结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的一种基于NFC的无线柔性薄膜式体温贴电路原理示意图；
图4为本实用新型实施例提供的又一种基于NFC的无线柔性薄膜式体温贴电路原理示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型做进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1，图1为本实用新型实施例提供的一种基于NFC的无线柔性薄膜式体温贴模块框图，包括：热敏探头、温度检测模块、无线通信模块；
所述热敏探头连接所述温度检测模块，用于根据检测点温度环境生成对应的阻值变化信号；
所述温度检测模块连接所述无线通信模块，用于对所述阻值变化信号进行处理后，得到电压信号，将所述电压信号发送到所述无线通信模块；
所述无线通信模块用于将所述电压信号转换为温度数据进行输出。
在一个具体实施例中，请参见图2，图2为本实用新型实施例提供的一种基于NFC的无线柔性薄膜式体温贴结构示意图，所述温度检测模块包括：电压采集电路、稳压稳流电路、放大电路；
所述稳压稳流电路连接所述电压采集电路，用于向所述电压采集电路提供稳定的基准电压或基准电流；所述稳压稳流电路为低功耗、高稳定性的稳压/稳流器，为微型热敏探头提供一个稳定的恒压/恒流源，降低系统的功耗，同时提高温度采集精度。
所述电压采集电路连接所述热敏探头，用于采集所述热敏探头生成的阻值变化信号，将所述阻值变化信号转换为电压信号；主要功能是实现热敏探头工作阻值的实时在线检测，将工作电阻的变化转换为电压的变化，在保证检测精度的同时，尽量降低系统功耗。
所述放大电路连接所述电压采集电路，用于对所述电压信号进行放大，将放大后的电压信号输出到所述无线通信模块。对电压采集电路得到的电压值进一步放大，提高体温贴的分辨率和测温精度。
其中所述NFC技术支持ISO14443、ISO15693和ISO 18000-3协议。最终，体温贴的温度数据通过带有NFC功能的手机、设备或终端读取与存储，通过其关联体温贴的ID信息和佩戴者的身份。
在一个具体实施例中，所述无线通信模块包括AD转换器、微控制器、射频天线；
所述AD转换器连接所述放大电路，用于将所述放大后的电压信号转换为温度数据；实现温度电压信号向数字信号的转换。
所述微控制器连接所述AD转换器和所述射频天线，用于接收所述温度数据，控制所述射频天线发送所述温度数据。实现温度信号的无线传输，并控制体温贴的工作时间，设置体温贴工作时间小于400ms，减小热敏探头的供电时间，减小自热效应对测温精度的影响。
所述体温贴处于完全无源的工作状态，通过所述射频天线调节外部匹配电路与NFC射频前端构成的谐振电路耦合能量，根据不同的使用要求与使用环境，调整外部匹配电路。
本实用新型将热敏探头的高精度、高响应速度、低功耗等特点与NFC的小体积、快速组网、无源无线传输等优点相结合，热敏探头直接与被人体接触，反映的是人体的真实温度，而非芯片的内部温度，实现曲面表面温度高精度、高响应速度、无源无线测量，在多种消费类可穿戴设备、医疗等领域具有广泛的应用前景。
在一个具体实施例中，所述微控制器还用于控制所述热敏探头每次的工作时间小于400ms。
在一个具体实施例中，请参见图3，图3为本实用新型实施例提供的一种基于NFC的无线柔性薄膜式体温贴电路原理示意图，所述放大电路包括运算放大器N1和放大电阻RG，所述运算放大器N1输出端连接所述微控制器。通过调整RG的值，使放大后的电压在AD转换器的输入电压范围之内，保证测温的精度。
所述电压采集电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、热敏探头等效电阻Rt；所述第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、热敏探头等效电阻Rt形成电桥电路，所述第二电阻R2与所述热敏探头等效电阻Rt之间形成第一桥臂，所述第二电阻R2与所述第三电阻R3之间形成第二桥臂，所述第三电阻R3与所述第四电阻R4之间形成第三桥臂，所述第四电阻R4与所述热敏探头等效电阻Rt之间形成第四桥臂；其中，所述第一桥臂连接到所述运算放大器N1正相输入端，所述第三桥臂连接到所述运算放大器N1反相输入端，所述第二桥臂连接到所述第一电阻R1一端，所述第一电阻R1另一端连接所述稳压稳流电路，所述第四桥臂连接到所述微控制器。
在另一种电路实现中，请参见图4，图4为本实用新型实施例提供的又一种基于NFC的无线柔性薄膜式体温贴电路原理示意图，所述放大电路包括运算放大器N1和放大电阻RG，所述运算放大器N1输出端连接所述微控制器。通过调整RG的值，使放大后的电压在AD转换器的输入电压范围之内，保证测温的精度。
所述电压采集电路包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、热敏探头等效电阻Rt；所述第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、热敏探头等效电阻Rt形成电桥电路，所述第二电阻R2与所述第四电阻R4之间形成第一桥臂，所述第二电阻R2与所述热敏探头等效电阻Rt之间形成第二桥臂，所述热敏探头等效电阻Rt与所述第三电阻R3之间形成第三桥臂，所述第三电阻R3与所述第四电阻R4之间形成第四桥臂；其中，所述第一桥臂连接到所述运算放大器N1正相输入端，所述第三桥臂连接到所述运算放大器N1反相输入端，所述第二桥臂连接到所述稳压稳流电路，所述第四桥臂连接到所述微控制器。
需要说明的是，上述桥式电路并不限于这两种实施方式，只要能够满足对热敏探头等效电阻Rt的电压进行精确采集即可。
电阻检测电路为基于电桥的电阻检测电路，能够提高系统的精度，降低系统功耗。为进一步降低系统功耗，必须使电桥电路电流尽量小，同时也为了减小因电桥桥路串联电阻发热造成阻值变化，在桥式电路上面串联一个高精度低温漂的大电阻R1进行限流。
在一个具体实施例中，所述第二电阻R2、所述第三电阻R3、所述第四电阻R4的阻值均相同。此外，为提高分辨率，3个参考电阻R1的阻值与热敏探头的初始阻值尽量保持一致。
在一个具体实施例中，所述射频天线可以是圆形线圈天线结构、也可以是矩形等其他线圈结构。优选的，本实施例以人体为背景，通过电磁仿真软件对天线进行设计仿真，采用圆形线圈天线结构，并仿真其柔性变形对天线强度、工作频率与品质因数的影响，通过调整外部匹配电路，能够实现天线与NFC芯片最佳的阻抗匹配，提高检测精度。
体温贴通过射频天线耦合能量，通过NFC的射频前端整流稳压后为系统供电。
在一个具体实施例中，所述热敏探头与所述射频天线为集成式结构。所述体温贴的天线与热敏探头可以通过溅射、光刻等工艺集成设计，并采用表面防护工艺，提高探头和天线的耐受性和稳定性
在一个具体实施例中，所述热敏探头材料为聚酰亚胺柔性薄膜。所述热敏探头采用聚酰亚胺柔性薄膜为基底，厚度薄、尺寸小，能直接与人体接触，能快速响应人体温度场的变化。
本实用新型通过射频天线耦合能量，工作于完全无源的方式下，柔性热敏探头采用聚酰亚胺柔性薄膜为基底，厚度薄、尺寸小，能与人体直接接触，能快速响应人体温度场的变化，使用时可将体温贴置于腋下、额头或手腕，将带有NFC功能的手机、设备或终端靠近体温贴，能获得高精度(±0.1℃)的体温数据，操作简单，使用方便，提高了测量温度的精度与响应速度。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于NFC的无线柔性薄膜式体温贴，其特征在于，包括：热敏探头、温度检测模块、无线通信模块；
所述热敏探头连接所述温度检测模块，用于根据检测点温度环境生成对应的阻值变化信号；
所述温度检测模块连接所述无线通信模块，用于对所述阻值变化信号进行处理后，得到电压信号，将所述电压信号发送到所述无线通信模块；
所述无线通信模块用于将所述电压信号转换为温度数据进行输出；
所述温度检测模块包括：电压采集电路、稳压稳流电路、放大电路；
所述稳压稳流电路连接所述电压采集电路，用于向所述电压采集电路提供稳定的基准电压或基准电流；
所述电压采集电路连接所述热敏探头，用于采集所述热敏探头生成的阻值变化信号，将所述阻值变化信号转换为电压信号；
所述放大电路连接所述电压采集电路，用于对所述电压信号进行放大，将放大后的电压信号输出到所述无线通信模块；
所述无线通信模块包括AD转换器、微控制器、射频天线；
所述AD转换器连接所述放大电路，用于将所述放大后的电压信号转换为温度数据；
所述微控制器连接所述AD转换器和所述射频天线，用于接收所述温度数据，控制所述射频天线发送所述温度数据；
所述放大电路包括运算放大器(N1)和放大电阻(RG)，所述运算放大器(N1)输出端连接所述微控制器；
所述电压采集电路包括第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、热敏探头等效电阻(Rt)；所述第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、热敏探头等效电阻(Rt)形成电桥电路，所述第二电阻(R2)与所述第四电阻(R4)之间形成第一桥臂，所述第二电阻(R2)与所述热敏探头等效电阻(Rt)之间形成第二桥臂，所述热敏探头等效电阻(Rt)与所述第三电阻(R3)之间形成第三桥臂，所述第三电阻(R3)与所述第四电阻(R4)之间形成第四桥臂；其中，所述第一桥臂连接到所述运算放大器(N1)正相输入端，所述第三桥臂连接到所述运算放大器(N1)反相输入端，所述第二桥臂连接到所述稳压稳流电路，所述第四桥臂连接到所述微控制器。
2.根据权利要求1所述的基于NFC的无线柔性薄膜式体温贴，其特征在于，所述第二电阻(R2)、所述第三电阻(R3)、所述第四电阻(R4)的阻值均相同。
3.根据权利要求1所述的基于NFC的无线柔性薄膜式体温贴，其特征在于，所述热敏探头与所述射频天线为集成式结构。
4.根据权利要求1所述的基于NFC的无线柔性薄膜式体温贴，其特征在于，所述热敏探头材料为聚酰亚胺柔性薄膜。
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