基于MSP430的远程无线体温测量系统

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Design of remote wireless thermometer system based on MSP430YANG Bo ，MAO Xiao.1i。-，GE Yi.xian ，(1.School ofElectronic&Information Engineering， Unwe ofInformation Science&Technology，Nanjing210044，China；2.Jiangsu Key Laboratory ofMeteorological Observation and Information Processing，Nanjing Unwemi###ofInformation Science&Technology，Nanjing 210044，China)Abstract：A remo wireless thermomer system is putted forward for the situation of measuring and recording bodytemperature by hand in the hospita1.，IIlis system is composed of two core modules，i.e.，remom thermometer module andcentral receiver module.which both take MSP43O MCU as master contro1.The remote therm ometer module utilizes TN9sensor chip to me.are body temperature and send the data by the nRF905 RF chip wireless. I e central receivermodule receives the data an d transfers them to PC by RS232 to record the temperature automaticaly.After the practicaltest，it can be found that the system can be fast and accurate measurement，recording and management of bodytemperature.This system with low-power.1ow-cost an d high-practicality has good promotional value。

Key words：MSP430；TN9；nRF905 ；remote；thermomer体温是临床观察的-个重要指标，目前国内医院大多采趣士手动测量、记录病人体温的方式监测病人体温，而测量设备大多采用水银温度计。这种方式不仅工作量大，实时性差，还容易出现差错，且水银温度计测温时间慢。读数靠人眼分辨，精度、准确性不高。

文中设计的远程无线体温测量系统。采用红外测温的方式 ，可以有效、迅速、准确的测量病人体温，并将数据无线发送至中心接受站 ，迅速储存起来，以供管理和分析。本系统可以使医院方便的实现对病人体温的实时监测和管理 .减少工作量 。有-定的实用价值。

1 系统整体设计如图 l所示，本系统由远程体温测量拈和中心接收模块两大拈组成 ，均以低功耗单片机 MSP430F149为主控 .远收 稿 日期 ：2013-03-06 稿件编号 ：201303069远程体温测量拈 中心接收拈图 1 系统框图Fig.1 Block diagram of system程体温测量拈加以红外温度测量拈、液晶显示拈和无线发射拈，对病人体温进行实时的测量、显示。并通过无线发送出去。中心接收拈通过RS232总线与 PC机相连～接收到的病人体温数据传送给 PC机▲行记录和管理。每天仅需护士按时提醒病人用体温监测拈测量体温 ，便可以实现对病人体温的测量、记录和管理，大大减少了工作量，十分方便和高效。

基金项目：江苏省高校自然科学研究面上项 目(12KJB510011)；南京信息工程大学实验室创新开放项 目(12KF020)作者简介：杨 博(1991～)，男，江苏南京人。研究方向：电子系统设计。

- 69-《电子设计工程)2013年第 16期2 系统硬件设计2.1 主控芯片简介考虑到系统 功能 的实现 ，主控芯片选用 MSP430Fl49单片机。该单片机是美国德州仪器(TI)推出的-种 16超低功耗、具有精简指令集(RISC)的混合信号处理器 ；工作在低电压(1.8～3.6 V)，功耗小，在等待方式下，耗电仅为 0.7 txA；且具有独特的片外双时钟系统 ，当系统处于省电模式时，唤醒仅需 6 s日。

选用这款单片机不仅可以实现系统控制功能，还可以使远程体温测量拈用 3 V电池供电，达到便携效果 ，且可以发挥其低功耗优势 .节约电能。

2.2 红外体温测量拈本系统采用台湾凌阳公司生产的TN9红外温度传感器。

它是-种集成的红外探测器，内部有温度补偿电路和线性处理电路 ，且可 以非接触式测量 ，有效测量距离达 30 m，测量 回应时间大约为 0.5 S，分辨率为 0.062 5 oC，而且它具备 SPI接口，可以很方便的向单片机传输数据13]。

红外体温测量电路如图 2所示，TN9红外传感拈数据端 D、时钟端 C以及测试端 A与单片机相连。当测试端 A为低电平时。红外传感器开始进行温度测量 。数据端 D在时钟端 C配合下 ，串行输 出 40位控制字 ，8位-组 ，分别表示测温项目、高八位温度有效值、低八位温度有效值、检验码和结束标志。单片机读取数据后，通过数值关系算得实际温度。

图 2 红外体温测量电路Fig.2 Circuit of infrared body temperature measurement2.3 无线通信拈无线通信拈分为发射和接收两部分。发射部分安装于各个病房内，由于病房数量较多，且有的病房距离中心接收站较远，故须选用发射频点多、发射距离远、抗干扰能力强的无线发射芯片。根据以上要求选用挪威 Noic公司生产的nRF905芯片。该芯片工作电压为 DC1.9-3.6 V，32引脚 QFN封装，内置硬件 CRC检错和点对多点通讯地址控制，工作在433/868/915 MHz 3个 ISM频段 .频 段之 间收发模式切换时间小于 650 Ixs.且芯片 电流消耗很少 ，在发射功率为-10 dBm时 ，发 射 电 流 为 l1 mA，接 收 电流 为 125 mA▲ 入POWERDOWN模式可 以很容易实现节电 。

图 3所示 为无线 通信 拈 电路 ，TRXCE、PWRUP、TXEN、CSN、SCK、MISO、MOSI等端 口与单 片机相连 ，CSN、SCK、MISO、MOSI组 成 SPI接 口 ；通过 TRX-CE、PWRUP、TXEN三端设置将其分为共 4种工作方式--通过改变工作方式，可有效降低功耗，节约电能。发射数据时，将 nRF905设- 70-置为发射模式 ，单片机通过 SPI接口将接受点地址和有效数据写入芯片缓存区，然后配合 TRXCE电平生 成 CRC和前导码 ，并发射 数据 ∮收数据时 ，将 nRF905设置为接受模式 ，等待数据的到来，当接受到对方的前导码、有效地址和 CRC后，将数据储存在寄存器中，产生中断，让单片机读龋VDD6 Ⅱ GND图3 无线通信电路Fig.3 Circuit of wireless communication2.4 RS232串口拈本系统中，单片机通过 RS232串口与 PC机进行通信。

RS232接口是嵌入式系统中应用最广泛的-种串行接 口通信，具有成本低、使用方便的优点[句。由于 RS232信号的电平和单片机串口信号的电平不-致.必须进行二者之间的电平转换 。采用 电平转换芯片 MAX232实现 ITrL逻辑电平 和RS232电平之间的相互转换 。电平转换电路如图4所示，转换之后，串行信号TXD、RXD与串口连接在-起，实现单片机与 PC机之间的通信。

3.3VVCC Clv Cl-- -；'- c-21-- V- C2 Q-涟 GNDC2- 0- o- T1OUT TiINO RIR1OU- 2T2OUT R2 OUTM X32 3 2CSE图 4 RS232与 MAX232连接Fig.4 Connect RS232 with MAX2322.5 其他硬件拈按键拈：设-个独立按键，按下后 ，进行体温测量，并在显示屏上固定显示测量体温。

杨 博。等 基于MSP430的远程无线体温测量系统液晶显示拈 ：采用低功耗液晶显示屏，3 V供电，测量后显示测量 的体温 ，未测量时 ，关 闭背光 ，节约 电能 。

系统电源拈：为了方便病人进行体温的测量 ，远程体温测量拈选用 CR17335型锰锂 电池进行供 电，其 容量2 000 mAh，额定电压 3.0 V，重量仅 26g，容量大又轻便很适合于此拈。而中心接收拈与PC机相连，可直接由PC机通过 USB接 口给系统供 5 V电压 ，5 V电压通过 LM1117-3.3 V得到 3.3 V电压给 MSP43O单片机和 nRFg05芯片供电。

3 系统软件设计3.1 软件流程该系统软件设计包括远程体温测量拈的软件设计和中心接收拈的软件设计，主要流程如图 5、6所示。打开远程 体温测量拈后 ，完成 系统初始化 ，按下测温按钮 ，红 外测温拈完成体温测量 ，液晶屏显示体温 ，射频芯片将数据发送 ，然后进入低功耗模式，等待拈被关闭或按钮再次被触发。中心接收拈接收病人体温后。通过 RS232串口将数据传送给 PC机 。PC机通过 Visual C编写专门的软件进行病人体温的记录和管理。

图5 远程体温测量拈主流程Fig.5 Main flow chat of l'emote thermometer module图 6 中心接 收拈流程 图Fig.6 Main flow chat of central receiver module3.2 低功耗设计由于远程体温测量拈采用电池供电，还存在忘记关闭的意外浪费，因此为了节约电池的消耗 ，需要发挥各芯片的低功耗特性。本系统程序按照低功耗方式设计 。MSP430单片机完成设备初始化后，系统进入 LPM1低功耗模式，只有外部中断到来时才被唤醒 ，完成后重新进入低功耗模式，达到降低功耗的目的。除了单片机的低功耗以外，当不触发测温按钮时，即使拈打开 ，红外温度传感器停止测温；射频芯片nRF905不发射数据，进人掉电状态 ，进-步降低功耗。并且，当液晶屏显示体温 1分钟以后，若拈仍未被关闭，则关闭液晶背光.这样，可大大减少电池损耗，延长使用时间。

4 系统测试本 系统 的测试主要包括测量精 准度 、无 线发射距离 和无线发射、接收成功率的测试。测量精准度采用传统水银温度计 和本系统测量结果进行对 比 ，系统均采取非接触式 测量 。

- 般医院病房里中心接收站最远不到50 m，因此在距离中心接收拈，10 m、20 m、30 m、40 m、50 m五个节点进行体温测量、发射测试 ，观察其发射和接收的成功率、准确性。具体测试结果如表 1所示。

表 1 实验结 果Tab.1 TlIe result oftest由表中结果可以看出，系统测量体温比传统水银温度计测量出体温稍低 。主要原因是，非接触式测温测得的是人体表面皮肤温度，可以根据医学中皮肤温度和腋下温度关系，在软件中进行体温补偿 ，以达到最佳测量效果。而 5个节点 2组测量数据。发射与接收数据均相同。成功率 100%，可以证明系统的抗干扰能力、稳定性和可靠性好。

5 结 论针对目前大部分医院采用水银温度计手工测量、记录病人体温的现状 ，设计了基于 MSP430的远程无线体温测量系统。该系统可快速、准确、有效的记录和管理病人的体温，大大减少护理人员的工作量 ，具有很高的实用价值。且该系统选用 TN9红外测温传感器有非接触式测温的功能.不仅适用于各个人群的体温测量 ，还可以使该系统用于养殖场 、果园等环境温度的监测或者特殊公共场所人群体温的监测，具有很强的扩展性 和推广价值。