专利名称：一种基于ZigBee无线技术的人体温度测量方法
技术领域：
本发明涉及一种测量人体温度的无线测量方法，特别是利用ZigBee无线技术实现人体温度采集器和人体温度数据无线接收显示监控设备的设计方法。
背景技术：
目前，公知的一般的人体温度的测量方法为采用水银温度计或酒精温度计插入腋下或口腔内的人工操作、人工识读的方法。这种方法的缺点是需要医护人员协助或者被测者自行插入腋下等人体部位并维持一定时间进行体温测量，并且要取出温度计后查看读数方可知道被测者体温状况，如果被测者为婴幼儿或行动有一定障碍的患者，由于其自身控制能力差，容易使测量不准确或者损坏温度计。此方法的另外一个缺点是体温计通常为玻璃制品，操作不慎易对被测者尤其是婴幼儿或者对操作者构成一定危险。再有的缺点是需要定时观察被测者体温时要反复测量，工作繁琐，费时费力。通过采用ZigBee无线技术设计一种无线人体温度测量设备，就可以解决上述问题。目前也有采用无线技术实现温度采集等实用新型发明，但都是单一点到点传输， 没有采用ZigBee技术。ZigBee技术是一种新兴的短距离、低功耗、低速率、低成本、低复杂度的无线网络技术。ZigBee无线技术适合组建WPAN网络，就是无线个人设备的联网，对于数据采集和控制信号的传输是非常合适的。它的主要优点有省电、简单、成本低；增加了逻辑网络、网络安全和应用层；可使用的频段有3个，分别是2. 4GHz的ISM频段、欧洲的 868MHz频段、以及美国的915MHz频段，在中国采用2. 4G频段，是免申请和免使用费的频率； 采用ZigBee技术组成的传感器网络规模大，自组织、自愈性强，通信可靠。目前也有无线温度计类似发明，例如由上海西霭梯信息技术开发有限公司申请公开的实用新型专利“一种新型的无线射频温度计”(专利号200920145126，授权公告日为 2009年12月30日)中也提到了采用无线射频技术实现温度计，但是它只解决了测量端的问题，没有解决监控显示一端的设备的设计，而且没有采用ZigBee技术，无法利用ZigBee 技术的先进性来实现本发明专利的独特功能。
发明内容
为了克服现有体温测量方法的不足，本发明提供一种无线体温测量及数据收集显示方法。该方法通过采用ZigBee无线网络技术，把体温采集器测量到的体温数据传输到显示监控设备，并且能通过控制实现定时测量、温度报警等功能，大大降低了测量体温的工作量，并且比其他类似无线温度计功耗更低，实时性更好，实现容易。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是采用ZigBee无线网络技术，通过体温采集器(1)测量体温，按照ZigBee网络协议将温度实时传输至显示监控设备(9)上，实现无线监控测量，并能对体温采集器进行设置、控制，实现告警等功能。一个显示监控设备 (9)可以支持多个体温采集器(1)的数据采集及控制。同时，在体温采集器(1)距离显示监控设备(9)较远从而影响无线信号传输质量时，可以通过采用无线中继器(19)进行无线数据的转发。本发明的有益效果是，可以实时观测被测者的体温，通过ZigBee无线网络实现有效的监控和告警，方便，经济，智能。本发明比其他类似发明更加先进和改进的地方是(1)采用ZigBee无线网络技术，功耗更低，造价更便宜；(2)不用布线，实施简单易行；(3)传输距离远，稳定性强；(4)支持多点同时测量及集中监控；(5)包括体温采集器、显示监控设备和无线中继器三种设备的设计，更加系统化， 实用化；(6)有控制功能，方便进行告警温度设置、数据采集间隔时间等设置。(7)显示控制设备可以与计算机连接，从而实现更强大的体温监控系统。
下面结合附图对发明做进一步说明。图1是本发明中体温采集器的设计原理框图。图2是本发明中显示监控设备的设计原理框图。图3是本发明中无线中继器的设计原理框图。图4是本发明中第二种实施方式即体温采集器和显示监控设备配合工作原理框图。图5是本发明中第三种实施方式即体温采集器和显示监控设备、无线中继器配合工作原理框图。图6是本发明中体温采集器的概要工作流程图。图7是本发明中显示监控设备的概要工作流程图。图8是本发明中无线中继器的概要工作流程图。
具体实施例方式在本发明中，有三种实施方式，适用于不同的场合使用。第一种方式体温采集器(1)单机使用的方式。在这种方式中，体温采集器(1)通过选择开关(7)设置于单机模式，温度传感器C3)采集到的体温数据直接显示在体温采集器(1)自带的液晶显示屏(2)上，供人读取。此时体温采集器(1)内部的ZigBee无线芯片 (5)不工作，不向外发射无线信号，以节省电池能量。第二种方式体温采集器(1)与显示监控设备(9)配合使用的方式，见图4所示。 在这种方式中，体温采集器(1)通过选择开关(7)设置于网络模式，温度采集器(1)在自带液晶显示屏(2)上显示采集到的温度数据的同时，还通过ZigBee无线芯片(5)发送给显示监控设备(9)，显示监控设备(9)也将温度数据进行显示。此种工作方式下，一个显示监控设备(9)可以和一个或多个体温采集器(1)配合使用，显示监控设备(9)可以同时接收多个体温采集器(1)发送来的体温数据，并按照体温采集器(1)的设备号分别显示各个体温数据，达到同时监控显示多人体温的目的。第三种方式体温采集器⑴与显示监控设备(9)以及无线中继器(18)同时配合使用的方式。在这种方式中，体温采集器(1)通过选择开关(7)设置于网络模式，温度采集器(1)在自带液晶显示屏(2)上显示采集到的温度数据的同时，还通过ZigBee无线芯片 (5)发送给无线中继器(19)，再由无线中继器(19)将体温数据通过ZigBee无线芯片Ql) 发送给显示监控设备(9)，再由显示监控设备(9)将温度数据进行显示。此种工作方式下， 一个显示监控设备(9)可以和一个或多个无线中继器(19)以及多个体温采集器(1)配合使用，显示监控设备(9)可以同时接收多个无线中继器(19)转发来的体温数据，并按照体温采集器(1)的设备号分别显示各个体温数据，达到同时监控显示更多更远程的人的体温的目的。在这三种实施方式中，涉及了体温采集器(1)、显示监控设备(9)和无线中继器 (19)三种设备的设计，下面分别进行说明。1.体温采集器(1)是固定在被测者体表的温度探测及数据采集、传输装置，负责测量体温并按照设定的时间间隔把测得温度数据发送给显示监控设备(9)。体温采集器 (1)由温度传感器(3)、液晶显示屏(2)、微处理器MCU 0)、ZigBee无线芯片(5)、天线(6) 以及选择开关(7)组成，并采用电池(8)供电，其原理框图如图1所示。其基本工作原理是选择开关(7)选择当前工作模式，工作模式有两种，一种是单机工作模式，一种是网络工作模式。在网络模式下，体温采集器(1)相当于ZigBee网络中的终端设备，其仅与其母节点通信，即本发明中的显示监控设备(9)或无线中继器(19)。体温采集器(1)由微处理器MCU (4)定期采集温度传感器C3)测量到的人体体温，并按照约定的数据传输格式通过 ZigBee无线芯片(5)发送到显示监控设备(9)。之后，在微处理器MCU (4)的控制下ZigBee 无线芯片(5)和微处理器MCU(4) —起睡眠进入到低功耗工作模式以节省电池能量。在微处理器MCU(4)睡眠到设定的时间间隔后，自动被唤醒，进入下一次的数据采集和发送周期， 之后再睡眠，循环往复。时间间隔可由显示监控设备(9)通过按键(11)进行设置。在单机模式下，由微处理器MCU(4)定期采集温度传感器C3)测量到的人体体温，直接显示在液晶显示屏(2)上，不通过ZigBee无线芯片(5)向外发送信息，此时把ZigBee无线芯片(5)设置为不工作状态，以节省电量消耗。体温采集器(1)的具体工作流程是首先进行设备初始化，判断开关选择值，若是网络模式则开始发送加入网络信号，如果加入网络成功，则根据显示监控设备发送来的设置信息进行设置，开始采集温度传感器值，显示在液晶显示屏上，并向母节点发送信息，进入低功耗空闲状态，定时器时间到后再次采集温度传感器值并发送。若是选择开关是单机模式，则开始采集温度传感器值，显示在液晶显示屏上，进入低功耗状态，定时器时间到后再次采集温度传感器值并显示。具体工作流程图见图6.2.显示监控装置(9)相当于ZigBee网络中的协调器设备，在一个ZigBee网络中只可有一个此类设备，即在本发明中每套系统只有一个显示监控设备(9)。它可以放置在 ZigBee信号覆盖范围内的任何位置，用于显示所收集到的体温信息和对各体温采集器(1) 工作时间间隔等进行设置，体温数据可由其自带液晶显示屏(10)显示，或者通过USB接口(15)将收集到的信息上传至上位机。按键(11)可以用于设置测量间隔、体温报警等功能。 显示监控设备(9)主要由微处理器MCU(12)、ZigBee无线芯片(13)、液晶显示屏(10)、按键 (11)、USB接口 (15)和天线(14)组成，可用电池(17)供电或外接直流电源直接供电，(16) 为电源选择开关。显示监控设备的作用包括接收体温采集器(1)或无线中继器(19)发送来的数据信息，根据约定的格式解释数据信息并将其中的体温信息等进行显示，通过按键 (11)对体温采集器(1)进行设定。其基本工作原理是加电后显示监控设备(9) 一直处于工作状态，准备随时接收体温采集器(1)或无线中继器(19)发送来的数据信息，在收到数据信息后微处理器MCU (12)根据约定的格式对数据进行解析，把需要显示的体温或设备状态信息输出到液晶显示屏(10)上，如果体温超出预设告警值则通过蜂鸣器(18)进行声音告警，提醒用户注意。当需要对体温采集器(1)进行设置时，微处理器MCU(12)接收按键 (11)的输入信息并进行处理，当确认设置后，微处理MCU(12)通过ZigBee无线芯片(13)把设置信息发送出去。显示监控设备(9)的工作流程是首先是设备初始化，然后建立一个新的ZigBee 网络，进入无线监控状态，此时如有终端设备即体温传感器(1)或路由设备即无线中继器 (19)加入网络，则给节点分配网络地址并发送设置信息。等待接收体温数据信息，如果接收到体温数据信息则显示在液晶显示屏(10)上，还可以把体温数据信息通过USB接口(15) 发送到计算机中，实现更多更强大的监控显示功能。如果接收到体温数据超出预设告警值则通过蜂鸣器(18)实现声音告警。如果有按键(11)输入，则分析输入信息并通过无线芯片发送出去。其具体流程图见图7。3.无线中继器(19)相当于ZigBee网络中的路由设备，它的功能是把体温采集器 (1)的无线数据转发给显示监控设备(9)，以加大网络的覆盖范围，加长体温采集器(1)和显示监控设备(9)之间的距离，或是在ZigBee网络信号传输受遮挡时进行中继转发。无线中继器(19)由微处理器MCU(20)、ZigBee无线芯片(21)、电源开关(23)和天线(22)组成， 可用电池04)供电或外接直流电源直接供电。无线中继器(19)的工作流程是首先初始化设备，发送加入网络信号，如加入网络成功，则等待接收体温采集器(1)或是显示监控设备(9)发送来的无线数据，并进行转发。其具体工作流程见图8。在上述三种设备的设计中，微处理MCU(4) (12) (20)芯片可以选择TI MSP430系列，ZigBee 无线芯片(5) (13) (21)可以选择 TI CC2480、CC2500 系列。在具体实现时，可以有如下设计上的变化(1)在显示监控设备(9)中可以使用具有触摸功能的显示屏(10)，这样可以部分或全部省略掉按键(11)。(2)某些型号的ZigBee无线芯片如MC132M或TI CCM30系列本身具有微处理器的功能，所以可以省略掉三种设备各自的微处理器MCU (4) (12) (20)，从而降低成本。
权利要求
1.一种利用ZigBee无线技术实现人体体温采集器和人体温度数据无线接收显示监控设备的设计方法。该方法采用ZigBee无线网络技术，通过体温采集器测量体温，按照 ZigBee网络协议将温度实时传输至显示监控设备上，实现无线监控测量，并能对体温采集器进行设置、控制，实现告警等功能。一个显示控制设备可以支持多个体温采集器和无线中继器的数据采集及控制。
2.根据权利要求1的一种体温测量方法，其特征是由体温采集器和显示监控设备及无线中继器组成。
3.根据权利要求1的一种设计方法，其特征是采用ZigBee无线网络技术实现的体温采集器和显示监控装置以及无线中继器。
4.根据权利要求3的一种设计方法，其特征是体温采集器是固定在被测者体表的温度探测及数据采集传输装置，负责测量体温并按照设定的时间间隔把测得温度数据发送给显示监控设备。体温采集器由温度传感器、微处理器MCU、ZigBee无线芯片和天线等主要部件组成，并采用电池供电。并能具有睡眠功能进入到低功耗工作模式以节省电池能量。
5.根据权利要求3的一种设计方法，其特征是显示监控设备可以放置在ZigBee信号覆盖范围内的任何位置，是用于显示所收集到的体温信息和设置信息，体温数据可由显示屏显示，也可通过USB接口传输至上位机。按键可以用于设置测量间隔、体温报警等功能。显示监控设备主要由ZigBee无线芯片、微处理器MCU、液晶显示屏、按键、蜂鸣器和USB接口、 天线等主要部件组成，可用电池供电或外接直流电源直接供电。它的作用包括接收体温采集器发送来的数据信息，根据约定的格式解释数据信息并将其中的体温信息等进行显示， 通过按键对体温采集器进行设定。当检测到体温异常时，会通过蜂鸣器告警。
6.根据权利要求3的一种设计方法，其特征是无线中继器把体温采集器的无线数据转发给显示监控设备，以加大网络的覆盖范围，加长体温采集器和显示监控设备之间的距离， 或是在ZigBee网络信号传输受遮挡时进行中继转发。无线中继器由微处理器MCU、ZigBee 无线芯片、电源开关和天线等主要部件组成，可用电池供电或外接直流电源直接供电。
7.根据权利要求5的一种设计方法，可以使用具有触摸功能的显示屏，这样可以部分或全部省略掉按键。
8.根据权利要求4的一种设计方法，某些型号的ZigBee无线芯片本身具有微处理器 MCU的功能，所以可以省略掉微处理器MCU，从而降低成本。
全文摘要
本发明涉及一种测量人体温度的无线测量方法，特别是利用ZigBee无线技术实现人体体温采集器(1)和人体温度数据无线接收显示监控设备(9)以及无线中继器(19)的设计方法。为了克服现有体温测量方法的不足，本发明提供一种无线体温测量及数据收集方法。采用ZigBee无线网络技术，通过体温采集器(1)测量体温，按照ZigBee网络协议将温度实时传输至显示监控设备(9)上，实现无线监控测量，并能对体温采集器(1)进行设置、控制，实现告警等功能。一个显示监控设备(9)可以支持多个体温采集器(1)和无线中继器(19)的数据采集及传输、控制，并且比其他类似无线温度计功耗更低，实时性更好，设计简单易行。
文档编号H04W84/18GK102370464SQ20101024876
公开日2012年3月14日 申请日期2010年8月10日 优先权日2010年8月10日
发明者王国军 申请人:王国军