织物型智能可穿戴零热通量体核温度测量仪的研究

摘要

体核温度的实时监测具有十分重要的价值。传统的体温计不能实时监测，现有临床的实时监测技术通常将传感器插入鼻腔或肛门，传感器或导线与身体的物理接触和束缚会带来不舒适感。零热通量体核温度检测技术在额头表面进行接触式测量，最终获得体核温度，不同于简单的额头温度测量，是一种新型的无创实时体核温度监测的技术。目前的零热通量体核温度检测的商业化产品采用泡沫材料，具有一定的可穿戴性，然而它仍存在改进的空间，探头的主体材料若能改用织物材料，可以更具穿戴性，而且更贴合皮肤，提高舒适感。基于这个想法，本课题提出研发一种织物型可穿戴零热通量体核温度测量仪。围绕这个目标,本课题展开了如下工作：
　　首先，本课题分析了系统设计要求，由此根据织物型智能可穿戴零热通量体核温度测量仪的系统设计要求，给出了系统设计方案，并介绍分析了该设计方案的系统结构和技术手段。设计的方案里将探头与采集控制系统、加热电源进行分离；探头与额头皮肤直接接触，进行织物化设计；采集控制系统鉴于专业背景、时间等条件限制，确定采用可快速开发的可编程控制技术（PLC）的方案；加热电源采用便携移动电源。系统需要采集温度以及控制加热，通过对两种自动采集与控制电路技术方案的比较，选择了性能稳定、开发周期短的PLC以实现此功能。
　　其次，根据系统整体方案，对织物型体核温度测量探头进行了详细设计，对探头的主要部件即加热层、隔热层、隔湿层及外层材料探索了织物化设计，通过与束发带结合，实现了探头的可穿戴设计。
　　再次，设计并实现了系统硬件电路。按照硬件设计的功能需求，对硬件设备进行了选型和电路设计。基于PLC技术设计了硬件电路。
　　接着，在硬件基础上，进一步设计和实现了软件。开发了PLC梯形图程序，实现了温度的自动采集和控制功能；利用Wincc flexible2008 SP4开发组态界面，实现了设计要求中可视化的功能。
　　最后，对新系统进行了调试与验证试验。通过调试确定了PID控制参数。通过与红外耳温计测量比对，发现新系统和红外耳温计测量结果的相关系数为0.93139，表明两种仪器测温结果高度线性相关。证明了本课题提出的新型系统的可行性和可靠性。
　　经过以上探索，初步实现了织物型智能可穿戴零热通量体核温度测量仪的研发。新系统能够实时无创监测体核温度，温度异常时可报警提示，温度信息可视化，织物型测量探头柔软舒适可穿戴。尽管新系统由于采用PLC，不够便携，但本课题为将来单片机微型化的实现奠定了重要的基础。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景

1.2相关领域的研究现状

1.3相关技术简介

1.4研究目的

1.5研究内容

1.6本章小结

第2章 系统整体方案设计

2.1系统设计要求

2.2系统方案的设计

2.3设计方案的系统结构和技术手段

2.4本章小结

第3章 织物型体核温度测量探头的设计与实现

3.1外形与结构设计

3.2材料的设计

3.3隔热层的设计

3.4加热层的设计

3.5可穿戴的设计

3.6本章小结

第4章 硬件电路设计与实现

4.1硬件设计流程

4.2设计功能需求分析

4.3硬件设备选型

4.4硬件电路设计

4.5本章小结

第5章 软件设计与实现

5.1软件需求分析

5.2功能模块设计

5.3程序流程设计

5.4程序实现

5.5本章小结

第6章 系统调试及测试结果

6.1系统调试

6.2系统测试

6.3验证分析

6.4本章小结

第7章 总结与展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

附录

硕士期间发表论文情况

致谢