可穿戴式电子体温计研究与软硬件设计

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一方面家庭健康监护领域和医疗领域对体温实时监测的需求不断增大:另一方面无线通信、加工工艺和材料技术的不断进步,为可穿戴设备的发展提供了良好条件。基于以上背景,本文提出了可穿戴式电子体温计研究与软硬件设计的课题。在体温传感器的研究中,介绍了基于互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS)工艺的体温传感器设计原理,对设计过程中的饱和电流Is、电流增益β以及偏置电流引入的温度测量误差进行了详细的分析,提出了单点校准的方法来提高体温传感器的测量精度。在恒温箱中,对体温传感器在-40℃到120℃范围内的性能进行了测试,实验结果表明,在体温测量范围内(20℃到50℃),体温传感器的温度误差(±36)小于±0.1℃,满足医用电子体温计的精度要求。在可穿戴式体温测量系统的设计与测试部分,介绍了基于负温度系数(Negative Temperature Coefficient, NTC)热敏电阻的体温传感器端、无线接收端和烧录测试板的软硬件设计。提出了一种体温传感器端的可穿戴组装方法。对基于NTC的体温传感器的测量误差进行了分析并提出了一种批量校准的方法。提出了多种提高体温传感器端和整个系统性能的技术和方法,以减小体温传感器端的体积、重量以及功耗,增强其便携性和可穿戴性。对整个体温测量系统的测量精度和功耗等性能进行了测试,实验结果表明,体温传感器在37℃时的温度误差小于±0.04℃:在30℃到45℃的范围内,温度误差小于±0.1℃。一颗容量为70mAh的纽扣电池可使体温传感器端续航二十天以上,待机两年左右。
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