可穿戴式电子体温计研究与软硬件设计

发布时间：2017-10-07 16:37

  本文关键词：可穿戴式电子体温计研究与软硬件设计

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【摘要】：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。
【关键词】：CMOS体温传感器 NTC热敏电阻 可穿戴式 体温测量 无线通信
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH776
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-15
• 第1章 绪论15-27
• 1.1 研究背景和意义15-16
• 1.2 国内外研究现状16-22
• 1.2.1 体温测量的研究现状16-19
• 1.2.2 电子体温计行业规范19-20
• 1.2.3 可穿戴式体温计研究现状20
• 1.2.4 体温传感器技术研究现状20-22
• 1.3 两种体温传感器技术对比22-25
• 1.4 本文主要研究内容及各章节安排25-27
• 第2章 CMOS体温传感器研究27-43
• 2.1 CMOS体温传感器测温原理27-29
• 2.1.1 V_(BE)和△V_(BE)的温度系数28-29
• 2.1.2 与温度无关的参考信号29
• 2.2 测温误差来源分析29-32
• 2.2.1 饱和电流I_s引起的误差分析30-31
• 2.2.2 电流增益β引起的误差分析31
• 2.2.3 偏置电流引起的误差分析31-32
• 2.3 误差消除技术研究32-36
• 2.3.1 电流增益误差消除技术32-33
• 2.3.2 单点校准技术33-36
• 2.4 CMOS体温传感器性能测试36-41
• 2.4.1 CMOS体温传感器性能测试系统硬件电路设计36-37
• 2.4.2 CMOS体温传感器性能测试系统软件设计37-38
• 2.4.3 CMOS体温传感器性能测试环境搭建38-39
• 2.4.4 测试数据处理与分析39-41
• 2.5 本章小结41-43
• 第3章 可穿戴式体温计系统硬件设计43-60
• 3.1. 体温传感器端硬件设计与实现43-52
• 3.1.1 体温传感器端测温原理43-44
• 3.1.2 体温传感器端器件选型44-48
• 3.1.3 体温传感器端测温误差分析48-51
• 3.1.4 体温传感器端的可穿戴组装形式研究51-52
• 3.2 无线接收终端硬件设计52-55
• 3.3 烧录测试板硬件设计55-59
• 3.4 本章小结59-60
• 第4章 可穿戴式体温计系统软件设计60-73
• 4.1 射频芯片基本介绍60-62
• 4.2 体温测量系统软件设计62-71
• 4.2.1 体温传感器精度提高62-63
• 4.2.2 体温传感器端功耗优化63-64
• 4.2.3 无线通信协议设计64-69
• 4.2.4 抗干扰能力的提高69-70
• 4.2.5 无线接收终端控制流程软件设计70-71
• 4.3 烧录测试板软件设计71-72
• 4.4 本章小结72-73
• 第5章 可穿戴式体温计性能测试及分析73-83
• 5.1 精度测量及分析73-77
• 5.2 功耗测量及分析77-80
• 5.2.1 体温传感器端功耗测量77-80
• 5.2.2 无线接收终端功耗测量80
• 5.3 通信距离测量及分析80-81
• 5.4 本章小结81-83
• 第6章 总结与展望83-85
• 6.1 本文主要工作总结83-84
• 6.2 研究展望84-85
• 参考文献85-90
• 附录90-108
• 致谢108-109
• 在读期间发表的学术论文109

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1 邓南平;嵌入式感温织物的研究[D];武汉纺织大学;2015年

2 邓迟;可穿戴式电子体温计研究与软硬件设计[D];中国科学技术大学;2016年

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本文编号：988936