无线温度监视器

体温向来是重要的生理参数，当人体受到外部病菌入侵，体内的白血球会自发性地与外来病菌对抗，身体的温度便会随之上升。换句话说，体温与人体内部状况，可谓息息相关！

以目前人人闻之色变的SARS冠状病毒为例，当医学界暂时还无法立即辨别病毒是否存在于人体内时，便可通过体温做出间接判断。当人体体温超过38℃时，身体便有可能因受到SARS入侵而造成体温升高，可见温度与健康间的关联甚深。

目前一般家用温度计包括耳温枪、电子温度计，以及传统式的水银温度计。当家中小孩或老人生病发烧在家休养时，为了随时掌握病况，便需要经常测量体温。在目前以双薪家庭为主的社会，夫妻白天都得上班，晚上回到家里已相当疲倦，若半夜还须一直起床替生病的家人测量体温，相当辛苦。所以基于以上的因素，我们认为有必要设计出一套可连续自动测量的无线温度检测与警报系统。

设计过程与问题

当要着手设计一套可连续自动测量的无线温度检测与警报系统，所遇到的一个最重要的问题，就是温度检测器件的选用。由于温度属于物理量，所以微处理器（Microprocessor）无法直接处理人体的温度，因此必须通过温度传感器件（Temperature Sensor），将物理量转换成电气信号，如电压量、电流量或者是电阻量，如一般市面上常用的温度检测器件便是AD590，而AD590则是将温度转换成「类线性」的电流信号，再经过一些转换的程序，最后才由微处理器来处理。

其中「类线性」是指温度的高低与传感器所转换的电气量大小，有接近线性的关系，但并不是真正的线性，其实我们会希望此关系是真正的线性，因为如此就可以很精确的将传感器线性转换的电气量，经过转换电路转换成电压量，再通过分辨率高的A/D转换器，将电压量转换成数字信号，由微处理器做处理。可是一般温度传感器的温度与所对应的电气量形成的是指数关系，而非线性关系，所以常将其测量范围，使用在其最接近线性的一段区域，也就是「类线性区」。

《图一 由感应器件到微处理器前的处理流程》

(图一)的方块图可以说明由感应器件到微处理器前的处理流程。由于传感器（Sensor）产生的电气信号，常常是电流量、电压量或电阻量，所以都必须先通过转换电路将其转换为电压量，再通过A/D转换器转换成数字信号，才交由微处理器处理。此流程看似简单，事实上模拟信号在经由A/D转换成数字信号前所产生的误差，如传感器（Sensor）本身就存在的非线性误差及偏移误差，与在做I-V或R-V转换时所产生的转换误差，这些都是在选择温度感应器件前，必须考虑的重要因素。尤其要设计的是应用在人体上的温度传感器，若因上述因素造成误差，使得测量到的体温误差超过1℃以上，将会造成产品设计上的失败。
以目前常用的耳温枪为例，耳温枪所测量到的体温，误差约在0.5℃左右，若能设计出一个测量误差接近，甚至低于0.5℃的温度传感器，则产品便有存在的价值。基于种种考虑因素，本作品以美国国家半导体（National Semiconductor）的产品LM92为温度感应器件。以下将先介绍LM92的温度－精确度相对曲线，探讨LM92是否足以解决上述问题。
作品技术架构
《图二 LM92的温度－精确度相对曲线》

当使用LM92在室温下测量人体体温时，测量的范围在25℃～50℃。由(图二)的曲线可知，在此范围内的测量误差可达0.5℃以下，也就是说，在测量人体体温时，LM92的精确度高于耳温枪。
《图三 LM92的功能电路图》

由(图三)可知，美国国家半导体已将图一中的功能方块整个集成在一颗芯片中，使用者在使用该芯片时，并不需要再额外加上转换电路及A/D转换器，便可直接与微处理器连接并使用。另外，LM92的输出入接口是采用I2C Bus，所以LM92与微处理器连接仅仅需要两条线即可，再加上两条电源线（Vcc、Gnd），总共仅需要四条线便可使用该芯片，除了方便之外，更可节省微处理器的I/O 端口，而且将转换电路与A/D转换器集成在一颗芯片中，可以减低使用者在电路设计中所造成的误差，也可避免在布线中的差动损失造成误差。
本设计还使用Atmel AVR90S2312作为发射器中的微处理器，基于下列几个原因：
(1).因为发射器中微处理器的主要工作，在于通过I2C 总线将测量到的温度数据，传给无线发射模块，让无线发射模块传给另一方的接收器，由于微处理器外部要控制的外设并不多，所以I/O的引脚数也不需要太多，而AVR90S2312只有两组I/O 端口，正好符合需求。
(2).发射器的体积希望能尽量的缩小，若以常用的8051 DIP40封装则体积稍嫌过大，而AVR90S2312 DIP20的封装，约为8051 DIP40封装体积的1/4，所以采用AVR90S2312。
(3)CodeVision编译器对于AVR芯片，有提供相当多的函数库，要能从LM92读取数据，必须使微处理器具有I2C 总线的功能，而Code Vision内有提供AVR90S2313使用I2C Bus的函数库，所以在编写程序上方便许多。(图四)便是发射器的功能方块图。

在接收器的部分，主要在于接收由发射器所发射的温度数据，并将其显示在液晶显示器上，同时可比较使用者之前所设定的温度，若超过设定的温度，则会以警告声提醒使用者注意，(图五)是接收器的功能方块图。

产品效益
可连续自动测量的无线温度感应与警报系统，可解决之前所提到的：一般家庭用的温度计，无论是耳温枪或电子式温度计或水银式温度计，都会有需要人力近身测量的问题。无线温度感应与警报系统的使用方法相当简单，只需要将由LM92所制成的传感芯片，以医疗用胶布，粘贴于患者接近腋下的皮肤，然后候打开发射器，家人只要携带接收器，便可自由在书房看书、在客厅看电视，又或者在厨房准备餐点，就可通过接收器的液晶显示器观察患者的体温变化，而不需要近身测量。在晚上睡觉前，也只需要预先设定好需要警告的温度后，如38℃，使用者便可以安心的睡觉，不至于影响到明天的工作。
因为此可连续自动测量的无线温度感应与警报系统，每两秒就会测量一次患者的体温，当体温高过警告温度时，接收器便会发出警告声，提醒使用者起床。尤其当老人或小孩在发烧人很不舒服时，如果没有立即做出适当处理，危险性将会相对提高。相信本作品每两秒一次的高密度连续测量，绝对可在危险开始的第一时间，通知家人做出处理，避免悲剧的发生，在未来更可以配合计算机，将测量的温度值做记录，并通过计算机软件做成体温图表并存盘，在看诊时医生便可以根据这些记录的体温图表，来观察患者在家休养的恢复状况，并在医疗病历系统中建文件，可成为未来看诊断症的重要参考资料。
结论
可连续自动测量的无线温度感应与警报系统，无论在精确度、功能性、与价格上，都可以为现代的家庭提供新一种的选择，而且SARS疫情逐渐蔓延，体温成为了相当重要的指针。目前已有许多公司要求职员在上班时测量体温，但一天测量一次是否足够？因为目前的系统为一对一，也就是一个发射器对一个接收器，但若通过编码（Encode）及轮询（Polling）的方式，便可完成多对一的系统，也就是多个发射器（数量可视公司的工作人员而定）与一个数据接收器，如此每个工作人员就可以配带一个测量芯片与发射器，而数据接收器便可以随时监控每个人的体温状况，当有人体温超过38℃，数据接收器便可以立即显示由那一个发射器发出，立刻做出适当的处理，并减低其它工作人员感染的危险。