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원격측정 비콘 기능 결합한 BLE 기반 IR 체온계

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글/살릴 자인(Salil JAIN), 테크니컬 리더(Technical Leader),
     알록 쿠마르 미탈(Alok Kumar MITTAL), 그룹 매니저(Group Manager)
     ST마이크로일렉트로닉스

의료기기의 기술 발전은 기대 수명, 삶의 질, 진단 및 치료 향상뿐만 아니라 의료 시스템의 효율성과 경제성을 높이는 데도 크게 기여한다. 이러한 의료 기기의 종류는 아주 간단한 것부터 복잡한 프로그래머블 디바이스에 이르기까지 다양하다. 따라서 최첨단 의료기기일수록 비침투식(non-invasive)으로 사용할 수 있고, 비용 효율적이며, 회복 시간 단축할 수 있다는 점을 강점으로 내세운다. 최근 의료 업계에는 다양한 형태의 첨단 의료 기기들이 등장하고 있다. 이 글에서는 컴팩트한 설계와 사용 편의성을 앞세워 나날이 인기가 높아지고 있는 BLE(Bluetooth low energy) 기반 IR(적외선) 체온계에 대해 다루고자 한다.
BLE 기반 IR 체온계는 IR 온도 센서, MEMS 확장 카드(daughter card), USB로 구성되어 있다. 이 체온계는 IR 복사를 통해 온도를 검출하는 비침투형 체온계이다. 데이터 감지는 IR 센서에 의해 이루어지며, 이 센서는 적외선을 열 감지기에 쏘아 이를 전기 신호로 변환한다. 전기 신호의 크기는 투사된 적외선의 온도에 비례한다. 이 전기 신호는 비침투식으로 구한 체온이며, 침투식으로 구한 체온을 실제 심부 체온으로 봐야한다. 따라서 비침투식으로 구한 전기 신호에 대해 포스트 프로세싱을 수행하여 비침투식 및 시간적 오프셋을 보상하고 이를 심부 체온 값으로 변환한다.
그림 1은 디바이스가 데이터 로깅과 분석을 위해 안드로이드 스마트폰 및 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)와 통신할 수 있는 BLE, USB, 듀얼 EEPROM 기반의 보다 스마트(smart)’한 설계를 보여준다. 또한 MEMS 확장 카드와의 인터페이스도 가능하여 이를 통해 사용자가 온도, 대기압, 습도, 가속도 센서 데이터를 측정할 수 있다.

주요 기능

• 의료용 체온계
• 환경 센서 비콘
• 온도 로거
• USB OTG
• 배터리 충전

아키텍처 및 작동 원리

그림 2를 보면, 이 설계는 배터리 기반 휴대기기의 설계로 STM32L083Cxx를 채택하고 있다. 임베디드 데이터 EEPROM을 탑재한 울트라 저전력 ARM Cortex-M0+ 마이크로컨트롤러이다. 이 마이크로컨트롤러는 브라운아웃 리셋(Brown-Out-Reset) 기능이 있는 장치에서는 1.8V~3.6V 전원으로 동작하고(파워다운 시 1.65V), 브라운아웃 리셋 기능이 없는 장치에서는 1.65V~3.6V 전원으로 동작한다.
이 컨트롤러는 전류소모를 줄이기 위해 1MHz로 동작한다. 동작모드에서 전류 소모는 1mA~1.5mA이며, 정지 모드일 때 30μA로 낮아진다. 정지 모드 중에는 RTC가 지속적으로 작동해 컨트롤러를 기동시킨다. 기동 후 컨트롤러는 매 3초마다 BLE 애드버타이징 데이터를 업데이트하고 다시 정지 모드가 된다. 기기는 재충전 가능 리튬이온 배터리나 코인 전지를 사용해 작동시킬 수 있다.
BLE GATT(연결 상태)에는, 두 가지의 장치별 BLE 서비스가 제공된다.
ⓐ IR 온도 센서 데이터를 위한 표준 16비트 SIG 승인 체온계 서비스
ⓑ 온도, 대기압, 습도, 가속도 센서 데이터를 제공하는 MEMS 데이터용 128비트 맞춤형 서비스
안드로이드 애플리케이션은 이 두 서비스를 각각 분리하여 실행할 수 있다...(중략)