高雪娟 董小倩 石萌 劉煒

摘? 要：考慮到公共場所人工測溫將會(huì)給工作人員帶來一定的安全隱患，文章提出將MLX90614紅外非接觸式溫度傳感器與Arduino UNO R3相結(jié)合，開發(fā)出一種功能可定制的智能體溫安檢系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠完成測溫和身份識(shí)別等功能，并根據(jù)檢測數(shù)據(jù)自動(dòng)控制閘門開合。通過無線傳輸，將檢測數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于OneNET云平臺(tái)并進(jìn)行分析，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制閘門的開合。系統(tǒng)實(shí)用效應(yīng)強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣，具有較好的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：體溫;MLX90614;安檢

中圖分類號(hào)：TP274? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）24-0171-04

Intelligent Temperature Security Verification System Based on MLX90614

GAO Xuejuan，DONG Xiaoqian，SHI Meng，LIU Wei

（School of Information Engineering，Shaanxi Xueqian Normal University，Xian 710100，China）

Abstract：Considering that manual temperature measurement in public places will bring a certain security threat to staff，this paper proposes to develop an intelligent temperature security verification system with customizable functions by combining MLX90614 infrared non-contact temperature sensor with Arduino UNO R3. The system can complete the functions of temperature measurement and identity recognition，and automatically control the opening and closing of the gate according to the detected data. Through wireless transmission，the detected data is stored in the OneNet cloud platform and is analyzed，which can realize the remote automatic control of the opening and closing of the gate. The system has strong practical effect，wide application range and good promotion value.

Keywords：body temperature;MLX90614;security verification

0? 引? 言

在人群密集場所，體溫檢測是保證人群健康安全的有效措施。疫情背景下，人們進(jìn)入地鐵、公交、機(jī)場、學(xué)校、商場、醫(yī)院等公共場所前，都需要體溫檢測。體溫超過37.30 ℃是發(fā)現(xiàn)疑似新型冠狀病毒感染者的指標(biāo)。測溫槍人工檢測的方式不僅檢測效率低，還給操作人員自身安全帶來威脅[1，2]，非接觸式智能體溫安檢系統(tǒng)可有效解決這個(gè)問題。MLX90614是非接觸式紅外溫度傳感器，檢測實(shí)時(shí)性強(qiáng)，工作溫度范圍為-40.00 ℃～+125.00 ℃，分辨率為0.02 ℃，精度可達(dá)±1.00 ℃，滿足非接觸式智能體溫安檢系統(tǒng)的性能需求。

1? 系統(tǒng)功能說明

系統(tǒng)檢測目標(biāo)為人體，當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入檢測區(qū)域，系統(tǒng)能夠獲取檢測目標(biāo)體溫?cái)?shù)據(jù)。如圖1所示，左邊功能區(qū)為系統(tǒng)基本配置。右側(cè)虛線框中功能區(qū)為選配區(qū)。圖1中圓角矩形表示功能模塊，直角矩形表示功能實(shí)現(xiàn)函數(shù)。

1.1? 系統(tǒng)基本功能

在僅需要檢測體溫、發(fā)現(xiàn)體溫異常的對(duì)象時(shí)，可選用“基本功能”。如果被測對(duì)象體溫超過37.30 ℃，LED屏顯示體溫，系統(tǒng)發(fā)出紅燈警報(bào)，并播報(bào)測量數(shù)據(jù)，等待工作人員對(duì)系統(tǒng)復(fù)位。否則，系統(tǒng)指示燈顯示綠燈，并在LED屏顯示體溫。

1.2? 體溫控制通道閘

在需要根據(jù)檢測對(duì)象體溫自動(dòng)控制通道閘的情況下，可選用“體溫控制通道閘功能”。如果被測對(duì)象體溫超過37.30 ℃，LED屏顯示體溫，系統(tǒng)發(fā)出紅燈警報(bào)，并播報(bào)測量數(shù)據(jù)，關(guān)閉通道閘，等待工作人員對(duì)系統(tǒng)復(fù)位。否則，系統(tǒng)指示燈顯示綠燈，并在LED屏顯示體溫，打開通道閘。

1.3? 人臉識(shí)別+體溫檢測控制通道閘

在需要驗(yàn)證身份并根據(jù)檢測對(duì)象體溫自動(dòng)控制通道閘的情況下，比如單位門禁系統(tǒng)，可選用“人臉識(shí)別+體溫檢測控制通道閘”功能。首先通過人臉識(shí)別系統(tǒng)驗(yàn)證被檢測對(duì)象身份，識(shí)別成功，再檢測被測對(duì)象體溫。如果被測對(duì)象體溫超過37.30 ℃，LED屏顯示體溫，系統(tǒng)發(fā)出紅燈警報(bào)，并播報(bào)測量數(shù)據(jù)，關(guān)閉通道閘，等待工作人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位。否則，系統(tǒng)指示燈顯示綠燈，并在LED屏顯示體溫，打開通道閘。

1.4? RFID身份識(shí)別+體溫檢測+智能付費(fèi)控制通道閘

在需要檢測被測對(duì)象體溫、刷卡驗(yàn)證身份，若體溫正常并且身份驗(yàn)證成功，扣除RFID卡內(nèi)金額，扣費(fèi)完畢打開通道閘的情況下，比如進(jìn)入員工餐廳的自助餐區(qū)域，可選用“RFID身份識(shí)別+體溫檢測+智能付費(fèi)控制通道閘”功能。首先檢測被測對(duì)象體溫，并通過讀RFID卡驗(yàn)證被檢測對(duì)象身份，如果識(shí)別成功并且被測對(duì)象體溫低于37.30 ℃，則通過RFID卡扣費(fèi)，系統(tǒng)指示燈顯示綠燈，并在LED屏顯示體溫，打開通道閘;否則，若被測對(duì)象體溫高于37.30 ℃，LED屏顯示體溫，系統(tǒng)發(fā)出紅燈警報(bào)，并播報(bào)測量數(shù)據(jù)，關(guān)閉通道閘，等待工作人員對(duì)系統(tǒng)復(fù)位;若判定身份無法識(shí)別或扣費(fèi)金額不足，語音播報(bào)“請(qǐng)等待工作人員”，系統(tǒng)發(fā)出紅燈警報(bào)，并播報(bào)測量數(shù)據(jù)，關(guān)閉通道閘，等待工作人員對(duì)系統(tǒng)復(fù)位。

1.5? 云端控制

在需要遠(yuǎn)程修改測溫?cái)?shù)據(jù)基準(zhǔn)，記錄被檢測人體溫?cái)?shù)據(jù)，根據(jù)體溫?cái)?shù)據(jù)關(guān)閉通道閘，或者需要遠(yuǎn)程對(duì)智能體溫安檢系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位的情況下，可選用“云端控制”功能。系統(tǒng)通過無線通信模塊ESP8266 01S連接Internet，檢測數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上傳至OneNET云平臺(tái)，完成數(shù)據(jù)記錄和分析。不僅可根據(jù)溫度數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程關(guān)閉通道閘或設(shè)置系統(tǒng)各種參數(shù)，還可以根據(jù)記錄數(shù)據(jù)分析各時(shí)段通道人流量等信息。

2? 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖2所示，控制模塊選用性價(jià)比高、便于安裝的Arduino UNO R3、紅外測溫模塊采用MLX90614紅外非接觸溫度傳感器[3]?；九渲弥袃H包括人機(jī)交互模塊，實(shí)現(xiàn)溫度采集和警示。人機(jī)交互模塊中包括用于顯示檢測體溫的LED1602顯示屏，顯示控制芯片采用ST7920，用于指示正常溫度的綠色指示燈和警示異常溫度的紅色指示燈，用于溫度超標(biāo)提示的語音設(shè)備TTS-SYN6288，用于系統(tǒng)基本檢測溫度設(shè)置和系統(tǒng)復(fù)位的按鍵（Arduino UNO R3內(nèi)置）。選配模塊包括無線通信模塊ESP8266 01S、用于身份識(shí)別和自動(dòng)扣費(fèi)的RFID模塊SR-MU910B、用于超溫抓拍和身份識(shí)別的拍照模組IVG-85HF30PS-S、通道閘門選用DR.TD.6653或根據(jù)應(yīng)用場景選配。圖2中虛線部分為選配模塊，有向箭頭為數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)方向。

系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制平臺(tái)選用中國移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)OneNET平臺(tái)[4]，平臺(tái)提供設(shè)備全生命周期管理相關(guān)工具，幫助個(gè)人和企業(yè)快速實(shí)現(xiàn)大規(guī)模設(shè)備的云端管理;開放第三方API接口，推進(jìn)個(gè)性化應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建;提供定制化“和物”APP，加速個(gè)性化智能應(yīng)用生成，可快速定制手機(jī)端或Web端系統(tǒng)管理軟件。數(shù)據(jù)通過無線通信模塊連接到OneNET云平臺(tái)，無線通信模塊可以充當(dāng)一個(gè)站點(diǎn)SP，也可以是AP接入點(diǎn)，可以連接手機(jī)，路由器等無線通信設(shè)備，通過TCP透傳協(xié)議，采集數(shù)據(jù)可上行至平臺(tái)，指令可下行至系統(tǒng)。在腳本文件中，數(shù)據(jù)上行可調(diào)用函數(shù)add_val（t，”Temp_Pocket2”，a，dev：bytes（1，2））;數(shù)據(jù)下行可通過dev：send（“close”）返回平臺(tái)數(shù)據(jù)。在WiFi.h中，將Wi-Fi名稱、密碼及OneNET平臺(tái)賬號(hào)識(shí)別碼（*產(chǎn)品ID#鑒權(quán)信息#腳本名稱*）進(jìn)行準(zhǔn)確定義。

3? 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1? 基本功能設(shè)計(jì)

軟件部分主要包含：對(duì)Arduino UNO R3的I/O口進(jìn)行初始化、溫度檢測、溫度顯示、溫度判斷、指示燈亮、異常報(bào)警。在獲取溫度時(shí)，可采取短時(shí)間多次測溫，取溫度均值的方式[5]。系統(tǒng)流程如圖3所示。

3.2? 增強(qiáng)功能設(shè)計(jì)

增強(qiáng)功能主要是在基本功能的基礎(chǔ)上加入道閘控制功能。道閘是否打開，可根據(jù)體溫（+身份識(shí)別或扣費(fèi)是否成功）來決定。并且，身份信息和體溫將被無線通信設(shè)備通過EDP協(xié)議上傳至OneNet云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控分析和遠(yuǎn)程自動(dòng)（或手動(dòng)）控制道閘。系統(tǒng)流程如圖4所示，向云平臺(tái)發(fā)送的數(shù)據(jù)將被存儲(chǔ)、處理，并自動(dòng)形成云端預(yù)警信息，發(fā)送給相關(guān)人員，并遠(yuǎn)程發(fā)送閘機(jī)關(guān)閉、紅燈顯示、語音播報(bào)體溫、LED體溫顯示信號(hào)，等到工作人員處理和系統(tǒng)復(fù)位。

3.3? 主要功能模塊代碼實(shí)現(xiàn)

3.3.1? 自動(dòng)采集溫度控制通道閘

mlx.readObjectTempC（）函數(shù)，讀取溫度值，判斷被測人的體溫情況控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng);對(duì)Arduino UNO R311號(hào)引腳接入LED紅燈，當(dāng)處于LOW時(shí)，低電平觸發(fā)，紅燈亮;處于HIGH時(shí)，高電平觸發(fā)，紅燈滅;通過for循環(huán)來產(chǎn)生PWM脈沖個(gè)數(shù)，從而控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。代碼為：

if（mlx.readObjectTempC（）>37.3||mlx.readObjectTempC （）<=30）//判斷溫度

{

if（mlx.readObjectTempC（）>37.3）

{

digitalWrite（11，LOW）;//低電平觸發(fā)，紅燈亮

delay（1000）;

}

else{

digitalWrite（11，HIGH）;//低電平觸發(fā)，紅燈滅

delay（1000）;

}

for（int i=0;i<=50;i++） //產(chǎn)生PWM個(gè)數(shù)，等效延時(shí)以保證能轉(zhuǎn)到響應(yīng)角度

{

servopulse（servopin，0）;//模擬產(chǎn)生PWM

}

}

else{

digitalWrite（11，HIGH）;//低電平觸發(fā)，紅燈滅

delay（1000）;

for（int i=0;i<=50;i++） //產(chǎn)生PWM個(gè)數(shù)，等效延時(shí)以保證能轉(zhuǎn)到響應(yīng)角度

{

servopulse（servopin，90）;//模擬產(chǎn)生PWM

}

}

3.3.2? 溫度上傳至串口監(jiān)視器

系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，可用上位機(jī)串口監(jiān)視器查看溫度檢測值。將紅外測溫傳感器所測量的溫度通過調(diào)用函數(shù)傳輸?shù)酱诒O(jiān)視器，代碼為：

Serial.print（"Ambient = "）; Serial.print（mlx.readAmbient TempC（））;

Serial.print（"*C＼tObject = "）; Serial.print（mlx.readObject TempC（））; Serial.println（"*C"）;

3.3.3? LED溫度顯示

將紅外測溫傳感器所測量的溫度顯示在LED屏上，代碼為：

float obj_temp = mlx.readObjectTempC（）;

int temp[4] = {0，0，0，0};

temp[0] = int（obj_temp）/10;? ? ?//十位

temp[1] = int（obj_temp）%10;? ? ?//個(gè)位

temp[2] = int（obj_temp*10+0.5）%10;? //做四舍五入?yún)^(qū)小數(shù)點(diǎn)后一位

Write_1621_data（0，0x00）;

Write_1621_data（1，0x00）;

Write_1621_data（2，num[temp[0]]|0x10）;? ?//顯示十位，顯示°

Write_1621_data（3，num[temp[1]]）;? ? ? //顯示個(gè)位

Write_1621_data（4，num[temp[2]]|0x10）;? ? ?//顯示小數(shù)點(diǎn)后1位

Write_1621_data（5，0xe1）;? //顯示C

delay（1000）;

4? 系統(tǒng)性能測試

系統(tǒng)模型如圖5所示。為了測試本系統(tǒng)的測溫準(zhǔn)確性，采用傳統(tǒng)體溫計(jì)和本系統(tǒng)分別對(duì)5人進(jìn)行早、中、晚測溫，發(fā)現(xiàn)本系統(tǒng)測溫和傳統(tǒng)溫度計(jì)測量數(shù)據(jù)相差±0.20 ℃，并且，傳統(tǒng)體溫計(jì)測量體溫大致需要4～5分鐘，本系統(tǒng)僅需1～2秒，并能完成溫度顯示、綠燈亮燈或紅燈閃爍并播報(bào)溫度的操作。對(duì)于增強(qiáng)版系統(tǒng)，系統(tǒng)和云端的連接速度受無線通信信號(hào)強(qiáng)弱影響，穩(wěn)定的信號(hào)是系統(tǒng)迅速反應(yīng)的先決條件。正常情況下，異常發(fā)生，云端遠(yuǎn)程發(fā)送溫度報(bào)警信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間小于3秒。

5? 結(jié)? 論

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于MLX90614紅外非接觸溫度傳感器的智能體溫安檢系統(tǒng)，可自動(dòng)檢測通過安檢系統(tǒng)人群的體溫，并實(shí)現(xiàn)異常體溫報(bào)警。系統(tǒng)功能可根據(jù)用戶需求進(jìn)行定制，用戶若選擇系統(tǒng)中RFID身份識(shí)別或者人臉識(shí)別功能，就可以將系統(tǒng)應(yīng)用于門禁等場所，完成員工或?qū)W生的體溫自動(dòng)上報(bào);用戶若選擇系統(tǒng)中RFID身份識(shí)別+扣費(fèi)功能，即可將系統(tǒng)應(yīng)用于教工食堂安全就餐等場景。云平臺(tái)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析，給本系統(tǒng)功能升級(jí)提供了多種可能性。

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作者簡介：高雪娟（2001—），女，漢族，陜西渭南人，本科在讀;研究方向：物聯(lián)網(wǎng)工程;董小倩（2000—），女，漢族，陜西咸陽人，本科在讀;石萌（1998—），男，漢族，陜西商洛人，本科在讀;研究方向：物聯(lián)網(wǎng)工程;通訊作者：劉煒（1976—），女，漢族，陜西三原，副教授，博士，主要研究方向：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)和STEAM教育。