東南大學(xué)成賢學(xué)院電子與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院 陳 偉 杜德虎 王澤凱 何儒珉

2020年初爆發(fā)的新冠肺炎讓我們深刻認(rèn)識(shí)到檢測(cè)的重要性，所以做一個(gè)便捷校園體溫檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)測(cè)溫是有需求的。這個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)主要特點(diǎn)是基于emesp8266系列無(wú)線測(cè)溫模塊，使用了非手動(dòng)接觸紅外線的測(cè)溫方式，采用了emfrc522無(wú)線閱讀卡芯片系列，該芯片可用來(lái)識(shí)別不同的用戶。校園體溫檢測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)師生進(jìn)行身份識(shí)別和體溫測(cè)量，并將數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，通過(guò)客戶端查看。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

2020年初在我國(guó)發(fā)生了突如其來(lái)的新冠肺炎，及時(shí)找出不正常發(fā)熱的患者顯得尤為重要，尤其是在一些人流量密集的場(chǎng)所。故本項(xiàng)目針對(duì)學(xué)校的疫情防控提出了一個(gè)方案，以此來(lái)篩選和識(shí)別是否存在潛伏疫情以便及時(shí)地?cái)r截隱患。

本研究項(xiàng)目所要研究的主要是當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)中一些相關(guān)技術(shù)概念。物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)技術(shù)概念主要指的是人類利用智能射頻圖像識(shí)別（rfid）、紅外線圖像感應(yīng)器、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、激光圖像掃描器等各種智能信息傳感器和裝置，通過(guò)使用物聯(lián)網(wǎng)的各個(gè)域名，將實(shí)物與移動(dòng)端和互聯(lián)網(wǎng)相連和鏈接。學(xué)校這種人流流向相對(duì)固定，且身份易于識(shí)別的場(chǎng)合，該系統(tǒng)可以以較低的價(jià)格來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)人的體溫和身份識(shí)別，為學(xué)生提供一個(gè)實(shí)時(shí)檢測(cè)身體健康的方法。

2 方案設(shè)計(jì)

體溫檢測(cè)模塊和讀卡器模塊與主控模塊單片機(jī)連接，體溫檢測(cè)模塊使用MLX90614ESF-DCI-000-TU（I2C接口）作為紅外探頭，測(cè)量手腕處的溫度，紅外探頭連接到開發(fā)板，目的是收集體溫?cái)?shù)據(jù)，當(dāng)有學(xué)生在IC讀卡器上刷卡時(shí)檢測(cè)其手腕處體溫。讀卡模塊通過(guò)讀取IC卡，得到學(xué)生信息。ESP8266 nodeMCU單片機(jī)收集識(shí)別模塊與體溫檢測(cè)模塊的數(shù)據(jù)并通過(guò)WiFi模塊上傳到云端服務(wù)器。平臺(tái)記錄卡里的信息，識(shí)別體溫是否正常，并將測(cè)得的體溫?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)接脩舻腁PP里。用戶APP能夠?qū)崟r(shí)查詢和顯示體溫信息。若體溫高于設(shè)定值（即體溫高于38℃）觸發(fā)報(bào)警LED燈，燈閃爍，顯示危險(xiǎn)的體溫信息且APP向設(shè)備發(fā)送請(qǐng)求獲取異常人員卡信息。如圖1所示。

圖1 各系統(tǒng)模塊圖

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 主控模塊、WiFi模塊

esp8266系列無(wú)線模塊是安信可科技公司自主開發(fā)和設(shè)計(jì)的一系列具有高性價(jià)比WiFi soc模組。用戶既可以通過(guò)使用這個(gè)系列的模塊來(lái)為其中現(xiàn)有的設(shè)備增加互聯(lián)網(wǎng)的功能，也可以通過(guò)構(gòu)建獨(dú)立的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)利用WiFi進(jìn)行信號(hào)傳輸。通過(guò)其單片機(jī)自帶的WiFi智能化模塊將設(shè)備與阿里云平臺(tái)進(jìn)行連接。

3.2 體溫監(jiān)測(cè)模塊

體溫檢測(cè)模塊所使用的主要是兩個(gè)mlx90614esf-dci-000-tu（i2c紅外接口）作為紅外檢測(cè)探頭，連接到一個(gè)開發(fā)板上，收集體溫檢測(cè)監(jiān)控器的數(shù)據(jù)，它整合了紅外熱電堆感應(yīng)器與一款定制的信號(hào)調(diào)節(jié)芯片，可以用于測(cè)量-20～120℃的不同溫度變化區(qū)間，解析度的值為0.14℃。

3.3 讀卡模塊

mfrc522是目前廣泛應(yīng)用在13.56mHz非接觸式電子通訊設(shè)備中的一種高集成度電子閱讀卡和一系列存儲(chǔ)芯片的其中兩個(gè)一員。它與各個(gè)應(yīng)用主機(jī)間的串行通訊通信采用了主機(jī)連線時(shí)間數(shù)量較少的多種串行視訊通信，有利于盡量減少連線，縮小spcb板的占用體積，降低了生產(chǎn)成本。

4 程序分析及編程軟件的使用

在本文的一個(gè)應(yīng)用電路板中，單片式主機(jī)就是把它作為一個(gè)遠(yuǎn)程控制器直接嵌入到整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中，單片機(jī)自帶WiFi模塊，可以將接收到的體溫、身份等信息發(fā)送到平臺(tái)。應(yīng)用程序開發(fā)主要可以分為三個(gè)組成部分，即WiFi模塊、測(cè)溫模塊的應(yīng)用、身份識(shí)別模塊的開發(fā)。身份識(shí)別模塊是定義用戶卡號(hào)，使用讀卡器讀取用戶卡的信息并進(jìn)行顯示，然后通過(guò)自動(dòng)路由器與所有物聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)連接（將8266設(shè)置為設(shè)備sta連接模式，路由器自動(dòng)確認(rèn)所有設(shè)備目前是否已經(jīng)具有或者沒(méi)有任何網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)權(quán)限，認(rèn)證設(shè)備sta能不會(huì)直接訪問(wèn)物聯(lián)網(wǎng)路的沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)權(quán)限)，使得所有設(shè)備在進(jìn)行連接前先正確設(shè)定好網(wǎng)絡(luò)WiFi，再連上網(wǎng)絡(luò)blinker(blinker)這是一套非常專業(yè)且簡(jiǎn)單易用的專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用解決模式方案，跨設(shè)備硬件、跨服務(wù)平臺(tái)的專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用解決模式方案，提供設(shè)備APP端、設(shè)備端和客戶端主機(jī)端、服務(wù)器端和客戶端主機(jī)端技術(shù)支撐，使用公共云數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)）提供的MQTT服務(wù)器代理（因?yàn)檎{(diào)庫(kù)用到MQTT，且它是輕量級(jí)適宜單片機(jī)使用），通過(guò)代理向訂閱我們消息的阿里云服務(wù)器推送消息。如圖2所示。

圖2 各個(gè)模塊工作流程圖

5 調(diào)試和結(jié)果

WiFi模塊、平臺(tái)模塊、主控模塊、測(cè)溫模塊、身份識(shí)別模塊的應(yīng)用程序調(diào)試。用戶在刷卡的同時(shí)測(cè)量手腕處的體溫，通過(guò)測(cè)溫模塊將體溫?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)街骺啬KESP8266單片機(jī)上，再通過(guò)其自帶的WiFi模塊連接到阿里云平臺(tái)的后臺(tái)上傳數(shù)據(jù)，然后身份識(shí)別模塊識(shí)別身份卡數(shù)據(jù)，尋找到卡啟動(dòng)IIC獲取探頭數(shù)據(jù)5次求平均值輸出，結(jié)果通過(guò)MQTT協(xié)議上傳到blinker，blinker通過(guò)阿里云來(lái)完成通信。在blinker下建立APP，通過(guò)APP向設(shè)備請(qǐng)求數(shù)據(jù)，然后APP顯示體溫信息，延遲一秒上傳卡片信息，如果體溫高于38°，則燈會(huì)閃爍一次，顯示危險(xiǎn)的體溫信息且APP向設(shè)備發(fā)送請(qǐng)求獲取異常人員卡信息。

結(jié)論：本文主要介紹了基于ESP8266單片機(jī)與阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的校園體溫檢測(cè)系統(tǒng)。校園體溫檢測(cè)系統(tǒng)使用MLX90614ESFDCI-000-TU作為紅外探頭，連接到開發(fā)板上，收集體溫?cái)?shù)據(jù)，并通過(guò)LED燈顯示體溫是否正常（不正常為紅燈），通過(guò)讀取IC卡確定身份，并通過(guò)ESP8266單片機(jī)收集識(shí)別模塊與體溫檢測(cè)模塊的數(shù)據(jù)上傳到云端服務(wù)器。用戶可以通過(guò)APP實(shí)時(shí)查詢體溫信息。比起普通的體溫檢測(cè)系統(tǒng)，本項(xiàng)目存在更多的功能：身份的確認(rèn)、數(shù)據(jù)的記錄等，更加便捷。該系統(tǒng)可以以較低的價(jià)格來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)人的體溫檢測(cè)和身份識(shí)別。通過(guò)刷卡這一必須動(dòng)作來(lái)完成體溫的檢測(cè)，免去了昂貴的大范圍紅外測(cè)溫儀。本項(xiàng)目適用于大多數(shù)大中小學(xué)校，也可以拓展用于企事業(yè)單位等。