徐耀，劉步中，翟德超

（江蘇省中小企業(yè)電子產(chǎn)品工程技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心，江蘇淮安，223003）

在疫情期間，“健康碼”和當(dāng)前體溫是廣大群眾健康出行的重要“憑證”。而在學(xué)校、社區(qū)、車(chē)站、商場(chǎng)等人員相對(duì)密集、流動(dòng)性大的場(chǎng)所，傳統(tǒng)人工檢查健康碼、測(cè)量人體溫度，工作人員本身不但有感染風(fēng)險(xiǎn)，而且工作強(qiáng)度巨大。本文的設(shè)計(jì)中，用戶通過(guò)掃描或刷卡不同地點(diǎn)的門(mén)禁終端，實(shí)現(xiàn)自助登記、自動(dòng)比對(duì)、無(wú)接觸測(cè)溫，為疫情管理、科學(xué)決策做出支持。

1 終端系統(tǒng)總體要求

為比對(duì)人員的歷史行程并能夠適應(yīng)更多場(chǎng)景，系統(tǒng)要求能夠既能夠讀取健康碼等二維碼，又能夠讀取校園卡、小區(qū)門(mén)禁卡等射頻卡；針對(duì)體溫的檢測(cè)，既要保證測(cè)量的快速性、準(zhǔn)確性，又要防止交叉感染，要求“無(wú)接觸”測(cè)溫；為保證終端能夠?qū)崟r(shí)記錄、上傳測(cè)量、比對(duì)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)需要有WIFI 通信功能與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信；最后，還要有良好的交互界面體驗(yàn)。

2 終端系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總體要求，終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)了基于紅外體溫傳感器和單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一個(gè)非接觸式紅外測(cè)量體溫的終端系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有適用場(chǎng)景廣、測(cè)量精度高、測(cè)量速度快、交互性好等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)主要有單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、人體紅外感應(yīng)模塊、掃碼刷卡模塊、測(cè)溫模塊、顯示模塊、聲光報(bào)警模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、通信模塊和電源模塊等組成，如圖1 所示。

圖1 智能門(mén)禁終端系統(tǒng)硬件框圖

其中，掃碼模塊、測(cè)溫模塊、顯示模塊、WIFI 模塊均以UART(全雙工通用同步/異步串行收發(fā)模塊)方式與單片機(jī)芯片通信。

■2.1 單片機(jī)芯片選型

本終端系統(tǒng)采用的STC8A8K64S4A12S4 單片機(jī)，不需要外部晶振和外部復(fù)位，具有超強(qiáng)抗干擾、超低價(jià)、高速和低功耗，在相同工作頻率下，STC8 系列單片機(jī)比傳統(tǒng)的8051 約快12 倍。更重要的是，該系列 64 引腳封裝的單片機(jī)，具有4 路全雙工異步串行通信接口，每個(gè)串口的數(shù)據(jù)緩沖器由2 個(gè)互相獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器構(gòu)成，可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。4 路串口可以獨(dú)立與外圍串行模塊相連，也可以通過(guò)分時(shí)復(fù)用的方式讓一路串口與多個(gè)不同波特率的外圍串行模塊相連。而針對(duì)RS232 電平接口的外圍模塊，可以通過(guò)MAX232 芯片將其轉(zhuǎn)換成TTL 電平接口后與STC8A 相連。

■2.2 掃碼刷卡模塊選型

本終端系統(tǒng)采用HEM23 掃碼刷卡模塊，它可識(shí)讀各類(lèi)主流一維條形碼、標(biāo)準(zhǔn)二維條形碼和校園13.56MHz的NFC 卡，具有遠(yuǎn)距離快速掃描識(shí)別的嵌入式模塊，并且可以在室外陽(yáng)光下工作，內(nèi)部光學(xué)玻璃鏡頭掃碼角度超120度。多種接口如TTL、USB、RS232、RS485 等輸出，并可

對(duì)其波特率進(jìn)行設(shè)置。因傳輸?shù)木嚯x較近，因此本終端系統(tǒng)采用RS232 串行接口形式。

■2.3 測(cè)溫模塊選型

紅外體溫檢測(cè)模的主要功能是通過(guò)接收物體發(fā)射出的特定波長(zhǎng)段的紅外線的能量，來(lái)計(jì)算出被測(cè)物體的溫度。因防疫中測(cè)溫精度和速度的要求較高，本終端系統(tǒng)選用華芯智云的90614 型模組非接觸式紅外體溫模塊。該模塊采用了高精度16×4 點(diǎn)陣式多點(diǎn)測(cè)溫、RS232 串行數(shù)據(jù)接口，可以方便地將采集的溫度傳送給單片機(jī)。

■2.4 顯示模塊選型

顯示模塊采用迪文科技的7 寸串口電容觸摸屏DMG 10600C070，它是基于迪文T5 CPU的DGUS UI 開(kāi)發(fā)模式，開(kāi)發(fā)便捷。該屏分辨率為1024×600，并可以設(shè)置成旋轉(zhuǎn)0°、90°、180°或270°顯示模式，使得顯示非常方式非常靈活。亮度可進(jìn)行100 級(jí)亮度調(diào)節(jié)，但建議在30%以上亮度顯示，以防出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。信號(hào)接口為RS232 通過(guò)MAX232轉(zhuǎn)換后與STC8A的串口相連，波特率可設(shè)置在3150bps-3225600bps，典型值為115200bps。

■2.5 串口轉(zhuǎn)WIFI 透?jìng)髂K選型

本終端系統(tǒng)選用ATK-ESP8266 作為串口轉(zhuǎn)WIFI的模塊，STC8A 通過(guò)串口與該模塊直接相連，可以將采集的信息以無(wú)線的方式送出。它符合IEEE 802.11b、IEEE 802.11g和IEEE 802.11n 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)射功率11-18dbm，TTL 電平，波特率可在110bps～921600bps 間設(shè)置。

■2.6 人體紅外感應(yīng)模塊選型

為節(jié)省能源，需要在一定時(shí)間以上無(wú)人測(cè)量的時(shí)候讓系統(tǒng)待機(jī)，本終端中使用的人體紅外感應(yīng)模塊HC-SR501 是基于紅外線技術(shù)的自動(dòng)控制模塊，采用LHI778 探頭設(shè)計(jì)，靈敏度高，可靠性強(qiáng)，其工作電壓5V 即可，靜態(tài)電流小于50μA，可以感應(yīng)最遠(yuǎn)7 米、角度約100 度范圍內(nèi)的人。人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸出高電平，人離開(kāi)感應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平輸出低電平。STC8A 單片機(jī)則依此信號(hào)，來(lái)決策系統(tǒng)進(jìn)入或退出待機(jī)狀態(tài)。

3 軟件設(shè)計(jì)

本部分主要進(jìn)行系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì)和核心的溫度采集部分程序設(shè)計(jì)。

■3.1 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)終端系統(tǒng)總體要求，配合選用的硬件，設(shè)計(jì)了如圖2 所示的系統(tǒng)軟件流程圖。系統(tǒng)開(kāi)始并初始化后，通過(guò)人體紅外感應(yīng)模塊檢測(cè)終端前是否有人。當(dāng)終端前有人時(shí)，喚醒系統(tǒng)工作，并提醒人員提供健康碼或刷卡，根據(jù)讀取的健康碼或卡內(nèi)信息與上位機(jī)下發(fā)的行程、體溫等歷史記錄進(jìn)行匹配比對(duì)，如果終端前沒(méi)有人，則返回繼續(xù)檢測(cè)，而當(dāng)檢測(cè)到終端前長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有人時(shí)，則系統(tǒng)進(jìn)行待機(jī)狀態(tài)。如果實(shí)測(cè)人員歷史記錄正常，則提醒人員面朝測(cè)溫模塊約20-60cm 間測(cè)溫，如果歷史記錄不正常（如紅碼、行程中有異常）等，則聲光報(bào)警，提醒工作人員處置。檢測(cè)完健康碼或校園卡的歷史記錄后無(wú)論是否正常，都要在當(dāng)前站點(diǎn)測(cè)量體溫，當(dāng)體溫正常則打開(kāi)道閘后，顯示并上傳測(cè)溫站點(diǎn)、時(shí)間、人員、體溫等信息；如果體溫不正常，則聲光報(bào)警，同時(shí)仍然要顯示并上傳測(cè)溫站點(diǎn)、異常人員信息，并提醒決策機(jī)構(gòu)根據(jù)數(shù)據(jù)記錄快速查找密切接觸者。

圖2 終端系統(tǒng)軟件流程圖

■3.2 測(cè)溫模塊軟件設(shè)計(jì)

華芯智云的90614 型測(cè)溫模組是RS232 串行接口，當(dāng)主機(jī)（STC8A 單片機(jī)）發(fā)起測(cè)溫請(qǐng)求指令和從機(jī)（紅外體溫檢測(cè)模塊）回復(fù)指令如下：

（1）主機(jī)（STC8A 單片機(jī)）發(fā)起請(qǐng)求：

（2）從機(jī)（紅外體溫檢測(cè)模塊）回復(fù)：

主機(jī)（STC8A 單片機(jī)）的測(cè)溫模塊的軟件設(shè)計(jì)目的在于將主機(jī)請(qǐng)求的字符串?dāng)?shù)組（0x07 0x07 0Xaa 0x55）在需要的時(shí)候正確發(fā)出，然后將從機(jī)（紅外體溫檢測(cè)模塊）回復(fù)的字符串正確接收。

溫度檢測(cè)模塊的串口初始化程序如下：

4 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

本終端系統(tǒng)選用魚(yú)躍醫(yī)用紅外額溫槍YT-2 作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)參考值，實(shí)驗(yàn)方法是在相同條件下，用本終端系統(tǒng)與YT-2 對(duì)相同目標(biāo)進(jìn)行多次測(cè)溫對(duì)比，結(jié)果顯示精度可保持在± 0.3 度。同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)將測(cè)溫站點(diǎn)、時(shí)間、人員、體溫等信息通過(guò)WIFI 與上位機(jī)準(zhǔn)確無(wú)線通信，同時(shí)，迪文觸摸屏的使用使系統(tǒng)并具有良好的交互性。

5 結(jié)論

本終端系統(tǒng)以具有4 路獨(dú)立串行通信口的STC8A8K64 S4A12S4 單片機(jī)為核心器件，在非接觸狀態(tài)下，通過(guò)識(shí)別健康碼或校園卡對(duì)人員信息上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)中比對(duì)歷史行程，使用華芯智云的90614 型模塊測(cè)量人員的當(dāng)前體溫，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示、提醒，并可登記、上傳新產(chǎn)生的行程、數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，為疫情科學(xué)管理、精準(zhǔn)決策提供了數(shù)據(jù)支撐。