侯龍云 鄭亞寧 楊淏然 王如歌 張靖荷

摘要：智能小易是一個通過紅外線測溫儀以及警報裝置等組成的防疫機器人。在小易的頭部頂端安裝紅外測溫儀，按照通信協議編程后測溫數據將傳輸到機器內部，數據經分析后將會對異常數據發(fā)出警報;另外，系統采集到人物畫面的時候會使用人臉定位功能，識別普通人群圖片獲取相關信息，利用平臺的“人臉識別”功能，完成檢測接口的調用并獲取接口返回值，根據檢測的結果來觸發(fā)“未戴口罩”的警告。

關鍵詞：機器人;防疫;紅外測溫儀;人臉識別;

1、簡介

疫情發(fā)生的這兩年，所有的公共場合通道口都有測溫關卡，因此一時間需要大量測溫人員以及登記人員，但過多的工作人員無疑增加了接觸和感染的風險，而且完全的人工化工作也造成大量人力以及財力的支出，還容易出現遺漏和錯檢的情況。

對于非一線民眾來說，出門戴口罩是降低被傳染新冠肺炎的有效措施之一。同時，本裝置擁有攔截功能以及警報功能，能對疑似人群進行攔截警報，也可以通知工作人員其進行深層次人工檢測或上報對該方式進行解決，更好地關注到體溫不正常的情況，更簡短有力地進行排查監(jiān)控。利用設備的監(jiān)控裝置發(fā)現人群是否佩戴口罩也是智能小易的功能之一。

2、系統方案

現設計一款集口罩監(jiān)測，體溫測量，攔截異常人員以及自助消毒于一體的智能防疫機器人。考慮到成本，芯片功能與硬件兼容性的問題本產品將采用STM32芯片為產品核心來展開。

a. 系統結構

（1）攝像系統

使用可見光攝像頭對進入公共場所的人員進行人臉識別并檢測被測人員各種口罩是否佩戴，對未佩戴口罩、體溫異常人員進行人臉識別。

（2）測溫系統

紅外攝像儀進行對進出入的人員通過紅外測體溫，排除各種氣候與環(huán)境因素的干擾，實時精準測體溫，有效彌補人工監(jiān)控的不足。通過無接觸的方式，隨時掌握高危人群動態(tài)，用科技化的手段防控疫情。實現密集、流動、多人的測溫。

（3）攔截系統

電機驅動機器人手臂對未佩戴口罩的人員或口罩不合格人員及體溫異常人員進行攔截，減少被感染病毒的風險

（4）支付系統

通過手機支付掃二維碼，為未佩戴口罩的人員提供口罩，為人們提供方便。（根據用戶要求，口罩也可免費提供）

（5）語音系統

語音提示，對未能通過的人員語音提示，并發(fā)出警報提示緊急處理人員對不達標準的人員進行近一步的檢查或隔離。另外可以對人們進行簡單的防疫知識的解答，讓人們對疫情有更加深入的了解。

b. 模塊設計方案

（1）控制模塊設計

本文所設計的溫度采集機器人采用STM32F103C8T6作為主控器，Arduino作為輔助控制器.其內部含有豐富的資源，如256k的Flash、48k的RAM、多個16 位的定時器、2個IIC 接口、5個串口、1個USB接口、51個通用I/O口等。如此豐富的資源可以簡化外圍的硬件設計，方便數據的傳輸。與家族其他芯片相比較，其主要優(yōu)勢在于低廉的價格，同時相比 8 位單片機性能更優(yōu).并且較小的封裝體積可以進一步縮小設備體積.主控制器通過串口與OpenMV和Arduino 進行通信，收集并整合接收到的數據，通過控制器的解析算法，輸出相對應的控制信號，來實現對機器人的控制.

OpenMV是一個開源，低成本，功能強大的機器視覺模塊。以STM32F427CPU為核心，集成了OV7725攝像頭芯片，在小巧的硬件模塊上，用C語言高效地實現了核心機器視覺算法，提供Python編程接口。

視覺模塊與機械臂模塊由 STM32 進行控制.在識別到體溫異常后，STM32 將視覺模塊接收到的數據進行處理，對機械臂的運動進行控制，同時通過串口給 Arduino 發(fā)送處理好的數據。

（2）驅動模塊設計

機器人運動時，通過STM32控制電機，然后電機帶動履帶式傳送帶，從而實現測溫機器人機械臂的快速運動。當前運用于機器人的電機有伺服和步進 2 種電機。伺服電機驅動復雜、價格昂貴，適用于大功率控制場合;步進電機功率不夠大，但系統簡單，價格便宜。因此，采用步進電機作為機器人機械臂運動系統的核心部件。

程序設計完成后，進行硬件平臺的搭建和各個模塊的組裝。組裝機器人前，首先逐個檢查攝像頭、電機驅動、紅外傳感器等模塊的外觀是否完好、電路板有無虛焊等情況，然后通電測試各個模塊是否能正常工作，所有模塊通過檢測后，最后才能把它們組裝成一個整體。

（3）測溫模塊

該模塊以MLX90247熱電元件作為紅外感應部分。輸出是被測物體溫度（TO）與傳感器自身溫度（Ta）共同作用的結果。該系列模塊精度可達±0.2℃，體積小巧，被測物體和環(huán)境溫度能分雙通道輸出，有多種輸出方式：模擬線性輸出、PWM輸出、可編程SPI輸出等，適于多種應用環(huán)境。本產品使用紅外攝像儀進行對進出入的人員通過紅外測體溫，排除各種氣候與環(huán)境因素的干擾，實時精準測體溫，有效彌補人工監(jiān)控的不足。

（4）攝像模塊

景物通過鏡頭（LENS）生成的光學圖像投射到圖像傳感器表面上，然后轉為電信號，經過A/D（模數轉換）轉換后變?yōu)閿底謭D像信號，再送到數字信號處理芯片（DSP）中加工處理，再通過USB接口傳輸到電腦中處理，通過顯示器可以看到圖像。本產品使用可見光攝像頭對進入公共場所的人員進行人臉識別。

（5）語音模塊

語音模塊能夠為各種警報提示產品、電子產品等提供語音的錄制與播放，不僅使用起來極為方便，而且成本較低、運行也穩(wěn)定可靠，并且在實際使用過程中能根據需要而重復錄音，具有多種應用優(yōu)勢。本產品可以對未能通過的人員語音提示，并發(fā)出警報提示緊急處理人員對不達標準的人員進行近一步的檢查或隔離。

參考文獻

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