摘要：校園是人流聚集的高度密集區(qū)，因此對(duì)校內(nèi)人員的健康做好監(jiān)控工作非常重要，文章設(shè)計(jì)一個(gè)校園健康監(jiān)控智慧管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)由門禁終端和手機(jī)App組成，門禁終端安裝在教學(xué)樓、宿舍樓、圖書(shū)館、食堂等公共出入口，用于處理門禁狀態(tài)以及監(jiān)測(cè)體溫?cái)?shù)據(jù)，終端處理門禁狀態(tài)采用NFC技術(shù)，在所有公共出入口都要求人員刷卡并識(shí)別信息，刷卡同時(shí)要求人員靠近測(cè)量體溫，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳至互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，還可以通過(guò)手機(jī)App訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)得到終端監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)文章的研究，基本實(shí)現(xiàn)了上述功能，該研究為校園疫情防控提供了有效的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：微處理器；紅外測(cè)溫；NFC；GPRS

中圖分類號(hào)：TP391" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2025）16-0076-03

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)） 標(biāo)識(shí)碼（OSID）

0 引言

校園是人流聚集的高度密集區(qū)，因此對(duì)校內(nèi)人員的健康做好監(jiān)控工作非常重要，設(shè)計(jì)一款校園健康監(jiān)控智慧管理系統(tǒng)來(lái)有效做好校園健康監(jiān)控工作是一種十分重要的技術(shù)手段。校園健康智慧管理系統(tǒng)由門禁終端和手機(jī)App組成。門禁終端安裝在教學(xué)樓、宿舍樓、圖書(shū)館、食堂等公共出入口，當(dāng)學(xué)生進(jìn)入這些公共場(chǎng)所時(shí)，需要刷卡進(jìn)入，終端的NFC讀卡器識(shí)別持卡者信息，判斷是否為該校學(xué)生，無(wú)接觸測(cè)溫模塊同時(shí)檢測(cè)持卡者的體溫，終端將持卡者的個(gè)人信息、體溫等數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通信模塊與云端連接技術(shù)，上傳到云服務(wù)器，服務(wù)器將數(shù)據(jù)傳給持卡者手機(jī)App端實(shí)時(shí)查看這些信息。如果持卡者體溫正常，且是該校學(xué)生，終端語(yǔ)音模塊會(huì)提示可以進(jìn)入，并自動(dòng)開(kāi)放閘門。如果持卡者體溫出現(xiàn)異常，終端的語(yǔ)音模塊會(huì)報(bào)警提示，閘門不開(kāi)放，后臺(tái)管理者可以迅速搜索相關(guān)人群，對(duì)相應(yīng)人群采取有效管控，達(dá)到疫情防控的目的。實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集，如溫度、卡片信息等；整個(gè)過(guò)程采用無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器；支持現(xiàn)場(chǎng)語(yǔ)音報(bào)警以及遠(yuǎn)程報(bào)警；支持手機(jī)App查詢數(shù)據(jù)[1-2]。

1 硬件設(shè)計(jì)

在整個(gè)健康監(jiān)控管理系統(tǒng)終端電路圖中，模塊1硬件設(shè)計(jì)是32位微處理器STM32F103，這款單片機(jī)從成本、功耗和性能上來(lái)說(shuō)比較符合本次設(shè)計(jì)要求，單片機(jī)內(nèi)部RAM中包括有3路串行外設(shè)接口，可以保證單片機(jī)和外圍設(shè)備進(jìn)行通信，單片機(jī)內(nèi)部還含有由晶振Y1和兩個(gè)電容組成的時(shí)鐘模塊，主控單元還可以通過(guò)串行接口與NFC識(shí)別模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并使用串行命令進(jìn)行通信[3]。R1、C3構(gòu)成上電低電平復(fù)位電路；插座XP提供了SWD程序下載接口， U1引腳BOOT1、BOOT0外接公共端實(shí)現(xiàn)FLASH程序引導(dǎo)方式[4]。時(shí)鐘控制單元、復(fù)位控制單元、SWD調(diào)試接口，以及程序引導(dǎo)單元協(xié)同工作，構(gòu)成了微控制器的基礎(chǔ)應(yīng)用框架。

A5部分指的是MXL90614型號(hào)的紅外溫度感應(yīng)器，這種感應(yīng)器以其非接觸式測(cè)量和高精確度而受到青睞。MXL90614是一款經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的紅外溫度感應(yīng)器，具備UART通信接口，能夠與微控制器進(jìn)行串行數(shù)據(jù)交換。該感應(yīng)器支持9 600 bps和115 200 bps兩種通信速率，并提供連續(xù)數(shù)據(jù)輸出和按需查詢輸出兩種模式[5]。通過(guò)將MXL90614的TX、RX引腳與STM32微控制器的RX、TX引腳相連，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，從而獲取溫度測(cè)量值。A7部分描述的是伺服電機(jī)，這是一種帶有旋轉(zhuǎn)軸的小型設(shè)備。當(dāng)系統(tǒng)向伺服電機(jī)發(fā)送特定的控制信號(hào)時(shí)，其輸出軸會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)到預(yù)定位置。只要控制信號(hào)保持不變，伺服電機(jī)就能維持軸的當(dāng)前角度；若控制信號(hào)有所改變，輸出軸的位置也會(huì)相應(yīng)調(diào)整。

2 軟件設(shè)計(jì)

校園健康智慧管理系統(tǒng)終端包括系統(tǒng)資源分配、主程序、各模塊程序以及App的主程序，主要包括GPRS通信程序、溫度數(shù)據(jù)采集與處理程序、NFC程序。裝置上電后，系統(tǒng)進(jìn)入初始化函數(shù)，包括I/O口、定時(shí)器、延遲、串口、NFC讀卡器啟動(dòng)、WH-LTE-7S4 V2模塊等進(jìn)行初始化，其中WH-LTE-7S4 V2模塊初始化就是通過(guò)AT指令設(shè)置工作模式。按照服務(wù)器平臺(tái)的協(xié)議命令，由WH-LTE-7S4 V2模塊向服務(wù)器發(fā)送連接請(qǐng)求。整個(gè)系統(tǒng)初始化完成后，各個(gè)模塊進(jìn)入等待模式，NFC模塊檢測(cè)到卡片，對(duì)密鑰進(jìn)行比對(duì)，若比對(duì)成功，提示“刷卡成功”，并控制舵機(jī)進(jìn)行開(kāi)鎖，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，將溫度信息、卡片信息通過(guò)GPRS的網(wǎng)絡(luò)透?jìng)髂Ｊ街苯影l(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，不用做任何封裝處理和修改，方便進(jìn)行數(shù)據(jù)觀測(cè)[6-7]。若比對(duì)不成功，提示“您的身份異常，禁止入內(nèi)”。整個(gè)校園防疫智慧管理終端主程序流程圖如圖3所示。

NFC程序流程圖如圖4所示。NFC模塊的核心組件是PN532，其主要功能是在確保鎖具備安全性的同時(shí)，簡(jiǎn)化開(kāi)鎖過(guò)程[8]。PN532模塊通過(guò)電磁場(chǎng)發(fā)送信號(hào)來(lái)探測(cè)附近的NFC卡片，它具備一個(gè)內(nèi)置的休眠模式，需要在進(jìn)行讀寫(xiě)操作前激活PN532模塊（喚醒） 。當(dāng)有NFC功能的ID卡或電子設(shè)備進(jìn)入電磁場(chǎng)時(shí)，PN532會(huì)向STM32發(fā)送一個(gè)中斷信號(hào)，STM32隨即暫停當(dāng)前程序，以讀取卡片信息。一旦信息讀取完成，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸引腳（SDA） 和串行時(shí)鐘引腳將卡片數(shù)據(jù)傳輸?shù)筋A(yù)設(shè)的變量中，并與存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。如果比對(duì)成功，執(zhí)行開(kāi)鎖操作并返回響應(yīng)；如果比對(duì)失敗，則僅返回錯(cuò)誤信息。

App開(kāi)發(fā)流程圖如圖5所示，App程序設(shè)計(jì)采用Java語(yǔ)言在Android Studio平臺(tái)下編寫(xiě)[9]。App應(yīng)用程序分有登錄界面和狀態(tài)監(jiān)測(cè)界面。

3 制作與測(cè)試

根據(jù)設(shè)計(jì)需求制作實(shí)物，包括STM32F103最小系統(tǒng)、MLX90614紅外測(cè)溫模塊、NFC模塊、WH-LTE-7S4 V2模塊、MP3-TF-16P語(yǔ)音模塊、OLED顯示模塊。整個(gè)系統(tǒng)的終端可實(shí)現(xiàn)用卡片解鎖，將卡片放至刷卡位置，NFC模塊檢測(cè)到NFC卡片的靠近后，核對(duì)卡片的信息和數(shù)據(jù)庫(kù)里的信息，若比對(duì)成功則解鎖成功?？ㄆ怄i過(guò)程如圖6所示。

整個(gè)系統(tǒng)的終端亦可使用手機(jī)解鎖，將卡片復(fù)制到支持NFC技術(shù)的手機(jī)上，手機(jī)即擁有一張?zhí)摂M卡片，將手機(jī)靠近刷卡位置，同樣NFC模塊檢測(cè)到卡片后，核對(duì)完信息，比對(duì)成功即可解鎖，如圖7所示。將App下載安裝完之后，打開(kāi)App，出現(xiàn)登錄界面如圖8所示，輸入賬號(hào)和密碼之后，將自動(dòng)出現(xiàn)安裝智慧防疫管理系統(tǒng)的終端監(jiān)測(cè)點(diǎn)，點(diǎn)擊該監(jiān)測(cè)點(diǎn)，即可查詢?cè)摫O(jiān)測(cè)點(diǎn)的相關(guān)信息。

4 結(jié)束語(yǔ)

在本文設(shè)計(jì)過(guò)程中，按照校園健康智慧管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則完成了數(shù)據(jù)的采集、利用GPRS實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器、支持現(xiàn)場(chǎng)語(yǔ)音報(bào)警以及遠(yuǎn)程報(bào)警、支持手機(jī)App查詢等功能。對(duì)NFC的技術(shù)原理、工作模式等進(jìn)行了一定程度的研究后，搭建好平臺(tái)硬件，確定NFC芯片、微處理器等模塊之間的通信連接方式，實(shí)現(xiàn)用卡片和手機(jī)解除門禁，并可以在后臺(tái)記錄用戶的出入信息，門禁終端安裝在教學(xué)樓、宿舍樓、圖書(shū)館、食堂等公共出入口，識(shí)別進(jìn)入者的身份和相關(guān)信息，然后將持卡者的個(gè)人信息、體溫等數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通信模塊與云端連接技術(shù)，上傳到云服務(wù)器，服務(wù)器將數(shù)據(jù)傳給持卡者手機(jī)App端實(shí)時(shí)查看這些信息，基本實(shí)現(xiàn)了校園健康監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求，該系統(tǒng)還可以應(yīng)用在其他辦公場(chǎng)合，幫助公司對(duì)員工進(jìn)行健康監(jiān)控管理。

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