鞏文東，趙青龍，馮國俊，張博宇

（1.山東職業(yè)學(xué)院，山東 濟南 250304；2.青島百靈檢測有限公司，山東 青島 266041）

一、引言

疫情防控時期，在學(xué)校等有人員長期聚集生活的場所，需要每天對學(xué)生的體溫進行測量和記錄。按照規(guī)定，在進入教學(xué)樓、食堂等人群集中場合之前要進行體溫測量，目前采用的方法多是在教學(xué)樓、食堂等樓前設(shè)置集中測溫點，這種測溫方式檢測效率慢，經(jīng)常會導(dǎo)致人群擁堵，反而不利于疫情的防控[1]。

常規(guī)的接觸式的水銀體溫計等測溫儀器由于效率低，安全性和衛(wèi)生性較差，已經(jīng)逐漸被淘汰[2]。目前測溫儀器的發(fā)展方向以非接觸式測溫方式的智能化為主[3]，寧夏計量質(zhì)量檢驗檢測研究院的毛菊林等人研發(fā)了高速公路卡口疫情防控系統(tǒng)，可滿足高速公路開放式、低溫環(huán)境下，實現(xiàn)準確測溫[4]；南京理工大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院錢建軍等人研發(fā)了基于穩(wěn)健人臉感知方法的人體測溫系統(tǒng)，提高了溫度數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性[5]。

以上研究多側(cè)重于如何提高測溫裝置的精度，在大規(guī)模的測溫情境下，如何大幅度提高測溫效率，仍有待進一步的研究。本文設(shè)計的具有云端報警功能的分布式體溫監(jiān)測裝置由指紋模塊、紅外非接觸式測溫模塊、語音模塊、SD卡讀寫模塊、RFID校園卡識別模塊、WiFi模塊等部分組成，體積小并且可安裝至各個宿舍、自習(xí)室、實訓(xùn)室、教室、圖書館等場所進行分布式測溫，并將數(shù)據(jù)實時上傳到學(xué)校的云端服務(wù)器進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，發(fā)現(xiàn)異常體溫時實現(xiàn)云端報警。

二、硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

分布式體溫監(jiān)測裝置硬件結(jié)構(gòu)主要由指紋模塊、紅外非接觸式測溫模塊、語音模塊、存儲卡模塊、RFID模塊、WiFi模塊等部分組成，如圖1所示。

圖1 硬件結(jié)構(gòu)圖

模塊化的硬件結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品的快速迭代升級，同時在出現(xiàn)故障時，只需針對故障模塊進行測試分析，能夠有效的降低檢修工作量。

（一）控制器

控制器采用以主控芯片ATMEGA328P-AU為CPU的ARDUINONANOV3.0核心板，如圖2所示。

圖2 ARDUINO NANO V3.0

ARDUINONANOV3.0是一塊基于開放原始代碼的超小SIMPLE I/O平臺，采用ATMEGA328P-AU單片機，支持USB下載及供電，板子尺寸僅有18mm×43 mm。ARDUINONANOV3.0的技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 ARDUINO NANO V3.0的技術(shù)參數(shù)

（二）紅外測溫模塊

紅外測溫模塊的溫度傳感器采用MLX90614系列的GY-906，特點是體積小、質(zhì)量輕，傳感器溫度范圍-40-+125℃，測量時距離物體1cm的情況下，測量辨析度可達到0.02℃，可兼容SMBμs數(shù)字接口，采用標準I2C通信協(xié)議進行信息傳導(dǎo)，電源電壓為3V或5V。可以設(shè)置為節(jié)能工作模式以降低能耗。本文采用的紅外測溫模塊如圖3所示。

圖3 紅外測溫模塊

（三）指紋模塊

指紋識別模塊選用ALIENTEK公司出產(chǎn)的型號為AS608的高性能的光學(xué)指紋識別模塊，配備了串口、USB通訊接口，內(nèi)置DSP運算單元，集成了指紋識別算法，能高效快速采集指紋圖像并識別指紋特征。如圖4所示。

圖4 AS608指紋識別模塊

該模塊內(nèi)存可達8 MB，尺寸為57mm×28mm，安裝孔徑為3mm。功能參數(shù)如表2所示。

表2 AS608指紋識別模塊參數(shù)

（四）語音模塊

語音模塊選用 tts-syn6288，支持 GB2312、GBK、BIGS和UNICODE內(nèi)碼格式的文本?？珊铣扇我獾闹形奈谋荆瑫r支持英文字母的合成。可正確識別數(shù)值、號碼、時間日期及常用的度量符號，語音模塊如圖5所示。

圖5 tts-syn6288語音模塊

（五）WiFi模塊

采用ESP8266串口WiFi模塊，封裝尺寸小，僅有19mm×29mm。功耗低，支持LVTTL接口，兼容3.3V和5V單片機系統(tǒng)。支持標準的IEEE802.11b/g/n協(xié)議以及完整的TCP/IP協(xié)議。可聯(lián)網(wǎng)至校園無線網(wǎng)絡(luò)，將收集到的體溫數(shù)據(jù)發(fā)送到學(xué)校云端服務(wù)器。如圖6所示。

圖6 ESP8266開發(fā)板

（六）存儲卡模塊

采用SD卡讀寫模塊將采集到的體溫信息儲存下來，最長可保留半年的數(shù)據(jù)記錄，作為云服務(wù)器端突發(fā)故障時的數(shù)據(jù)備份。本文采用的SD卡讀寫模塊如圖7所示。

圖7 SD卡讀取模塊

（七）RFID模塊

指紋識別具有局限性，個別人的指紋較淺，特征不明顯，將導(dǎo)致指紋特征難以識別[6]，因此采用型號為SR-MU910B的高性能超高頻射頻識別模塊作為補充。RFID模塊利用無線射頻方式對校園卡進行讀寫，達到識別學(xué)生身份的目的，如圖8所示。

圖8 SR-MU910B高性能超高頻射頻識別模塊

三、軟件流程

分布式體溫檢測裝置在開機通電后首先進行各模塊的初始化，然后進入指紋識別或校園卡采集的等待狀態(tài)。如檢測到指紋，將識別指紋庫中對應(yīng)的身份，如果指紋無效將提示重新采集或刷校園卡；如檢測到校園卡，將識別校園卡的身份，如果無效將提示此卡無效，重新刷卡。指紋或校園卡識別成果則會進入紅外非接觸式測溫，需要被測人將手腕放置于距測溫點3cm以內(nèi)，測溫完成后將播報人員姓名及體溫，將數(shù)據(jù)存儲于內(nèi)存卡并通過WiFi模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至云端服務(wù)器，如果體溫異常將會在云端進行實時預(yù)警，軟件流程如圖9所示。

圖9 軟件流程圖

四、外殼3D建模設(shè)計

分布式體溫檢測裝置的外觀如圖10所示，外觀簡潔，正面有語音播報孔，指紋識別口，打卡區(qū)域；側(cè)面有產(chǎn)品開關(guān)，背面有安裝掛鉤等，分布合理。

圖10 產(chǎn)品外觀圖

產(chǎn)品尺寸為13.5×8.5×2.9cm，體積小，便于安裝。產(chǎn)品外殼采用Rhino6三維繪圖軟件進行建模，然后采用3D打印技術(shù)進行生產(chǎn)。內(nèi)部采用卡扣式設(shè)計，分為上下兩部分，如圖11所示。

圖11 外殼3D建模設(shè)計

五、云端數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

分布式的架構(gòu)容錯率高[7]，任何一個體溫檢測裝置損壞或者離線不會影響整個系統(tǒng)的正常運行。整個系統(tǒng)的架構(gòu)如圖12所示。

圖12 分布式體溫檢測架構(gòu)

學(xué)校的云端服務(wù)器采集到體溫數(shù)據(jù)后，會自動分析人員的體溫變化情況，并繪制相關(guān)統(tǒng)計圖，如圖13所示。

圖13 學(xué)生1第12周體溫數(shù)據(jù)

系統(tǒng)檢測到人員的測量體溫超過體溫預(yù)警溫度設(shè)定值后，將會觸發(fā)報警，提示學(xué)校管理人員進行體溫確認，并采取進一步的隔離等措施。

六、結(jié)語

分布式的測溫設(shè)計可以有效的克服集中檢測效率低的問題。任何一個體溫檢測裝置損壞或者離線不會影響整個系統(tǒng)的正常運行，提高了系統(tǒng)的可靠性。

云端報警功能可以使學(xué)校管理人員實時掌握學(xué)生發(fā)燒情況，能夠及時的進行隔離。數(shù)據(jù)可自動上報并生成報表，避免了日?，嵥榈氖謩由蠄篌w溫的流程。