侯龍?jiān)? 鄭亞寧 楊淏然 王如歌 張靖荷

摘要：智能小易是一個(gè)通過(guò)紅外線測(cè)溫儀以及警報(bào)裝置等組成的防疫機(jī)器人。在小易的頭部頂端安裝紅外測(cè)溫儀，按照通信協(xié)議編程后測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)將傳輸?shù)綑C(jī)器內(nèi)部，數(shù)據(jù)經(jīng)分析后將會(huì)對(duì)異常數(shù)據(jù)發(fā)出警報(bào);另外，系統(tǒng)采集到人物畫面的時(shí)候會(huì)使用人臉定位功能，識(shí)別普通人群圖片獲取相關(guān)信息，利用平臺(tái)的“人臉識(shí)別”功能，完成檢測(cè)接口的調(diào)用并獲取接口返回值，根據(jù)檢測(cè)的結(jié)果來(lái)觸發(fā)“未戴口罩”的警告。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人;防疫;紅外測(cè)溫儀;人臉識(shí)別;

1、簡(jiǎn)介

疫情發(fā)生的這兩年，所有的公共場(chǎng)合通道口都有測(cè)溫關(guān)卡，因此一時(shí)間需要大量測(cè)溫人員以及登記人員，但過(guò)多的工作人員無(wú)疑增加了接觸和感染的風(fēng)險(xiǎn)，而且完全的人工化工作也造成大量人力以及財(cái)力的支出，還容易出現(xiàn)遺漏和錯(cuò)檢的情況。

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

2、系統(tǒng)方案

現(xiàn)設(shè)計(jì)一款集口罩監(jiān)測(cè)，體溫測(cè)量，攔截異常人員以及自助消毒于一體的智能防疫機(jī)器人?？紤]到成本，芯片功能與硬件兼容性的問(wèn)題本產(chǎn)品將采用STM32芯片為產(chǎn)品核心來(lái)展開(kāi)。

a. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）攝像系統(tǒng)

使用可見(jiàn)光攝像頭對(duì)進(jìn)入公共場(chǎng)所的人員進(jìn)行人臉識(shí)別并檢測(cè)被測(cè)人員各種口罩是否佩戴，對(duì)未佩戴口罩、體溫異常人員進(jìn)行人臉識(shí)別。

（2）測(cè)溫系統(tǒng)

紅外攝像儀進(jìn)行對(duì)進(jìn)出入的人員通過(guò)紅外測(cè)體溫，排除各種氣候與環(huán)境因素的干擾，實(shí)時(shí)精準(zhǔn)測(cè)體溫，有效彌補(bǔ)人工監(jiān)控的不足。通過(guò)無(wú)接觸的方式，隨時(shí)掌握高危人群動(dòng)態(tài)，用科技化的手段防控疫情。實(shí)現(xiàn)密集、流動(dòng)、多人的測(cè)溫。

（3）攔截系統(tǒng)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手臂對(duì)未佩戴口罩的人員或口罩不合格人員及體溫異常人員進(jìn)行攔截，減少被感染病毒的風(fēng)險(xiǎn)

（4）支付系統(tǒng)

通過(guò)手機(jī)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(jù)用戶要求，口罩也可免費(fèi)提供）

（5）語(yǔ)音系統(tǒng)

語(yǔ)音提示，對(duì)未能通過(guò)的人員語(yǔ)音提示，并發(fā)出警報(bào)提示緊急處理人員對(duì)不達(dá)標(biāo)準(zhǔn)的人員進(jìn)行近一步的檢查或隔離。另外可以對(duì)人們進(jìn)行簡(jiǎn)單的防疫知識(shí)的解答，讓人們對(duì)疫情有更加深入的了解。

b. 模塊設(shè)計(jì)方案

（1）控制模塊設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的溫度采集機(jī)器人采用STM32F103C8T6作為主控器，Arduino作為輔助控制器.其內(nèi)部含有豐富的資源，如256k的Flash、48k的RAM、多個(gè)16 位的定時(shí)器、2個(gè)IIC 接口、5個(gè)串口、1個(gè)USB接口、51個(gè)通用I/O口等。如此豐富的資源可以簡(jiǎn)化外圍的硬件設(shè)計(jì)，方便數(shù)據(jù)的傳輸。與家族其他芯片相比較，其主要優(yōu)勢(shì)在于低廉的價(jià)格，同時(shí)相比 8 位單片機(jī)性能更優(yōu).并且較小的封裝體積可以進(jìn)一步縮小設(shè)備體積.主控制器通過(guò)串口與OpenMV和Arduino 進(jìn)行通信，收集并整合接收到的數(shù)據(jù)，通過(guò)控制器的解析算法，輸出相對(duì)應(yīng)的控制信號(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制.

OpenMV是一個(gè)開(kāi)源，低成本，功能強(qiáng)大的機(jī)器視覺(jué)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(yǔ)言高效地實(shí)現(xiàn)了核心機(jī)器視覺(jué)算法，提供Python編程接口。

視覺(jué)模塊與機(jī)械臂模塊由 STM32 進(jìn)行控制.在識(shí)別到體溫異常后，STM32 將視覺(jué)模塊接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，同時(shí)通過(guò)串口給 Arduino 發(fā)送處理好的數(shù)據(jù)。

（2）驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)

機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)STM32控制電機(jī)，然后電機(jī)帶動(dòng)履帶式傳送帶，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)溫機(jī)器人機(jī)械臂的快速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)前運(yùn)用于機(jī)器人的電機(jī)有伺服和步進(jìn) 2 種電機(jī)。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)復(fù)雜、價(jià)格昂貴，適用于大功率控制場(chǎng)合;步進(jìn)電機(jī)功率不夠大，但系統(tǒng)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。因此，采用步進(jìn)電機(jī)作為機(jī)器人機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的核心部件。

程序設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行硬件平臺(tái)的搭建和各個(gè)模塊的組裝。組裝機(jī)器人前，首先逐個(gè)檢查攝像頭、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、紅外傳感器等模塊的外觀是否完好、電路板有無(wú)虛焊等情況，然后通電測(cè)試各個(gè)模塊是否能正常工作，所有模塊通過(guò)檢測(cè)后，最后才能把它們組裝成一個(gè)整體。

（3）測(cè)溫模塊

該模塊以MLX90247熱電元件作為紅外感應(yīng)部分。輸出是被測(cè)物體溫度（TO）與傳感器自身溫度（Ta）共同作用的結(jié)果。該系列模塊精度可達(dá)±0.2℃，體積小巧，被測(cè)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(yīng)用環(huán)境。本產(chǎn)品使用紅外攝像儀進(jìn)行對(duì)進(jìn)出入的人員通過(guò)紅外測(cè)體溫，排除各種氣候與環(huán)境因素的干擾，實(shí)時(shí)精準(zhǔn)測(cè)體溫，有效彌補(bǔ)人工監(jiān)控的不足。

（4）攝像模塊

景物通過(guò)鏡頭（LENS）生成的光學(xué)圖像投射到圖像傳感器表面上，然后轉(zhuǎn)為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D（模數(shù)轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字圖像信號(hào)，再送到數(shù)字信號(hào)處理芯片（DSP）中加工處理，再通過(guò)USB接口傳輸?shù)诫娔X中處理，通過(guò)顯示器可以看到圖像。本產(chǎn)品使用可見(jiàn)光攝像頭對(duì)進(jìn)入公共場(chǎng)所的人員進(jìn)行人臉識(shí)別。

（5）語(yǔ)音模塊

語(yǔ)音模塊能夠?yàn)楦鞣N警報(bào)提示產(chǎn)品、電子產(chǎn)品等提供語(yǔ)音的錄制與播放，不僅使用起來(lái)極為方便，而且成本較低、運(yùn)行也穩(wěn)定可靠，并且在實(shí)際使用過(guò)程中能根據(jù)需要而重復(fù)錄音，具有多種應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。本產(chǎn)品可以對(duì)未能通過(guò)的人員語(yǔ)音提示，并發(fā)出警報(bào)提示緊急處理人員對(duì)不達(dá)標(biāo)準(zhǔn)的人員進(jìn)行近一步的檢查或隔離。

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