基于MLX90614的智能體溫安檢系統(tǒng)

高雪娟 董小倩 石萌 劉煒

摘? 要：考慮到公共場所人工測溫將會給工作人員帶來一定的安全隱患，文章提出將MLX90614紅外非接觸式溫度傳感器與Arduino UNO R3相結合，開發(fā)出一種功能可定制的智能體溫安檢系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠完成測溫和身份識別等功能，并根據檢測數據自動控制閘門開合。通過無線傳輸，將檢測數據存儲于OneNET云平臺并進行分析，可實現遠程自動控制閘門的開合。系統(tǒng)實用效應強，應用范圍廣，具有較好的推廣價值。

關鍵詞：體溫;MLX90614;安檢

中圖分類號：TP274? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）24-0171-04

Intelligent Temperature Security Verification System Based on MLX90614

GAO Xuejuan，DONG Xiaoqian，SHI Meng，LIU Wei

（School of Information Engineering，Shaanxi Xueqian Normal University，Xian 710100，China）

Abstract：Considering that manual temperature measurement in public places will bring a certain security threat to staff，this paper proposes to develop an intelligent temperature security verification system with customizable functions by combining MLX90614 infrared non-contact temperature sensor with Arduino UNO R3. The system can complete the functions of temperature measurement and identity recognition，and automatically control the opening and closing of the gate according to the detected data. Through wireless transmission，the detected data is stored in the OneNet cloud platform and is analyzed，which can realize the remote automatic control of the opening and closing of the gate. The system has strong practical effect，wide application range and good promotion value.

Keywords：body temperature;MLX90614;security verification

0? 引? 言

在人群密集場所，體溫檢測是保證人群健康安全的有效措施。疫情背景下，人們進入地鐵、公交、機場、學校、商場、醫(yī)院等公共場所前，都需要體溫檢測。體溫超過37.30 ℃是發(fā)現疑似新型冠狀病毒感染者的指標。測溫槍人工檢測的方式不僅檢測效率低，還給操作人員自身安全帶來威脅[1，2]，非接觸式智能體溫安檢系統(tǒng)可有效解決這個問題。MLX90614是非接觸式紅外溫度傳感器，檢測實時性強，工作溫度范圍為-40.00 ℃～+125.00 ℃，分辨率為0.02 ℃，精度可達±1.00 ℃，滿足非接觸式智能體溫安檢系統(tǒng)的性能需求。

1? 系統(tǒng)功能說明

系統(tǒng)檢測目標為人體，當目標進入檢測區(qū)域，系統(tǒng)能夠獲取檢測目標體溫數據。如圖1所示，左邊功能區(qū)為系統(tǒng)基本配置。右側虛線框中功能區(qū)為選配區(qū)。圖1中圓角矩形表示功能模塊，直角矩形表示功能實現函數。

1.1? 系統(tǒng)基本功能

在僅需要檢測體溫、發(fā)現體溫異常的對象時，可選用“基本功能”。如果被測對象體溫超過37.30 ℃，LED屏顯示體溫，系統(tǒng)發(fā)出紅燈警報，并播報測量數據，等待工作人員對系統(tǒng)復位。否則，系統(tǒng)指示燈顯示綠燈，并在LED屏顯示體溫。

1.2? 體溫控制通道閘

在需要根據檢測對象體溫自動控制通道閘的情況下，可選用“體溫控制通道閘功能”。如果被測對象體溫超過37.30 ℃，LED屏顯示體溫，系統(tǒng)發(fā)出紅燈警報，并播報測量數據，關閉通道閘，等待工作人員對系統(tǒng)復位。否則，系統(tǒng)指示燈顯示綠燈，并在LED屏顯示體溫，打開通道閘。

1.3? 人臉識別+體溫檢測控制通道閘

在需要驗證身份并根據檢測對象體溫自動控制通道閘的情況下，比如單位門禁系統(tǒng)，可選用“人臉識別+體溫檢測控制通道閘”功能。首先通過人臉識別系統(tǒng)驗證被檢測對象身份，識別成功，再檢測被測對象體溫。如果被測對象體溫超過37.30 ℃，LED屏顯示體溫，系統(tǒng)發(fā)出紅燈警報，并播報測量數據，關閉通道閘，等待工作人員對系統(tǒng)進行復位。否則，系統(tǒng)指示燈顯示綠燈，并在LED屏顯示體溫，打開通道閘。

1.4? RFID身份識別+體溫檢測+智能付費控制通道閘

在需要檢測被測對象體溫、刷卡驗證身份，若體溫正常并且身份驗證成功，扣除RFID卡內金額，扣費完畢打開通道閘的情況下，比如進入員工餐廳的自助餐區(qū)域，可選用“RFID身份識別+體溫檢測+智能付費控制通道閘”功能。首先檢測被測對象體溫，并通過讀RFID卡驗證被檢測對象身份，如果識別成功并且被測對象體溫低于37.30 ℃，則通過RFID卡扣費，系統(tǒng)指示燈顯示綠燈，并在LED屏顯示體溫，打開通道閘;否則，若被測對象體溫高于37.30 ℃，LED屏顯示體溫，系統(tǒng)發(fā)出紅燈警報，并播報測量數據，關閉通道閘，等待工作人員對系統(tǒng)復位;若判定身份無法識別或扣費金額不足，語音播報“請等待工作人員”，系統(tǒng)發(fā)出紅燈警報，并播報測量數據，關閉通道閘，等待工作人員對系統(tǒng)復位。

1.5? 云端控制

在需要遠程修改測溫數據基準，記錄被檢測人體溫數據，根據體溫數據關閉通道閘，或者需要遠程對智能體溫安檢系統(tǒng)進行復位的情況下，可選用“云端控制”功能。系統(tǒng)通過無線通信模塊ESP8266 01S連接Internet，檢測數據通過網絡上傳至OneNET云平臺，完成數據記錄和分析。不僅可根據溫度數據遠程關閉通道閘或設置系統(tǒng)各種參數，還可以根據記錄數據分析各時段通道人流量等信息。

2? 系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)總體設計如圖2所示，控制模塊選用性價比高、便于安裝的Arduino UNO R3、紅外測溫模塊采用MLX90614紅外非接觸溫度傳感器[3]?；九渲弥袃H包括人機交互模塊，實現溫度采集和警示。人機交互模塊中包括用于顯示檢測體溫的LED1602顯示屏，顯示控制芯片采用ST7920，用于指示正常溫度的綠色指示燈和警示異常溫度的紅色指示燈，用于溫度超標提示的語音設備TTS-SYN6288，用于系統(tǒng)基本檢測溫度設置和系統(tǒng)復位的按鍵（Arduino UNO R3內置）。選配模塊包括無線通信模塊ESP8266 01S、用于身份識別和自動扣費的RFID模塊SR-MU910B、用于超溫抓拍和身份識別的拍照模組IVG-85HF30PS-S、通道閘門選用DR.TD.6653或根據應用場景選配。圖2中虛線部分為選配模塊，有向箭頭為數據流轉方向。

系統(tǒng)遠程控制平臺選用中國移動物聯網OneNET平臺[4]，平臺提供設備全生命周期管理相關工具，幫助個人和企業(yè)快速實現大規(guī)模設備的云端管理;開放第三方API接口，推進個性化應用系統(tǒng)構建;提供定制化“和物”APP，加速個性化智能應用生成，可快速定制手機端或Web端系統(tǒng)管理軟件。數據通過無線通信模塊連接到OneNET云平臺，無線通信模塊可以充當一個站點SP，也可以是AP接入點，可以連接手機，路由器等無線通信設備，通過TCP透傳協議，采集數據可上行至平臺，指令可下行至系統(tǒng)。在腳本文件中，數據上行可調用函數add_val（t，”Temp_Pocket2”，a，dev：bytes（1，2））;數據下行可通過dev：send（“close”）返回平臺數據。在WiFi.h中，將Wi-Fi名稱、密碼及OneNET平臺賬號識別碼（*產品ID#鑒權信息#腳本名稱*）進行準確定義。

3? 系統(tǒng)軟件設計

3.1? 基本功能設計

軟件部分主要包含：對Arduino UNO R3的I/O口進行初始化、溫度檢測、溫度顯示、溫度判斷、指示燈亮、異常報警。在獲取溫度時，可采取短時間多次測溫，取溫度均值的方式[5]。系統(tǒng)流程如圖3所示。

3.2? 增強功能設計

增強功能主要是在基本功能的基礎上加入道閘控制功能。道閘是否打開，可根據體溫（+身份識別或扣費是否成功）來決定。并且，身份信息和體溫將被無線通信設備通過EDP協議上傳至OneNet云平臺，實現數據遠程監(jiān)控分析和遠程自動（或手動）控制道閘。系統(tǒng)流程如圖4所示，向云平臺發(fā)送的數據將被存儲、處理，并自動形成云端預警信息，發(fā)送給相關人員，并遠程發(fā)送閘機關閉、紅燈顯示、語音播報體溫、LED體溫顯示信號，等到工作人員處理和系統(tǒng)復位。

3.3? 主要功能模塊代碼實現

3.3.1? 自動采集溫度控制通道閘

mlx.readObjectTempC（）函數，讀取溫度值，判斷被測人的體溫情況控制舵機轉動;對Arduino UNO R311號引腳接入LED紅燈，當處于LOW時，低電平觸發(fā)，紅燈亮;處于HIGH時，高電平觸發(fā)，紅燈滅;通過for循環(huán)來產生PWM脈沖個數，從而控制舵機的轉動。代碼為：

if（mlx.readObjectTempC（）>37.3||mlx.readObjectTempC （）<=30）//判斷溫度

{

if（mlx.readObjectTempC（）>37.3）

{

digitalWrite（11，LOW）;//低電平觸發(fā)，紅燈亮

delay（1000）;

}

else{

digitalWrite（11，HIGH）;//低電平觸發(fā)，紅燈滅

delay（1000）;

}

for（int i=0;i<=50;i++） //產生PWM個數，等效延時以保證能轉到響應角度

{

servopulse（servopin，0）;//模擬產生PWM

}

}

else{

digitalWrite（11，HIGH）;//低電平觸發(fā)，紅燈滅

delay（1000）;

for（int i=0;i<=50;i++） //產生PWM個數，等效延時以保證能轉到響應角度

{

servopulse（servopin，90）;//模擬產生PWM

}

}

3.3.2? 溫度上傳至串口監(jiān)視器

系統(tǒng)調試時，可用上位機串口監(jiān)視器查看溫度檢測值。將紅外測溫傳感器所測量的溫度通過調用函數傳輸到串口監(jiān)視器，代碼為：

Serial.print（"Ambient = "）; Serial.print（mlx.readAmbient TempC（））;

Serial.print（"*C＼tObject = "）; Serial.print（mlx.readObject TempC（））; Serial.println（"*C"）;

3.3.3? LED溫度顯示

將紅外測溫傳感器所測量的溫度顯示在LED屏上，代碼為：

float obj_temp = mlx.readObjectTempC（）;

int temp[4] = {0，0，0，0};

temp[0] = int（obj_temp）/10;? ? ?//十位

temp[1] = int（obj_temp）%10;? ? ?//個位

temp[2] = int（obj_temp*10+0.5）%10;? //做四舍五入區(qū)小數點后一位

Write_1621_data（0，0x00）;

Write_1621_data（1，0x00）;

Write_1621_data（2，num[temp[0]]|0x10）;? ?//顯示十位，顯示°

Write_1621_data（3，num[temp[1]]）;? ? ? //顯示個位

Write_1621_data（4，num[temp[2]]|0x10）;? ? ?//顯示小數點后1位

Write_1621_data（5，0xe1）;? //顯示C

delay（1000）;

4? 系統(tǒng)性能測試

系統(tǒng)模型如圖5所示。為了測試本系統(tǒng)的測溫準確性，采用傳統(tǒng)體溫計和本系統(tǒng)分別對5人進行早、中、晚測溫，發(fā)現本系統(tǒng)測溫和傳統(tǒng)溫度計測量數據相差±0.20 ℃，并且，傳統(tǒng)體溫計測量體溫大致需要4～5分鐘，本系統(tǒng)僅需1～2秒，并能完成溫度顯示、綠燈亮燈或紅燈閃爍并播報溫度的操作。對于增強版系統(tǒng)，系統(tǒng)和云端的連接速度受無線通信信號強弱影響，穩(wěn)定的信號是系統(tǒng)迅速反應的先決條件。正常情況下，異常發(fā)生，云端遠程發(fā)送溫度報警信號的響應時間小于3秒。

5? 結? 論

本文設計了一個基于MLX90614紅外非接觸溫度傳感器的智能體溫安檢系統(tǒng)，可自動檢測通過安檢系統(tǒng)人群的體溫，并實現異常體溫報警。系統(tǒng)功能可根據用戶需求進行定制，用戶若選擇系統(tǒng)中RFID身份識別或者人臉識別功能，就可以將系統(tǒng)應用于門禁等場所，完成員工或學生的體溫自動上報;用戶若選擇系統(tǒng)中RFID身份識別+扣費功能，即可將系統(tǒng)應用于教工食堂安全就餐等場景。云平臺的數據存儲分析，給本系統(tǒng)功能升級提供了多種可能性。

參考文獻：

[1] 世界衛(wèi)生組織.關于2019新型冠狀病毒疫情的《國際衛(wèi)生條例（2005）》突發(fā)事件委員會第二次會議的聲明 [EB/OL].（2020-01-30）.http：//cn.un.org.cn/info/7/974.html.

[2] Melexis. MLX90621 Datasheet [EB/OL].（2016-09-15）.https：//www.melexis.com/zh/documents/documentation/datasheets/datasheet-mlx90621.

[3] 王剛，李錦，盧新祥.基于嵌入式的安全門鈴系統(tǒng)設計 [J].電子測試，2020（24）：27-28+73.

[4] 鞏文東，趙青龍，馮國俊，等.具有云端報警功能的高校分布式體溫檢測裝置 [J].安徽電子信息職業(yè)技術學院學報，2021，20（1）：14-18.

[5] 陶杰，王欣，孫慧賢，等.基于MLX90614的溫度實時檢測系統(tǒng) [J].電子技術與軟件工程，2017（21）：75.

作者簡介：高雪娟（2001—），女，漢族，陜西渭南人，本科在讀;研究方向：物聯網工程;董小倩（2000—），女，漢族，陜西咸陽人，本科在讀;石萌（1998—），男，漢族，陜西商洛人，本科在讀;研究方向：物聯網工程;通訊作者：劉煒（1976—），女，漢族，陜西三原，副教授，博士，主要研究方向：物聯網應用開發(fā)和STEAM教育。