基于ZigBee技術(shù)的多點體溫檢測系統(tǒng)

張中文 錢成玲 謝進(jìn)喜 李鵬

摘 要：為實現(xiàn)對人口流動較大的場合的行人的體溫進(jìn)行快速監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)體溫異常情況，特別是新冠疫情在全球流行肆虐的情況下，有效避免測溫人員與體溫異常者之間的病毒感染，本文以低功耗的ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計了基于ZigBee技術(shù)的多點體溫檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用紅外傳感器實現(xiàn)快速測溫，通過報警電路實現(xiàn)體溫異常報警，各個測溫點的數(shù)據(jù)在后臺數(shù)據(jù)庫進(jìn)行記錄保存，整個測溫網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建采用ZigBee技術(shù)進(jìn)行，測溫點與PC機之間采用RS232端口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，PC機采用串口方式接收數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和顯示報警。具有快捷、高效、成本低、體積小，可實現(xiàn)自動體溫檢測記錄和體溫異常報警的功能。

關(guān)鍵詞：Zigbee技術(shù);無線;體溫檢測

人體溫度是一項重要的生理指標(biāo)，也是判斷一個人身體狀態(tài)的最基本參數(shù)，間接的體現(xiàn)了人體的健康狀態(tài)，同時也是最方便獲取的參數(shù)之一，通過對人體溫度變化的監(jiān)測，能夠及時發(fā)現(xiàn)異常情況，盡早介入治療，目前絕大多數(shù)場合對體溫的獲取都是通過溫度計來獲取的，在人流較大的場合這種方式就顯得落后和效率低下。尤其是新型冠狀病毒在全球蔓延，而該種病毒的傳染主要途徑就是呼吸道飛沫和密切接觸，所以在各種公眾場合和人流量較大的進(jìn)口，急需一種能快速、準(zhǔn)確、免接觸、遠(yuǎn)距離進(jìn)行體溫檢測的設(shè)備?；诖吮救颂岢隽艘环N利用STM32系列單片機和MLX90614溫度傳感器實現(xiàn)的多點體溫檢測系統(tǒng)，其具有快捷、準(zhǔn)確度高、高效、成本低、免接觸、體積小，可實現(xiàn)自動體溫檢測記錄和體溫異常報警的功能，另外，該系統(tǒng)還具有易擴展、易安裝等優(yōu)點。

1.ZigBee技術(shù)概述

Zigbee技術(shù)又稱為“HOmeRF Lite”和“FireFly”技術(shù)，是一種應(yīng)用于短距離和低速率下的無線通信技術(shù)[1]。適用于短距離、低功耗且低速率的各種電子設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，尤其是周期性數(shù)據(jù)、間斷性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時間數(shù)據(jù)的傳輸。ZigBee技術(shù)是專注于低速率、低功耗、低成本、低復(fù)雜度的短距離無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。ZigBee短距離無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是由ZigBee聯(lián)盟在802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上提出來的，IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)組織定義了協(xié)議的PHY子層與MAC層，ZigBee聯(lián)盟在此的基礎(chǔ)上，定義了網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用程序支持子層以及應(yīng)用層的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范，用戶可根據(jù)自己的需要對應(yīng)用層進(jìn)行開發(fā)。改為ZigBee標(biāo)準(zhǔn)能夠給用戶提供靈活的組網(wǎng)方式，網(wǎng)絡(luò)容量大，理論上1個ZigBee網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)容量可達(dá)65536個[2]。雖然ZigBee的數(shù)據(jù)傳輸速率低，最高只有250Kbps，但對于只進(jìn)行發(fā)送和接受簡單指令或收集傳感器信息的應(yīng)用來講，相比藍(lán)牙和IEEE802.11b，它提供了性價比更高的解決方案。

2.MLX90614溫度傳感器

任何有溫度的物體都會源源不斷的向外輻射能量，因此，我們可以在不接觸被測物體的情況下，利用這一現(xiàn)象進(jìn)行溫度測量，由于不與被測溫度接觸，所以不會影響被測物體的溫度分布場。MLX90614是一種具有溫度分辨率高、響應(yīng)速度快、測溫范圍廣、穩(wěn)定性好等特點的溫度傳感器，屬于非接觸式溫度測量的傳感器。其在大溫度范圍內(nèi)具有0.5℃的高精確度，采用SMBus和PWM兩種數(shù)字輸出方式。在無特殊設(shè)定的情況下，10-bit PWM輸出可測量的溫度范圍為-20℃至120℃之間，并且其解析度可達(dá)0.14℃[3]。并且其屬于紅外測溫元件，在測量時對環(huán)境和被測人員都沒有任何傷害，更不會干擾其他設(shè)備的正常工作。

3.系統(tǒng)設(shè)計思路

本次設(shè)計的系統(tǒng)的總體設(shè)計思路如下，在完成基本的功能的基礎(chǔ)之上，在時間允許的條件下，可以進(jìn)行擴展功能的設(shè)計與測試。

本次系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計的總體流程及軟硬件開發(fā)順序見下圖，首先分析具體的應(yīng)用需求，在此基礎(chǔ)上考慮研發(fā)成本、難易程度、大規(guī)模使用的可能性等問題。

溫度測量通過MLX90614完成，通過ZigBee發(fā)射模塊將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送出去，接收端通過ZigBee接收模塊接收數(shù)據(jù)，并將接收到的數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行處理，之后將測量結(jié)果分別送入LCD顯示模塊顯示和后臺數(shù)據(jù)庫存儲。

4.系統(tǒng)的創(chuàng)新點與特色

1.相對精準(zhǔn)的測量結(jié)果。由于采用的測溫芯片器具有高解析度（0.02℃），所以測量結(jié)果的精度更高，可以在某種程度上避免一些不必要的浪費。

2.相對低廉的研發(fā)成本。無論是主控制器還是紅外測溫元件器售價都不高，即使大批量使用其費用也不會太高，完全可以承擔(dān)。

3.提高測溫效率。當(dāng)產(chǎn)品投入使用后與目前的人工測溫相比將大大改善體溫檢測的效率。

4.及時提醒是否有異常體溫的人員進(jìn)入校園。該系統(tǒng)具有體溫異常自動報警提示的功能，當(dāng)檢測到異常體溫的人員出現(xiàn)時發(fā)出報警聲。

5.安裝方便。與現(xiàn)有設(shè)備相比較，該產(chǎn)品體積小，采用無線傳輸，便于快速安裝。

5.該系統(tǒng)解決的問題

1.提高人流密集場所的通行效率問題;

2.測溫時間短，解決高峰期的擁堵問題;

3.避免工作人員接觸到疑似病患，減低工作人員感染的風(fēng)險;

4.可實現(xiàn)戶外大屏幕顯示，實現(xiàn)全民監(jiān)督。

參考文獻(xiàn)：

[1]穆乃剛 ZigBee技術(shù)簡介[J]，電信技術(shù)，2006 （3） ：84～86。

[2]王勇，朱曉榮，賈永興 基于WiFi的體溫監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]，電子技術(shù)應(yīng)用，2012，38（10）：119。

[3]王長清，岳新偉 基于ZigBee技術(shù)的博物館藏品微環(huán)境檢測保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]，河南師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2012，40（3）：34-37。

注：甘肅省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目：s202013518008