鐵路實時溫度檢測系統(tǒng)設計

孟吳云 劉暢

摘要：隨著鐵路運行的不斷發(fā)展，對出行過程中要求不斷增加，在鐵路運行過程中對旅客體溫的實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)旅客體溫異常是保證鐵路能夠安全運行的重要條件。我國鐵路運輸人流量巨大，為此，將研究設計一款能夠安裝在鐵路座椅上的實時溫度監(jiān)測系統(tǒng)。本設計根據(jù)要求對無接觸溫度測量與身份識別裝置進行研究，該裝置以STM32F103芯片為核心處理器，輔以相關的外圍電路來進行工作，從而設計了以單片機為核心的無接觸溫度測量。

關鍵詞：STM32F103，紅外測溫，單片機

0引言

我國作為人口大國，地域廣闊，人們中長距離出行首要選擇的還是鐵路方式，為了避免在使用鐵路出行時出現(xiàn)安全健康情況，現(xiàn)在各個車站入口都會進行溫度檢測，但是這個溫度檢測只能對進站的一段時間進行檢測，而不能達到實時的監(jiān)測。通過在座椅上設置實時監(jiān)測體溫的裝置，來進行監(jiān)測出行人員的體溫，相比與人工監(jiān)測，有著更高的容錯率，而且相比僅對進站時的檢測，列車運行過程中的監(jiān)測可以更加有效的對乘客進行健康狀況的及時判斷，提高安全出行率。

1系統(tǒng)模塊構成

紅外輻射（infrared radiation）的定義：任何物體的溫度高于絕對零度（-273.15℃）時都會向外輻射電磁波，其溫度越高，輻射的能量越多。波長涉及紫外、可見、紅外光區(qū)，但主要處于0.8μm～15μm的紅外區(qū)內。物體的紅外輻射能量的大小按其波長的分布，與它表面溫度有著十分密切的關系。因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準確地測定它的表面溫度。

被測物體的輻射線經光學系統(tǒng)聚焦在光電轉換系統(tǒng)（一般由人造黑體、熱電堆等組成）上之后，產生電信號，再經過放大、濾波、A/D轉換、數(shù)據(jù)處理后輸出溫度數(shù)字信號。再由單片機讀取，由OLED顯示出來，其中測量過程的相關參數(shù)、數(shù)據(jù)處理、控制指令可由按鍵設置。

1.1 STM32F103單片機

STM32F103是一個32位的ARM微控制器以及它的最高工作頻率為72MHz同時在存儲器的等待周期訪問時可達到1.25DMps/MHz。STM32F103單片機具有高性能、低成本、低功耗的嵌入式的優(yōu)勢，其既可以通過編寫程序來達到控制蜂鳴器和傳感器。

1.2 GY-906非接觸紅外測溫模塊

GY-906非接觸紅外測溫模塊，該模塊成本低、易于集成，并且支持帶有10K上拉電阻的12C接口。這款溫度傳感器的出廠校準為：傳感器溫度的范圍為-40℃至125℃，物體溫度范圍為-70℃至380℃。傳感器的溫度范圍約為0.1℃。

1.3 OV7670攝像頭

OV7670圖像傳感器，體積小、工作電壓低，提供單片VGA攝像和影像處理器的所有功能。通過SCCB總線控制，可以輸出整幀、子采樣、取窗口等方式的各種分辨率8位影響數(shù)據(jù)。該產品VGA圖像最高達到30幀/s。用戶可以控制圖像質量、數(shù)據(jù)格式和傳輸方式。

2系統(tǒng)設計

首先，對目前紅外測量技術以及對身份識別的技術進行設計;其次，對無接觸溫度測量與身份識別裝置以STM32F103芯片為核心處理器，輔以相關的外圍電路來進行工作。因此對所涉及的單片機、GY-906非接觸紅外測溫模塊和OV7670攝像頭模塊等設備模塊進行編程設計與組裝;在無接觸溫度測量與身份識別裝置完成之后進行數(shù)據(jù)的采集以及保證其在誤差范圍 （溫度值不相差0.1℃） 之內確保其準確度，若出現(xiàn)較大誤差就進行設備修改以此來確保其可行性。

相比于傳統(tǒng)的列車座椅只能放置行李、調整靠背、放置腳踏板等功能外，結合了社會需求，對其功能進行了進一步的升級改造。在傳統(tǒng)的列車座椅上加裝了無接觸測溫裝置，以人臉識別裝置，對座位上的乘客進行實時溫度監(jiān)測并將監(jiān)測數(shù)據(jù)轉為電信號傳輸至后臺屏幕上，并與正常人的體溫數(shù)據(jù)進行比較，若在一定的時間內，數(shù)據(jù)持續(xù)高于正常范圍，則會在后臺自動報警。工作流程如圖1所示。

在蜂鳴器報警之后，通過STM32F407單片機對TFT液晶顯示屏上的人臉進行識別，車站值班員對圖像的結果進行處理，同時并對疑似身體健康有問題的乘客進行身份識別后加以進一步的服務。身份識別子程序流程圖如圖2所示。

3功能實現(xiàn)

對系統(tǒng)進行測試，首先對乘客進行數(shù)據(jù)采集，在數(shù)據(jù)采集之后，進行結果測試。單片機程序初始化，乘客進行測溫，當乘客溫度超過閾值也就是37.5℃時，蜂鳴器發(fā)生報警;與此同時，攝像頭采集人像數(shù)據(jù)并進行人臉檢測。如果沒有檢測到人臉，那么攝像頭將會重新進行數(shù)據(jù)采集;當檢測到人臉時，對人臉圖像區(qū)域進行截取，對截取到的人臉圖像進行是否佩戴口罩的鑒定，對未佩戴口罩的乘客車站值班員在后臺接收到蜂鳴器發(fā)出的警報聲后采取相應的措施。

4結論

通過設計并實現(xiàn)基于STM32的鐵路實時溫度檢測座椅系統(tǒng)。采用STM32F103和GY-906非接觸紅外測溫模塊。根據(jù)測試結果，系統(tǒng)按照我們預定義的規(guī)范工作。該系統(tǒng)可以人臉識別裝置，對座位上的乘客進行實時溫度監(jiān)測并將監(jiān)測數(shù)據(jù)轉為電信號傳輸至后臺屏幕上，并與正常人的體溫數(shù)據(jù)進行比較，若在一定的時間內，數(shù)據(jù)持續(xù)高于正常范圍，則會在后臺自動報警，給車站工作人員預警，并對乘客進行身份識別后進行進一步服務。具有一定的應用意義。

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注：本文為遼寧省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目“基于STM32的鐵路實時溫度監(jiān)測座椅”（項目編號：202113207008）研究成果