無接觸溫度測量與身份識(shí)別裝置設(shè)計(jì)

姜 寧，李奕兵，任可心，徐嘉成，謝印慶

（大連理工大學(xué)城市學(xué)院，遼寧 大連 116600）

0 引 言

在疫情防控期間，具有面部識(shí)別和測溫功能的設(shè)備發(fā)揮著重要的作用。相較于傳統(tǒng)的水銀溫度計(jì)，現(xiàn)有的紅外測溫儀不僅能夠更高效快捷地完成測溫工作，而且無須接觸。但現(xiàn)有設(shè)備的測溫和面部識(shí)別功能是相互獨(dú)立的。鑒于此，本文為了使身份識(shí)別與無接觸測溫結(jié)合起來，設(shè)計(jì)了一套無接觸溫度測量和身份識(shí)別系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由四大部分組成，即無接觸溫度測量模塊、身份識(shí)別模塊、處理器模塊、電源模塊。身份識(shí)別使用了讀訓(xùn)練數(shù)據(jù)以及計(jì)算平均臉、協(xié)方差矩陣、特征值、特征矩陣、子空間模型、檢測距離等方法。無接觸溫度測量模塊通過收發(fā)字節(jié)，讀取對(duì)應(yīng)RAM中地址的數(shù)據(jù)，進(jìn)行溫度測量和采集。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)硬件分析

2.1 系統(tǒng)處理器模塊

本設(shè)計(jì)中采用了STM32和AT89S52兩款單片機(jī)。STM32是32位的MCU微控制器，是為要求低成本、高性能、低功耗的嵌入式應(yīng)用而專門設(shè)計(jì)的ARM Cortex-M3內(nèi)核，一般用在對(duì)實(shí)時(shí)處理要求高的產(chǎn)品上。本次設(shè)計(jì)主要運(yùn)用STM32單片機(jī)進(jìn)行身份識(shí)別和判斷。AT89S52是CMOS 8位微控制器，具有8 KB系統(tǒng)可編程的FLASH 存儲(chǔ)器，具有低功耗、價(jià)格低、控制簡單、編程簡單易懂等優(yōu)點(diǎn)。在本次設(shè)計(jì)中主要用于紅外測溫。

2.2 無接觸溫度測量模塊

MLX90614ESF-BAA紅外測溫傳感器模塊的體積小、成本低，用兩種類型的引腳安裝在分線板上，易于集成；工廠校準(zhǔn)的溫度范圍很寬，在測試距離為1～4 cm時(shí)測量誤差的絕對(duì)值小于1 ℃、精度可達(dá)到0.1 ℃，使測量更加精確。測溫電路原理如圖2所示。

圖2 測溫電路原理

2.3 人臉識(shí)別模塊

本系統(tǒng)采用了MF1 AI+IOT活體面部識(shí)別人工智能模塊。MF1模塊以M1W AI模塊作為核心單元，內(nèi)置64位雙核處理器芯片，擁有8 MB的片上SRAM，在AI機(jī)器視覺、聽覺性能方面表現(xiàn)突出，可以快速識(shí)別活體并進(jìn)行判別，其精度和穩(wěn)定性都較高，并且可以在線錄入人臉。身份識(shí)別主控芯片及傳感器原理如圖3所示。

圖3 身份識(shí)別主控芯片及傳感器原理

3 軟件程序設(shè)計(jì)

開機(jī)時(shí)，人臉識(shí)別模塊與測溫模塊同時(shí)開啟，將紅外測溫傳感器探頭對(duì)準(zhǔn)待測物體，在距離小于20 cm的情況下，MLX90614傳感器開始收發(fā)一位數(shù)據(jù)，循環(huán)8次；然后讀取RUM對(duì)應(yīng)地址，獲取溫度，傳給主控單片機(jī)；經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，單片機(jī)控制顯示屏LCD1602顯示當(dāng)前所測的溫度；在程序中設(shè)定溫度閾值，溫度閾值在30～46 ℃范圍內(nèi)可設(shè)置，若測得溫度滿足閾值條件，控制蜂鳴器的三極管飽和導(dǎo)通1 s，蜂鳴器鳴叫；MF1身份識(shí)別裝置首先讀取人臉數(shù)據(jù)，之后通過計(jì)算平均臉、協(xié)方差矩陣、特征值等方法，進(jìn)行識(shí)別身份。若識(shí)別成功，則TFT屏上顯示識(shí)別通過；識(shí)別失敗，則顯示識(shí)別不通過，同時(shí)蜂鳴器報(bào)警。本設(shè)計(jì)可以完成深度學(xué)習(xí)功能，點(diǎn)擊TFT屏下部按鍵，即可錄入面部特征，大約2 s即可錄入成功并自動(dòng)命名。軟件程序流程如圖4所示。

圖4 軟件程序流程

4 系統(tǒng)工作流程

開機(jī)，各模塊通電，測溫模塊開始測溫，紅外測溫模塊正對(duì)待測物，距離控制在10 cm內(nèi)誤差較小；實(shí)時(shí)顯示所測溫度在LCD1602顯示屏上，同時(shí)紅色、綠色LED燈表示是否處于正常溫度，綠燈代表正常，紅燈則是報(bào)警狀態(tài)；將人臉正對(duì)攝像頭，待TFT屏顯示捕捉人臉的框時(shí)，再等待0.5～1 s后即可看到識(shí)別結(jié)果。若識(shí)別通過，TFT屏顯示識(shí)別成功，若未通過，則會(huì)不斷重復(fù)對(duì)比臉部特征，等待5 s后仍然未識(shí)別通過，TFT屏顯示識(shí)別失敗，同時(shí)蜂鳴器報(bào)警。

5 結(jié) 語

為了使身份識(shí)別與無接觸測溫結(jié)合起來，本文設(shè)計(jì)了一款無接觸溫度測量和身份識(shí)別系統(tǒng)。經(jīng)實(shí)際調(diào)試與測試，該系統(tǒng)可達(dá)到無接觸溫度測量和人臉身份識(shí)別功能，能夠應(yīng)用于實(shí)際場合。該系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：具有自定義報(bào)警溫度功能，可以根據(jù)實(shí)際需要來調(diào)整報(bào)警溫度的閾值并廣泛應(yīng)用于各種場合；擁有高精度的活體人臉識(shí)別功能，其精準(zhǔn)度和安全性并不比市面上一些身份識(shí)別門禁鎖差；該系統(tǒng)占用電路，可以較好地適用于一些小型儀器中。