具有云端报警功能的高校分布式体温检测装置

巩文东，赵青龙，冯国俊，张博宇

（1.山东职业学院，山东 济南 250304；2.青岛百灵检测有限公司，山东 青岛 266041）

一、引言

疫情防控时期，在学校等有人员长期聚集生活的场所，需要每天对学生的体温进行测量和记录。按照规定，在进入教学楼、食堂等人群集中场合之前要进行体温测量，目前采用的方法多是在教学楼、食堂等楼前设置集中测温点，这种测温方式检测效率慢，经常会导致人群拥堵，反而不利于疫情的防控[1]。

常规的接触式的水银体温计等测温仪器由于效率低，安全性和卫生性较差，已经逐渐被淘汰[2]。目前测温仪器的发展方向以非接触式测温方式的智能化为主[3]，宁夏计量质量检验检测研究院的毛菊林等人研发了高速公路卡口疫情防控系统，可满足高速公路开放式、低温环境下，实现准确测温[4]；南京理工大学计算机科学与工程学院钱建军等人研发了基于稳健人脸感知方法的人体测温系统，提高了温度数据的稳定性[5]。

以上研究多侧重于如何提高测温装置的精度，在大规模的测温情境下，如何大幅度提高测温效率，仍有待进一步的研究。本文设计的具有云端报警功能的分布式体温监测装置由指纹模块、红外非接触式测温模块、语音模块、SD卡读写模块、RFID校园卡识别模块、WiFi模块等部分组成，体积小并且可安装至各个宿舍、自习室、实训室、教室、图书馆等场所进行分布式测温，并将数据实时上传到学校的云端服务器进行数据统计与分析，发现异常体温时实现云端报警。

二、硬件结构设计

分布式体温监测装置硬件结构主要由指纹模块、红外非接触式测温模块、语音模块、存储卡模块、RFID模块、WiFi模块等部分组成，如图1所示。

图1 硬件结构图

模块化的硬件结构能够实现产品的快速迭代升级，同时在出现故障时，只需针对故障模块进行测试分析，能够有效的降低检修工作量。

（一）控制器

控制器采用以主控芯片ATMEGA328P-AU为CPU的ARDUINONANOV3.0核心板，如图2所示。

图2 ARDUINO NANO V3.0

ARDUINONANOV3.0是一块基于开放原始代码的超小SIMPLE I/O平台，采用ATMEGA328P-AU单片机，支持USB下载及供电，板子尺寸仅有18mm×43 mm。ARDUINONANOV3.0的技术参数如表1所示。

表1 ARDUINO NANO V3.0的技术参数

（二）红外测温模块

红外测温模块的温度传感器采用MLX90614系列的GY-906，特点是体积小、质量轻，传感器温度范围-40-+125℃，测量时距离物体1cm的情况下，测量辨析度可达到0.02℃，可兼容SMBμs数字接口，采用标准I2C通信协议进行信息传导，电源电压为3V或5V。可以设置为节能工作模式以降低能耗。本文采用的红外测温模块如图3所示。

图3 红外测温模块

（三）指纹模块

指纹识别模块选用ALIENTEK公司出产的型号为AS608的高性能的光学指纹识别模块，配备了串口、USB通讯接口，内置DSP运算单元，集成了指纹识别算法，能高效快速采集指纹图像并识别指纹特征。如图4所示。

图4 AS608指纹识别模块

该模块内存可达8 MB，尺寸为57mm×28mm，安装孔径为3mm。功能参数如表2所示。

表2 AS608指纹识别模块参数

（四）语音模块

语音模块选用 tts-syn6288，支持 GB2312、GBK、BIGS和UNICODE内码格式的文本。可合成任意的中文文本，同时支持英文字母的合成。可正确识别数值、号码、时间日期及常用的度量符号，语音模块如图5所示。

图5 tts-syn6288语音模块

（五）WiFi模块

采用ESP8266串口WiFi模块，封装尺寸小，仅有19mm×29mm。功耗低，支持LVTTL接口，兼容3.3V和5V单片机系统。支持标准的IEEE802.11b/g/n协议以及完整的TCP/IP协议。可联网至校园无线网络，将收集到的体温数据发送到学校云端服务器。如图6所示。

图6 ESP8266开发板

（六）存储卡模块

采用SD卡读写模块将采集到的体温信息储存下来，最长可保留半年的数据记录，作为云服务器端突发故障时的数据备份。本文采用的SD卡读写模块如图7所示。

图7 SD卡读取模块

（七）RFID模块

指纹识别具有局限性，个别人的指纹较浅，特征不明显，将导致指纹特征难以识别[6]，因此采用型号为SR-MU910B的高性能超高频射频识别模块作为补充。RFID模块利用无线射频方式对校园卡进行读写，达到识别学生身份的目的，如图8所示。

图8 SR-MU910B高性能超高频射频识别模块

三、软件流程

分布式体温检测装置在开机通电后首先进行各模块的初始化，然后进入指纹识别或校园卡采集的等待状态。如检测到指纹，将识别指纹库中对应的身份，如果指纹无效将提示重新采集或刷校园卡；如检测到校园卡，将识别校园卡的身份，如果无效将提示此卡无效，重新刷卡。指纹或校园卡识别成果则会进入红外非接触式测温，需要被测人将手腕放置于距测温点3cm以内，测温完成后将播报人员姓名及体温，将数据存储于内存卡并通过WiFi模块将数据发送至云端服务器，如果体温异常将会在云端进行实时预警，软件流程如图9所示。

图9 软件流程图

四、外壳3D建模设计

分布式体温检测装置的外观如图10所示，外观简洁，正面有语音播报孔，指纹识别口，打卡区域；侧面有产品开关，背面有安装挂钩等，分布合理。

图10 产品外观图

产品尺寸为13.5×8.5×2.9cm，体积小，便于安装。产品外壳采用Rhino6三维绘图软件进行建模，然后采用3D打印技术进行生产。内部采用卡扣式设计，分为上下两部分，如图11所示。

图11 外壳3D建模设计

五、云端数据统计分析

分布式的架构容错率高[7]，任何一个体温检测装置损坏或者离线不会影响整个系统的正常运行。整个系统的架构如图12所示。

图12 分布式体温检测架构

学校的云端服务器采集到体温数据后，会自动分析人员的体温变化情况，并绘制相关统计图，如图13所示。

图13 学生1第12周体温数据

系统检测到人员的测量体温超过体温预警温度设定值后，将会触发报警，提示学校管理人员进行体温确认，并采取进一步的隔离等措施。

六、结语

分布式的测温设计可以有效的克服集中检测效率低的问题。任何一个体温检测装置损坏或者离线不会影响整个系统的正常运行，提高了系统的可靠性。

云端报警功能可以使学校管理人员实时掌握学生发烧情况，能够及时的进行隔离。数据可自动上报并生成报表，避免了日常琐碎的手动上报体温的流程。