公共卫生事件下着装安全识别系统*

重庆第二师范学院 唐杰，涂开俊，杨宗儡，冉军槐

一、概述

自2020年新冠疫情爆发以来，全世界开始对对疫情进行防控。规范人们在疫情期间的着装安全成为重中之重，对人员集中场所进行管控成为防疫环节中的重要一环。为有效阻止疫情的传播与蔓延，国家卫生健康委规定大家日常出行均须佩戴口罩，但是市民自觉佩戴口罩的意识较弱，曾多次出现人员聚集性感染现象。在人员流量大的地方采用人工方式进行人体的温度测量和观察人员口罩的佩戴情况效率低下，会造成人力资源浪费。因此，可以使用人脸识别技术自动识别行人的口罩佩戴情况，实现高效无接触式检测，以及采用红外测温对来往的行人体温进行测量，人员在未佩戴口罩和体温过高的情况下不予通过。

疫情着装安全系统使用MLX90614系列红外测温模块进行温度检测，结合STM32单片机进行设计，通过算法运算进行温度测量和报警。人脸识别和口罩识别采用了openMV摄像头模组，该摄像模组操作简单，可以使用openMV IDE安装面部识别固件，用对应的命令让单片机控制openMV模块。门禁系统采用步进电机控制闸门的开关，网络连接系统采用低功耗EPS8266WiFi模块，为保证低成本、高效性，可进行相关阈值调节。

二、硬件设计

硬件分为三大功能：面部识别、温度测量和门禁系统。（见图1）

图1 硬件设置

其中，主控单片机使用STM32F 103ZET6，人脸识别模块使用openMV，温度传感器使用MLX90614测温模块，门禁系统采用步进电机控制，网络连接系统采用低功耗EPS8266 WiFi模块。

（一）单片机简介

STM32F103ZE系列是32位基于ARM的M3芯片，最高72MHz工作频率，在存储器的0等待周期访问时可达1.25DMips/MHz，容量高达512k字节，具有强大的功能，USB、CAN、11个定时器、3个ADC、13个通信接口具有低功耗、高性价比高，便捷性好、模块化编程等优点。（见图2）

图2 单片机设置

（二）openMV模块

openMV是一款可编程的摄像头模组，是OpenMV国内代理——星瞳科技的OpenMV产品来，只需要针对应用场景编写程序逻辑即可实现复杂的视觉处理功能，所以要实现面部识别相对容易。使用openMV IDE 安装面部识别固件，可以使用对应的命令让单片机控制openMV模块。openMV可以实现颜色识别、形状识别、矩阵识别、机器人巡线、圆形识别、直线识别、人脸识别、眼球识别、边缘检测等。openMV专用的IDE下载好面部识别的固件就可以使用单片机串口控制openMV和接收数据，另外，openMV支持最高32G的外设SD卡，所以录入人脸也可以选择存储到openMV本地SD卡中。

（三）温度传感器

MLX90614是一种红外温度计，用于非接触式温度测量。红外测温是根据被测物体的红外辐射能量来确定物体的温度，不与被测物体接触，具有不影响被测物体温度分布场，温度分辨率高、响应速度快、测温范围广、不受测温上限的限制、稳定性好等特点。MLX90614被测目标温度和环境温度通过IIC接口输出，适合于汽车空调、室内暖气、家用电器、手持设备以及医疗设备应用等。本项目中，单片机使用IIC接收MLX90614数据后，实时在屏幕上显示被测人温度，并及时上传至服务器。

（四）ESP8266 WiFi模块

ESP8266系列模组是深圳安信可(Aithinker)公司开发的一系列基于乐鑫ESP8266EX的超低功耗的UART-WiFi模块的模组，可以方便地进行二次开发，接入云端服务。而且ESP8266具有GPIO、PWM、I2C、1-Wire、ADC等丰富的外围接口有完善的AT指令固件，相较于直接使用AiThinkerIDE编程来说便捷不少，本项目主要使用ESP8266的AT指令，通过串口接收发送AT指令来控制单片机和接收单片机发出的信号，从而实现单片机与上位机的通信，并且也可以进一步控制单片机的外围设备。

（五）门禁系统

门禁采用步进电机驱动闸门，电机驱动器可根据闸门大小而定，若闸门较大，则采用大功率驱动器，反之使用小功率驱动器。门禁系统采用多个逻辑判断来控制闸门开合：被测人温度、是否佩戴口罩、是否为合法进出人员。若进出人员有一项不符合条件的，都不允许放入。另外，系统还采用IC卡阅读器，防止因为面部识别模块发生无法识别人员的情况，方便人员出入。

三、软件系统功能与目标

本系统视频数据的采集与传输是openMV模块和ESP8266WIFI模块的主要工作，而服务器则是连接工作设备的重要枢纽，它与客户端、openMV等设备相连接，具备信息存储、分发控制指令和显示实时数据等功能。本视频监控系统主要由客户终端、服务器、openMV模块和MLX90614测温模块构成。首先，服务器端接收到网关设备ESP8266所传输的信息，将openMV处理过的信息经过调制解码后进行分类、逻辑判断处理，最终形成指令信息和可视实时数据，分别再输送给终端设备执行和客户端显示。在实际的工作环节中，系统主要采用了特化的人脸识别技术（可识别是否佩戴口罩），系统的中心为服务器端，服务器同时还具备着存储、查询、解析和处理终端机送来的网络数据、管理辨析人员身份和着装信息的作用。本系统的整体结构图如图3所示。

图3 疫情人脸识别温度安全识别系统总体结构

（一）软件系统逻辑设计

软件系统的功能逻辑流程如图4所示。当终端机采集图像后，openMV模块先判断图像中是否存在人脸，如果不存在人脸，则输出“no face”，如果存在人脸，则先框出人脸，再判断图像中人脸是否佩戴口罩，对应输出结果“has mask”或“no mask”，同时和MLX90614测温模块所采集到的体温数据一并反馈给服务器。由服务器进行解析判定被测人员状态是否安全，并输出“danger”或“safe”。如果状态为危险，显示屏显示“danger”，背景色变为红色，并显示危险项目，体温过高或未佩戴口罩，并发出警报。如果状态为安全，显示屏显示“safe”，背景色变为绿色。

图4 软件系统的功能逻辑流程

（二）客户端逻辑设计

客户端采用QT Creator软件进行开发，并采用QT信号与槽机制进行事件响应，用户直接从客户端界面进入系统，监控模块与无线传感网络都嵌于STM32F103ZET6当中，本系统的结构设计图如图5所示。

图5 客户端系统的结构设计

四、总结

在本系统中，我们给人脸识别的数据提供了可选项，用户可以通过手动选择将数据存入数据库中，增加数据库的数据内容量，或者直接储存在openMV模块内，提高openMV模组的处理速率。方案内的可视化QT界面可以节省用户的时间和精力，操作简单易学，大大降低了后续的推广难度。本识别系统还展示了面部识别技术的使用，用于人员出入的人脸数据采集和识别，并在进一步处理过程中，此识别记录可用于统计人员流动的相关问题。