基于人体生命特征的健康信息检测与显示系统设计

朱 浩,王 娟

(西京学院,陕西 西安 710123)

0 引言

在疫情防护常态化的今天,手机扫描健康码已经成为出行的必备条件,这对于不会使用智能设备的老年人来说大大降低了他们的生活幸福感,导致他们出行不便。当前的各种健康码替代方式依旧存在着一定的缺陷,无法做到高效便捷的健康码替代方式,所以一种能够替代手机扫码的健康码显示方式变得尤为重要。因此,面向这一系类迫切的需求,研发一款基于人体生命特征的健康信息检测与显示系统。本系统以ESP32为核心,基于OpenCV的Haar识别技术完成设计,在识别人脸的同时检测体温,一切正常后在上位机显示健康码和通行信息,如有其他特殊情况能够及时在上位机上完成报警。

1 系统硬件设计

1.1 处理器模块

ESP32是国产化的一款 MCU,ESP32 系列模组集成 WiFi、传统蓝牙和低功耗蓝牙功能,具有广泛的用途:WiFi 支持极大范围的通信连接,也支持通过路由器直接连接互联网;蓝牙可以让用户连接手机或者广播 Bluetooth LE Beacon 以便于信号检测[1]。ESP32的协助处理器框架,如图1所示。

图1 ESP32的协助处理器框架

1.2 人脸识别模块

视频检测模块使用ESP32CAM摄像头进行人脸识别检测,该模块可以作为最小系统独立工作。在此基础上也可改用电脑自带的本地摄像头或者使用手机IP摄像头软件进行视频图像的采集,使用多种途径完成人脸识模块的硬件设计,从而完成非接触的远程设计。

1.3 温度识别模块

该模块选用GY-906-BAA非接触式IR传感器,输出数据和物体温度呈线性比例,具有高精度和高分辨率。该模块能够完成非接触式测温,将人的手掌置于该传感器上方2 cm处后又上位机控制完成测温动作,将测温信息传输到ESP32模块中进行数据处理,如果 因为室温变化导致人体的表皮温度有一定的变化,可以在程序中进行一定的调整以保证获得准确的温度信息[2]。

1.4 WiFi模块

ESP8266是一款超低功耗的UART-WiFi 透传模块,,可将用户的物理设备连接到WiFi 无线网络上,进行互联网或局域网通信,实现联网功能。ESP8266模块成本低、使用简便、功能强大,通过串口AT指令与单片机通讯,实现串口透传,不同协议之间的转换(如串口到WiFi、蓝牙等)由模块完成。在本系统中完成信号的传输工作。

2 系统软件设计

2.1 程序设计

本部分主要根据ESP32采集到的温度信息和人脸信息进行一定程度的处理。主要的设计流程如图2所示。

图2 程序设计流程

数据处理部分主要包括时间的显示和调用,温度检测信息的处理和显示,网络摄像头与本机摄像头的选择,新人脸信息录入,人脸信息的识别与照片存储,照片命名规范设计,舵机控制,连接错误警报,高温报警显示装置以及网络配置设置[3]。

软件设计分为硬件程序和软件程序,软件程序主要是通过Python语言编写,使用Python+PyQt5完成整个系统各模块的数据传输处理和上位机的设计,PyQt5以一套Python模块的形式来实现功能。它是一个多平台的工具套件,它可以运行在所有的主流操作系统中,包含Unix,Windows和Mac OS。PyQt5采用双重许可模式,可以在GPL和社区授权之间选择。通过硬件把体温,检测时间和人脸特殊点定位信息等数据传输到主控芯片,然后主控芯片再通过WiFi将检测到和处理好的信息传输到PC端,由程序处理完成后将相关信息命名为照片的名称并且存储到特定的文件夹中以待查看,安检人员能够通过PC端非常便捷地完成识别信息的查看和调取。同时在上位机中设计了手动开启一栏,以便在特殊情况实现人工放行[4]。

2.2 上位机设计

在做上位机数据显示时候,以较为直观的二维码图片的方式显示出来,使用纯 Python 图形 GUI 库的pyqtgraph 进行设计。

本系统上位机显示界面的左上角显示的是本系统的名称“基于人体生命特征的健康信息检测与显示系统”,在界面正中显示该识别系统的编号。

2.3 数据存储

该文件夹内包含该系统的主要程序,包括人脸识别,温度检测和新人脸添加程序。其中facedate文件夹存储的是准许通行的人脸信息,其命名规则是姓名拼音的首字母。在imglog文件夹中有success,fail和error3个子文件夹。其中success文件夹存放的是成功进行识别并且通过的人脸信息,fail文件夹存储的是未曾进行登记的人脸信息,error文件夹内存储的是温度过高的特殊人员,需要安检和防疫人员及时进行处理。数据存储文件夹,如图3所示。

图3 数据存储文件夹

3 结语

在数字化面前,老人比我们想象中更加手足无措,年轻人习以为常的生活方式在他们眼中也许就是一道电子围栏,让他们寸步难行。本设备能够基本对检测人员的个人身份信息识别,健康码调取检查,个人体温检测,识别时间和识别位置等信息完成记录,并且上传至PC端方便实时的调取和检测查询。能够基本满足防疫常态化的需求并且便利老年人的正常出行。本设备应用范围广,可以应用在各类需要进行健康信息检测和显示的地方。