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          一種體溫及口罩佩戴情況識別裝置

          作者:高南(沈陽航空航天大學(xué),沈陽 110036) 時間:2023-01-29 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏
          編者按:設(shè)計了一種體溫及口罩佩戴情況識別裝置,以單片機 STM32F103為核心組成測溫及控制系統(tǒng),溫度監(jiān)測使用紅外線溫度傳感器,目標(biāo)人員體溫的跟蹤檢測與個人身份識別。使用OpenMV攝像頭由單片機對紅外線測溫儀和OpenMV的檢測數(shù)據(jù)實時作出反應(yīng),并輸出控制指令,由核心控制電路完成測量溫度、超標(biāo)預(yù)警和攝像頭身份識別等基本操作,以及被測人物不符報警、個人信息錄入控制及識別等功能。電路采取了多種抗干擾措施,減少測量誤差,工作穩(wěn)定可靠,提高了測量多種數(shù)據(jù)的效率。

          本文在傳統(tǒng)的人工檢測方法的基礎(chǔ)上設(shè)計了一種體溫監(jiān)測及口罩佩戴情況識別裝置,該裝置具有體溫監(jiān)測、身份識別、是否佩戴口罩、自動報警、數(shù)值顯示等功能,可在人員流動較大且人工檢測復(fù)雜的地方安裝,彌補了傳統(tǒng)人力疲勞缺陷,進(jìn)一步確保了疫情期間的人員安全。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/202301/442804.htm

          1   總體結(jié)構(gòu)

          體溫監(jiān)測及口罩佩戴情況識別裝置系統(tǒng)由五大模塊組成,分別是核心控制模塊、身份識別模塊、溫度測量模塊、LED 顯示模塊、Wi-Fi 接收模塊和語音輸出模塊。核心控制模塊選擇STM32F103 單片機,既能搭載攝像頭,又能實現(xiàn)實時的數(shù)據(jù)處理。身份識別模塊采用攝像頭。搭載MicroPython解釋器,可在PC 機上使用Python 來編程,并且?guī)幚黼娐罚箼C器視覺算法的編程簡單化,同時可獲得預(yù)處理后的圖像信息,提高身份識別的速度。溫度測量模塊MLX90614 是一款用于非接觸式的紅外溫度傳感器,得益MLX90614良好性能﹐體積小、成本低、易集成等,應(yīng)用廣泛。Wi-Fi接收模塊使用ESP8266, 是一款串口轉(zhuǎn)無線模芯片,內(nèi)部自帶固件,用戶操作簡單,無需編寫時序信號等。LED 模塊和語音模塊均為本裝置的創(chuàng)新設(shè)計,分別使用TFTLCD液晶顯示屏和DY-SV17F模塊驅(qū)動語音,裝置下位機結(jié)構(gòu)見圖1 所示。

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          圖1 簡易體溫測量與身份識別裝置組成圖

          2   硬件設(shè)計

          根據(jù)本裝置設(shè)計的基本功能和發(fā)揮部分功能的要求,本裝置選用為智能控制核心,并采用12 MHz晶振和上電復(fù)位電路。該單片機內(nèi)部有256kB ROM和48kB RAM以及定時器、計數(shù)器等,其配置對于本系統(tǒng)已完全夠用。再配合上述方案中應(yīng)用的電子元器件,通過對多個模塊的組裝,完成簡易無接觸溫度測量與身份識別裝置的全部設(shè)計和制作。

          2.1 身份識別電路設(shè)計

          OpenMV 是低功耗的Python3 可編程機器視覺硬件,結(jié)合攝像頭可以支持一系列廣泛的圖像處理功能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。OpenMV使用跨平臺IDE進(jìn)行編程,該IDE允許查看攝像機的幀緩沖器、訪問傳感器控件、通過 USB串行(或 Wi-Fi/BLE 將腳本上傳到攝像機。OpenMV基板基于在400 MHz 下運行的STM32H743 MCU,具有1 MB SRAM、2 MB 閃存、FPU、DSP 和硬件 JPEG編碼器。

          2.2 溫度測量的電路設(shè)計

          適合人體溫度測量的小外形精確MLX90614 紅外測溫模塊正適合本裝置的使用。MLX90614 電路圖見圖2,此高精度的溫度傳感器,溫度分辨率要達(dá)到0.02 ℃; 距離系數(shù)需要達(dá)到S:D = 10:1,既測溫儀探頭到目標(biāo)之間的距離與被測目標(biāo)直徑之比;采用3.3 V 電源。通上電MLX90614就會輸出所檢測出的數(shù)據(jù),但此時的數(shù)據(jù)并非溫度數(shù)據(jù),而是電壓,需要按照精確的電壓溫度轉(zhuǎn)換計算公式進(jìn)行運算,才能使返回的數(shù)據(jù)為溫度數(shù)據(jù)。

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          圖2 MLX90614電路圖與引腳圖

          紅外測溫模塊MLX90614 有MLX81101 紅外熱電堆傳感器和包括含有穩(wěn)壓電路、低噪聲放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、DSP 單元、脈寬調(diào)制電路及邏輯控制電路的MLX90302信號處理芯片構(gòu)成,見圖3。

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          圖3 MLX90614組成

          其中紅外熱電堆傳感器輸出的溫度信號經(jīng)過內(nèi)部低噪聲、低失調(diào)的運算放大器(OPA) 放大后經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換器(ADC) 轉(zhuǎn)換為17 位數(shù)字信號通過可編程FIR 及IIR低通數(shù)字濾波器( 即DSP) 處理后輸出,輸出結(jié)果存儲在其內(nèi)部RAM 存儲單元中。

          2.3 語音輸出的電路設(shè)計

          語音輸出功能選用語音播放芯片DY-SV17F,內(nèi)置MP3及WAV解碼,能簡單實現(xiàn)語音播放功能。“I/O組合(獨立)模式0”與“I/O 組合(獨立)模式1”的區(qū)別在于前者模式釋放電平后繼續(xù)播放當(dāng)前曲目至結(jié)束,后者模式釋放電平后立即停止播放曲目。提示音需要完整播放,故此裝置使用IO 獨立模式0 播放報警提示音。I/O 獨立模式可以播放8 首曲目,分別由8 個I/O單獨控制,見圖4。

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          圖4 DY-SV17F的I/O獨立模式0電路圖

          2.4 LED 顯示屏的電路設(shè)計

          TFTLCD 顯示模塊的特點是響應(yīng)時間短,畫面清晰,但功耗稍高,顯示模式采用16 位的并方式與外部連接。其對外接口見圖5所示。

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          圖5 TFTLCD接口圖

          由于數(shù)字接口標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一,所以使用LCD 時需要根據(jù)其手冊了解具體接口定義。字符型LCD 通常有14條引腳線或16 條引腳線的LCD,多出來的2 條線是背光電源線VCC(15 腳) 和地線GND(16 腳),其控制原理與14 腳的LCD 完全一樣,說明如表1 所示。

          表1 LCD引腳說明

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          顯示屏內(nèi)部SoC 的LCD 控制器引出一定的引腳與LCD 驅(qū)動器連接,按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置一定的時序,再將LCD 要顯示的像素信息放入內(nèi)存中,在通過設(shè)置LCD控制器中的寄存器,與LCD 控制器建立映射,就能在LCD 中顯示出字符或圖像。

          2.5 按鍵控制的電路設(shè)計

          按鍵與STM32F103 單片機直接連接,只要在程序輸入相應(yīng)的代碼就可以正常使用,當(dāng)按下KEY1 按鍵時,報警溫度闕值降低1 ℃,按下KEY0 按鍵時,報警溫度闕值升高1 ℃。

          2.6 測量溫度功能

          MLX90614 紅外測溫模塊使用SMBus 協(xié)議。對照時序圖,首先初始化函數(shù)內(nèi)部參數(shù),接著產(chǎn)生停止位,用于判斷是否可繼續(xù)讀取,接著發(fā)送起始位,然后發(fā)送從機地址和讀取指令,如果一切正常就從發(fā)起始位,開始讀取低8 位和高8 位數(shù)據(jù),再讀取校驗位,發(fā)送停止位表示讀取完成,最后對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗,數(shù)據(jù)正確就送回數(shù)據(jù),否則重新讀取。讀取后的數(shù)據(jù)為被測物體表面溫度,在測量體溫時,通過對多種數(shù)據(jù)進(jìn)行直線擬合,得到結(jié)果數(shù)據(jù)繪圖。切換成體溫測量模式時,紅外測溫模塊所得的數(shù)據(jù)會經(jīng)過以下函數(shù)的計算,將表面溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成體溫數(shù)據(jù)輸出,見圖6。

          所得函數(shù)為:y = 0.4639x + 20.841

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          圖6 體溫擬合結(jié)果圖

          2.7 自動報警功能

          由上文可知,語音輸出功能選用語音播放芯片DYSV17F,自動報警功能即將語音播放芯片DY-SV17F與STM32F103 單片機搭配,單片機接收從LMT70 溫度檢測電路輸入的邏輯信號和脈沖信號,并將輸入的信號進(jìn)行處理運算,以控制電流或控制電壓的形式輸出給語音播放芯片DY-SV17F,完成各項語音播報和警告提醒。

          2.8 數(shù)值顯示功能

          由原理圖可知,TFTLCD 顯示屏有128×64 個像素點,這為字符及漢字的顯示提供了基礎(chǔ)。讓數(shù)值顯示在固定位置的流程如下:首先在文件夾中找到液晶屏驅(qū)動文件LQ12864.c,輸入文件中的 LCD_P6x8Str() 函數(shù)用來打印字符串,之后為LCD_P6x8Str() 函數(shù)進(jìn)行解釋,輸入x 和y 的坐標(biāo),即字符串初始打印的坐標(biāo),測量溫度及身份識別后,數(shù)據(jù)將會傳輸至STM32F103 單片機里進(jìn)行處理,再通過LCD 顯示在屏幕上。

          2.9 下位機App功能

          手機客戶端由APP Inventor 編程完成,可對該裝置的圖像信息及溫度,口罩佩戴情況進(jìn)行觀測。AppInventor 是一款完全在線開發(fā)的編程軟件,拋去復(fù)雜化的程序代碼而采用積木式的推疊法來完成Android 程式。該系列軟件自行研發(fā)適合手機使用的任意應(yīng)用程序。通過ESP8266 模塊連接上位機和下位機,使服務(wù)端信息發(fā)送給手機頁面,通過TCP/IP 協(xié)議,使其一體化。

          2.10 WI-FI 接收模塊的電路設(shè)計

          此芯片使用了3.3 V 的直流電源,體積小,功耗低,支持透傳,丟包現(xiàn)象不嚴(yán)重,價格低。ESP8266 還允許用戶自己編寫rom,不僅可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能,還可控制建立Wi-Fi 熱點,或者作為Wi-Fi 客戶端連接到某指定路由器,同時還可編程控制所有的GPIO。Wi-Fi 接收模塊電路原理圖見圖7 所示。

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          圖7 Wi-Fi接收模塊電路原理圖

          3   軟件設(shè)計

          該裝置的身份識別功能由身份學(xué)習(xí)功能、人臉識別功能、口罩識別功能組成。身份學(xué)習(xí)功能。OpenMV 將所有的與攝像頭有關(guān)的功能全部封裝在了傳感器模塊中,可以很方便的調(diào)用。先使用sensor.reset() 函數(shù)初始化攝像頭,設(shè)置采集照片的格式為灰度圖像,灰度圖像每個像素僅占1 字節(jié),在之后的圖像特征的提取中處理速度快。再設(shè)置每幀的大小, 等待攝像頭設(shè)置完成后會自動拍攝人臉圖像,每位拍攝者需要拍攝20 張人臉圖像,存入帶有人員編號的文件夾里。常用圖像特征提取方法有Haar-like、HoG、LBP這三種方法,其中LBP為嵌入式開發(fā)最為推薦的方法,雖然精確度不如前者,但其運算速度快,適合題目實時檢測人臉的要求。LBP(Local Binary Pattern,局部二值模式)是一種用來描述圖像局部紋理特征的算子;它具有旋轉(zhuǎn)不變性和灰度級不變性等顯著的優(yōu)點。

          由于OpenMV 擁有圖片提取LBP 特征功能,在拍攝被測人員人臉樣本時,先運行OpenMV 的sensor.set_pixformat(sensor.GRAYSCALE) 灰度轉(zhuǎn)換函數(shù),出來的圖片已經(jīng)轉(zhuǎn)化為灰度圖,再提取出當(dāng)前拍攝圖像的LBP特征函數(shù),將圖片與之前文件夾里存入的被測人員的圖像逐一比對,比對時會逐一比對所有被測人員的圖片,比對完成一組文件夾的圖片后會輸出比對闕值,之后跳轉(zhuǎn)至下一文件夾再次進(jìn)行比對,全部識別完畢后找出比對闕值最低的文件夾,最后輸出文件夾對應(yīng)的人員編號或姓名。

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          圖8 身份識別結(jié)果圖

          口罩識別功能運用了口罩特征點檢測和尋找口罩色塊的功能,在程序運行前將不同口罩的特征點及各種色塊提取完成,方便后續(xù)比對。在拍攝出的灰度圖中,若被測者戴著口罩,OpenMV 會尋找口罩的邊緣并畫出特征點,當(dāng)口罩的特征點匹配正確至一定數(shù)量時,則程序?qū)@示正確識別口罩并顯示被測人員已戴口罩;若特征點識別較少,OpenMV 將會尋找口罩色塊,匹配成功將正確識別口罩,匹配失敗則顯示被測人員未佩戴口罩??谡肿R別流程圖見圖9。

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          圖9 口罩識別流程圖

          4   結(jié)束語

          基于32 位微控制器STM32F103,使用MX90614紅外測溫傳感器和OpenMV 攝像頭,再配合TFTLCD顯示屏、ESP8266 模塊、語音播放芯片DY-SV17F 等設(shè)計了簡易無接觸溫度測量與口罩佩戴情況識別裝置。經(jīng)過測試證明該系統(tǒng)可實現(xiàn)較高精度的溫度測量,能夠通過藍(lán)牙向計算機傳輸溫度數(shù)據(jù),并且具有顯示、識別、報警等輔助功能,可滿足日常生活的需要。不過,該裝置的精度和穩(wěn)定性等有待進(jìn)一步提高,以實現(xiàn)更好的紅外測溫。經(jīng)驗證,該裝置測量數(shù)據(jù)都達(dá)到預(yù)期目標(biāo),實驗結(jié)果準(zhǔn)確。

          參考文獻(xiàn):

          [1]劉志軍.基于SSD算法的口罩檢測[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2021(24):68-69.

          [2]劉啟剛,孫向陽,徐偉.針對實時場景的口罩檢測模型設(shè)計[J].實驗技術(shù)與管理,2021,38(8):76-81.

          [3]余阿祥,李承潤,于書儀,等.多注意力機制的口罩檢測網(wǎng)絡(luò)[J].南京師范大學(xué)學(xué)報(工程技術(shù)版),2021,21(1):23-29.

          [4] 張秀麗,宋蔚.紅外體溫檢測專利技術(shù)綜述[J].河南科技,2021,40(11):144-146.

          [5] 淮旭鴿,莊未,梁才航,等.一種身高自適應(yīng)智能體溫檢測系統(tǒng)[J].桂林電子科技大學(xué)學(xué)報,2021,41(5):407-413.

          [6] 李天睿,謝衛(wèi)平.體溫檢測在人臉識別門禁終端的應(yīng)用[J].電腦與電信,2021(7):68-70.

          (本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年1月期)



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