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時(shí)間：2020-12-20 23:08:39

關(guān)鍵字：傳感器溫度計(jì)

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[導(dǎo)讀]溫度測量設(shè)計(jì)

賽題分析

通過對賽題的分析研究，完成題目的要求需要滿足以下幾點(diǎn)功能要求：

（1）非接觸測量時(shí)應(yīng)當(dāng)滿足的溫度范圍夠大，0-100攝氏度的測溫，并且保證精確度；測量體溫的時(shí)候注意超標(biāo)報(bào)警這一功能，考慮報(bào)警的方式為蜂鳴器報(bào)警和LED燈閃爍。

（2）身份識別是能分辨不同的人，注意同時(shí)出現(xiàn)的情況。

（3）通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行防疫要求的識別（是否佩戴口罩）。

（4）考慮無接觸測量模塊的靈敏度和面部識別的精確性。

系統(tǒng)原理

利用紅外傳感器、面部識別模塊可以獲取人的體溫，判斷他是否符合防疫標(biāo)準(zhǔn)和身份是否正確，經(jīng)過信號調(diào)理以后，便把數(shù)據(jù)發(fā)送給STM32單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理與判斷，并將人的身份和人的體溫送OLED顯示。

人體體溫不在正常范圍內(nèi)時(shí)將發(fā)出報(bào)警。

圖1?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

硬件部分

我們的裝置由控制電路模塊、面部識別模塊、溫度檢測模塊、電源模塊、報(bào)警模塊和顯示模塊等多部分組成。

電源模塊用于對各電路模塊進(jìn)行供電，面部識別模塊由攝像頭進(jìn)行檢測識別，紅外測溫傳感器采集溫度檢測的溫度數(shù)據(jù)值，還會檢測溫度是否合理，有沒有出現(xiàn)異常；

信號調(diào)理電路主要采用I/V轉(zhuǎn)換電路、信號放大電路實(shí)現(xiàn)對傳感器信號的調(diào)理；控制電路以STM32單片機(jī)為控制核心，對各類信號進(jìn)行運(yùn)算處理；

顯示模塊用于顯示系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)。對于各個(gè)模塊的選擇思路如下：

3.1 控制器的選擇

在控制器的選擇是，我們需要考慮的大部分參數(shù)為時(shí)鐘頻率、單片機(jī)上的外設(shè)、外設(shè)的基本參數(shù)、單片機(jī)計(jì)算位數(shù)。我們先選擇單片機(jī)位數(shù)，在8位、16位與32位之間，我們最終選擇了32位，因?yàn)槠涑杀鞠嗖畈淮螅?2位單片機(jī)也是我們使用的最多的。

我們可以使用的32位單片機(jī)有STM32與TIVA C 倆款，但由于賽題沒有要求，所以我們選擇的是最熟悉的STM32單片機(jī)作為控制器。

3.2 無接觸測溫方案的選用

在無線測溫方面，我們賽前訓(xùn)練時(shí)，學(xué)習(xí)了單點(diǎn)式（一個(gè)測量點(diǎn)）測溫傳感器TN901、矩陣式（8*8個(gè)測溫點(diǎn)）測溫傳感器AMG8833，等2種無線測溫模塊。

但是通過賽題分析，我們發(fā)現(xiàn)題目要求中更多的單個(gè)測溫位置的溫度測量，雖然矩陣式也可以當(dāng)作單點(diǎn)式來使用，不過由于我們學(xué)習(xí)了單點(diǎn)式的使用，而且矩陣式轉(zhuǎn)換成單點(diǎn)式傳感器使用時(shí)測量精度不夠理想。

所以最終我們選擇的還是單點(diǎn)式傳感器TN901。

3.3?身份識別方案的選用

身份識別的方案上，我們遇到了難題，我們一開始選用的是Openmv攝像頭模塊，但是它在人臉識別上的測量精度都沒有達(dá)到我們心中的要求，正在我們一籌莫展的時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)了一款新的攝像頭模塊--K210，它對人臉識別準(zhǔn)確度讓我們很驚喜，并且在口罩識別的方面，K210的測試效果也很好，所以最終我們敲定了K210攝像頭模塊作為我們的身份識別方案。

3.4 作品結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)：

對于電子設(shè)計(jì)來說，如果電路是作品的神經(jīng)，那么作品結(jié)構(gòu)就是它的骨骼了，結(jié)構(gòu)是作品至關(guān)重要的一環(huán)，它對作品的穩(wěn)定性、測量誤差的影響是不小的。如果設(shè)計(jì)不好，小則誤差范圍失控，大則整個(gè)系統(tǒng)都會出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的崩潰。

所以我們最終為了攝像頭模塊的穩(wěn)定，選擇了三腳架作為支持，使得人臉識別

更加精準(zhǔn)。

軟件部分

軟件程序主要由顯示程序、身份識別、溫度測量、濾波算法等多個(gè)部分組成，單片機(jī)主要采用C語言編程，執(zhí)行效率高，完成溫度測量與補(bǔ)償，溫度超標(biāo)報(bào)警等功能；

K210則是采用python編程，編程效率高，便于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法。顯示程序用于顯示各個(gè)功能的測量參數(shù)與菜單界面，溫度測量程序通過SPI的協(xié)議測量溫度，并通過濾波算法使溫度測量值的誤差降低。

身份識別程序則是通過K210進(jìn)行人臉識別與口罩識別。

4.1 顯示程序思路

在OLED上顯示菜單，菜單主要功能有設(shè)置模式：溫度報(bào)警值設(shè)置、溫度測量功能選擇、溫度測量模式切換、人臉識別與口罩檢測功能的選擇；

溫度測量時(shí)可以將溫度數(shù)值小數(shù)部分也顯示出來，人臉識別的時(shí)候，可以將識別到的人名字顯示出來，若帶了口罩，會增加一個(gè)口罩符號的顯示，如果是陌生人怎會顯示ERROR。

4.2 溫度測量設(shè)計(jì)思路

無接觸式溫度測量時(shí)，我們采用的TN901的測溫模塊，它工作后通過特殊通訊格式，將數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)，而它給單片機(jī)的數(shù)據(jù)就是二進(jìn)制數(shù)據(jù)，我們需要將二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼、轉(zhuǎn)換、提取得到一個(gè)簡單的、可以用于計(jì)算與顯示的數(shù)值數(shù)據(jù)。

4.3 身份識別設(shè)計(jì)思路

在身份識別上，我們對K210模塊進(jìn)行程序編寫時(shí)，采用的是Python語言，通過Python語言編寫代碼可以讓攝像頭檢測到人臉，然后對比人臉的多點(diǎn)數(shù)據(jù)，如果匹配到對應(yīng)的人員，便通過串行數(shù)據(jù)傳輸總線，發(fā)送一個(gè)簡單的數(shù)值數(shù)據(jù)給單片機(jī)，單片機(jī)接收到以后便進(jìn)行相應(yīng)的顯示，口罩識別也同樣如此。

而現(xiàn)場錄入功能，我們通過按鍵作為信息錄入的開關(guān)，按鍵按下便將攝像頭中的人臉數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)。

4.4 濾波算法

在濾波算法上，由于數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性好看的過去，只是時(shí)不時(shí)會出現(xiàn)偶然的干擾數(shù)據(jù)。

所以我們選用的是中位值平均濾波算法，它又被稱為防脈沖干擾平均濾波算法。通過連續(xù)采集多個(gè)數(shù)據(jù)，去掉最大與最小值；

然后計(jì)算N-2個(gè)數(shù)據(jù)的平均值作為濾波后的溫度值。這種濾波算法對周期性干擾有良好的抑制作用，平滑度高。

結(jié)論

通過多次的測試，我們的設(shè)計(jì)滿足題目的要求，可以通過非接觸式測量人體和物體溫度，有光標(biāo)指示被測點(diǎn)，超標(biāo)，身份識別，身份不符報(bào)警，防疫要求判別，現(xiàn)場學(xué)習(xí)被測人身份并識別等任務(wù)，識別戴了口罩的同時(shí)識別戴口罩人的身報(bào)警份這一功能超出題目要求。

基本部分功能與發(fā)揮部分功能均工作正常，各動(dòng)作所用時(shí)間短，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到題目要求。