物聯網的校園體溫檢測系統

東南大學成賢學院電子與計算機工程學院 陳 偉 杜德虎 王澤凱 何儒珉

2020年初爆發的新冠肺炎讓我們深刻認識到檢測的重要性，所以做一個便捷校園體溫檢測系統來測溫是有需求的。這個測溫系統主要特點是基于emesp8266系列無線測溫模塊，使用了非手動接觸紅外線的測溫方式，采用了emfrc522無線閱讀卡芯片系列，該芯片可用來識別不同的用戶。校園體溫檢測系統可以對師生進行身份識別和體溫測量，并將數據上傳到網絡服務器，通過客戶端查看。

1 項目簡介

2020年初在我國發生了突如其來的新冠肺炎，及時找出不正常發熱的患者顯得尤為重要，尤其是在一些人流量密集的場所。故本項目針對學校的疫情防控提出了一個方案，以此來篩選和識別是否存在潛伏疫情以便及時地攔截隱患。

本研究項目所要研究的主要是當前物聯網中一些相關技術概念。物聯網這個技術概念主要指的是人類利用智能射頻圖像識別（rfid）、紅外線圖像感應器、全球衛星定位系統、激光圖像掃描器等各種智能信息傳感器和裝置，通過使用物聯網的各個域名，將實物與移動端和互聯網相連和鏈接。學校這種人流流向相對固定，且身份易于識別的場合，該系統可以以較低的價格來實現對每個人的體溫和身份識別，為學生提供一個實時檢測身體健康的方法。

2 方案設計

體溫檢測模塊和讀卡器模塊與主控模塊單片機連接，體溫檢測模塊使用MLX90614ESF-DCI-000-TU（I2C接口）作為紅外探頭，測量手腕處的溫度，紅外探頭連接到開發板，目的是收集體溫數據，當有學生在IC讀卡器上刷卡時檢測其手腕處體溫。讀卡模塊通過讀取IC卡，得到學生信息。ESP8266 nodeMCU單片機收集識別模塊與體溫檢測模塊的數據并通過WiFi模塊上傳到云端服務器。平臺記錄卡里的信息，識別體溫是否正常，并將測得的體溫數據傳輸到用戶的APP里。用戶APP能夠實時查詢和顯示體溫信息。若體溫高于設定值（即體溫高于38℃）觸發報警LED燈，燈閃爍，顯示危險的體溫信息且APP向設備發送請求獲取異常人員卡信息。如圖1所示。

圖1 各系統模塊圖

3 硬件設計

3.1 主控模塊、WiFi模塊

esp8266系列無線模塊是安信可科技公司自主開發和設計的一系列具有高性價比WiFi soc模組。用戶既可以通過使用這個系列的模塊來為其中現有的設備增加互聯網的功能，也可以通過構建獨立的互聯網網絡控制器來實現利用WiFi進行信號傳輸。通過其單片機自帶的WiFi智能化模塊將設備與阿里云平臺進行連接。

3.2 體溫監測模塊

體溫檢測模塊所使用的主要是兩個mlx90614esf-dci-000-tu（i2c紅外接口）作為紅外檢測探頭，連接到一個開發板上，收集體溫檢測監控器的數據，它整合了紅外熱電堆感應器與一款定制的信號調節芯片，可以用于測量-20～120℃的不同溫度變化區間，解析度的值為0.14℃。

3.3 讀卡模塊

mfrc522是目前廣泛應用在13.56mHz非接觸式電子通訊設備中的一種高集成度電子閱讀卡和一系列存儲芯片的其中兩個一員。它與各個應用主機間的串行通訊通信采用了主機連線時間數量較少的多種串行視訊通信，有利于盡量減少連線，縮小spcb板的占用體積，降低了生產成本。

4 程序分析及編程軟件的使用

在本文的一個應用電路板中，單片式主機就是把它作為一個遠程控制器直接嵌入到整個監控系統中，單片機自帶WiFi模塊，可以將接收到的體溫、身份等信息發送到平臺。應用程序開發主要可以分為三個組成部分，即WiFi模塊、測溫模塊的應用、身份識別模塊的開發。身份識別模塊是定義用戶卡號，使用讀卡器讀取用戶卡的信息并進行顯示，然后通過自動路由器與所有物聯網的自動連接（將8266設置為設備sta連接模式，路由器自動確認所有設備目前是否已經具有或者沒有任何網絡訪問權限，認證設備sta能不會直接訪問物聯網路的沒有網絡訪問權限)，使得所有設備在進行連接前先正確設定好網絡WiFi，再連上網絡blinker(blinker)這是一套非常專業且簡單易用的專業物聯網應用解決模式方案，跨設備硬件、跨服務平臺的專業物聯網應用解決模式方案，提供設備APP端、設備端和客戶端主機端、服務器端和客戶端主機端技術支撐，使用公共云數據服務平臺實現對用戶數據的實時傳輸和數據存儲）提供的MQTT服務器代理（因為調庫用到MQTT，且它是輕量級適宜單片機使用），通過代理向訂閱我們消息的阿里云服務器推送消息。如圖2所示。

圖2 各個模塊工作流程圖

5 調試和結果

WiFi模塊、平臺模塊、主控模塊、測溫模塊、身份識別模塊的應用程序調試。用戶在刷卡的同時測量手腕處的體溫，通過測溫模塊將體溫數據傳輸到主控模塊ESP8266單片機上，再通過其自帶的WiFi模塊連接到阿里云平臺的后臺上傳數據，然后身份識別模塊識別身份卡數據，尋找到卡啟動IIC獲取探頭數據5次求平均值輸出，結果通過MQTT協議上傳到blinker，blinker通過阿里云來完成通信。在blinker下建立APP，通過APP向設備請求數據，然后APP顯示體溫信息，延遲一秒上傳卡片信息，如果體溫高于38°，則燈會閃爍一次，顯示危險的體溫信息且APP向設備發送請求獲取異常人員卡信息。

結論：本文主要介紹了基于ESP8266單片機與阿里云物聯網平臺的校園體溫檢測系統。校園體溫檢測系統使用MLX90614ESFDCI-000-TU作為紅外探頭，連接到開發板上，收集體溫數據，并通過LED燈顯示體溫是否正常（不正常為紅燈），通過讀取IC卡確定身份，并通過ESP8266單片機收集識別模塊與體溫檢測模塊的數據上傳到云端服務器。用戶可以通過APP實時查詢體溫信息。比起普通的體溫檢測系統，本項目存在更多的功能：身份的確認、數據的記錄等，更加便捷。該系統可以以較低的價格來實現對每個人的體溫檢測和身份識別。通過刷卡這一必須動作來完成體溫的檢測，免去了昂貴的大范圍紅外測溫儀。本項目適用于大多數大中小學校，也可以拓展用于企事業單位等。