一種基于健康碼和體溫同時檢測自動放行系統

吳靜冉　張萍　石皓宇　秦克蓉　王慧

摘要：2020年，新冠肺炎席卷全球。為防止疫情進一步擴散，地鐵、商場、車站等大型公共場合急需篩查出入人流。傳統的放行機器功能單一，且依賴人工控制，具有誤差大、成本高、效率低等缺點，已經達不到當前疫情防控的要求。為控制疫情傳播，減小實體經濟的生存壓力，該文以單片機技術為核心設計一套結合健康碼識別和體溫檢測功能的自動放行系統。系統可以同時判定被測者的健康碼和體溫，當判定結果是合格時，控制閘機放行，判定結果是不合格時，發出光電警報。

關鍵詞：溫度檢測;智能控制;單片機

中圖分類號：TP399? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）26-0066-03

中國作為世界強國，人口基數大，根據綜合規劃司發布的數據，2022年36個中心城市的公共交通客運量達到73.9億人，人員流動頻繁。面對嚴峻的疫情，公共場所根據中華人民共和國國家衛生健康委員會發布的《新冠肺炎疫情期間重點場所和單位衛生防護指南》，對進入場所的顧客和工作人員進行體溫檢測和健康碼識別。傳統的檢測方式是分開檢測體溫和識別健康碼，檢測速度較慢。本系統將體溫檢測和健康碼識別功能合二為一，并加入自動放行和自動報警功能，可以為公共場所提供成本更低，效率更高的檢測方案。此方案不僅可以降低因為被測者長時間排隊帶來的疫情傳播風險，還可以減輕工作人員的工作強度。

1 總體設計

1.1 設計架構

在疫情防控期間，公共場所篩查出入人員由安檢人員檢查被測者出示的健康碼，再用紅外線測溫機器測量被測者體溫。其中健康碼的部分主要是人工檢查，存在效率低下、易被不法分子利用等隱患。溫度檢測部分則使用紅外線人體測溫槍，僅僅做到了檢測，無法做到及時地報警和限制通行。針對這些缺點，本文設計了一種檢測系統。系統以51單片機為核心，包含溫度檢測模塊、健康碼模塊、閘機放行模塊、聲光報警模塊，各個模塊相輔相成，相互聯動，缺一不可。整個系統的結構如圖1所示。

系統將溫度檢測器和健康碼掃描設備內嵌入閘機，調整閘機內部布局，使被測者在健康碼識別設備前出示健康碼的同時，溫度檢測設備檢測被測者露出的手腕，測得被測者身體溫度后通過電子線路將健康碼掃描比對的結果和溫度檢測的結果通過信號轉換器轉化為數字信號后輸入單片機中，由單片機內部程序進行判定。根據判定結果，啟用聲光報警模塊報警或給予放行。

2 硬件設計

2.1 溫度檢測模塊

系統分為多個模塊，其中溫度檢測模塊主要使用專為1μA——10mA的電流水平范圍內工作設計的LM334芯片。該芯片屬于三端電流源，也可用作一個真正二端電流源。LM334芯片作為溫度檢測器具有成本低、無須精密電壓放大冷端補償、長距離傳輸而不損失等優點。該芯片擁有恒流源的特性以及與絕對溫度成正比的敏感電壓特性，這兩處特性決定了它可以作為理想的溫度傳感器。它測量的范圍是0°——+70°。需要注意的是長線的串接電阻并不會影響LM334芯片的測量精度，所以非常符合系統的溫度檢測模塊對高精度測量和中端距離測量人體溫度的需求。具體連接電路如圖2所示。

根據實際需求，將Rset設定為227Ω，則由上式可推得絕對溫度為T的值是274K，輸出電流的值為273[μ]A，此時溫度每增加1℃，輸出的電流都會增加1[μ]A。由此可獲得一個靈敏度為1[μ]A/℃的標準傳感器[1]。傳感器的作用是人體體溫這一非電量轉化為可被機器讀取的電量，再經過信號轉化器轉化為單片機可讀的信號。AT89C51單片機讀取轉化后的信號，得到人體溫度，將其與事先設定好的數值對比，當人體溫度大于預設的安全數值時，連同健康碼的檢測結果一起做出判定是否啟動聲光報警模塊[2]。

2.2 聲光報警模塊

在聲光報警模塊中，采用壓電式蜂鳴器和發光二極管作為報警裝置。利用三極管的開關特性作為模塊的控制裝置。三極管的開關特性指的是當加在三極管發射結的電壓小于PN結的導通電壓時，三極管的基極電流為零，集電極電流和發射極電流均為零，使得三極管失去電流放大作用，此時集電極和發射極之間相當于開關的斷開狀態，電流無法通過三極管。與之相反，當加在三極管發射結的電壓大于PN結的導通電壓時，三極管的集電極電流處于某一定值附近保持不變，此時集電極和發射極之間相當于開關的導通狀態，電流可以通過三極管[3]。將三極管和報警裝置串聯在一起，具體的連接電路如圖3所示。

當單片機啟動聲光報警模塊時，其P3.0口輸出高電平，從而使三極管導通，電流流入壓電式蜂鳴器和發光二極管。這時，蜂鳴器持續地發出“滴”的聲音，同時使發光二極管發光。

2.3 健康碼模塊

健康碼模塊使用的是北京微光互聯科技有限公司生產的掃碼設備MX86，如下圖4所示。MX86支持usb連接、有線連接、以太網等連接方式。它的識別能力優秀，可以在手機屏幕較暗時掃碼識讀，并且具有優秀的掃碼速度，可以有效地提高通行效率。MX86的輸出接口有兩個，分別為5pin口和6pin口，本模塊主要使用6pin口將掃描結果與后臺數據庫做對比，判定健康碼是否合格。若合格，則單片機再結合溫度檢測模塊的檢測結果控制是否閘機放行;若不合格，則單片機控制聲光報警模塊發出警報[4]。

2.4 閘機放行模塊

閘機放行模塊使用的是橋式弧形翼閘。橋式弧形翼閘具有最高每分鐘通行30人的通行速度，并且它對外接口統一，單片機控制方便。在運行過程中，單片機根據輸入信號的判定結果決定是否啟動閘機放行模塊。單片機啟動閘機放行模塊時，閘機的主控面版單片機發送的放行信號，然后主控面板向方向指示器和電機發送對應信號，方向指示燈收到信號后轉化為綠色箭頭，同時限位開關控制電機運轉角度，閘門轉動使行人通行。橋式弧形翼閘自帶的紅外線傳感器，可以檢測行人位置并向主控面板發送信號至閘門，使閘門保持轉動直至行人通過。這個裝置可以有效地保護行人的通行安全，防止非法闖入。

2.5 核心設計

整個系統的核心是AT89C51單片機，這是一種帶4K字節FLASH（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory） 存儲器的CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）8位微處理器。它具有功能豐富、購買便捷、使用簡單和可靠性強等優點。系統將該芯片的P3口作為控制聲光報警模塊的主要引腳。P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可驅動4個TTL門電路。P3口作輸入時，將“1”寫入P3口，使其被內部上拉為高電平。當其被外部下拉為低電平，使得P3口被上拉，從而輸出低電平。將其中P3.0、P3.1口與聲光報警部分相連，利用高低電平對三極管產生的影響，從而控制聲光報警模塊。系統通過P2口和P3口的這些特性進行高低電平的調控，并結合三極管的開關特性，以達到控制其余模塊的效果[5]。整個線路如圖6所示。

3 流程設計

系統運行時，當掃描設備掃描被測者健康碼時，測溫設備同時檢測被測者的體溫。測得的數據經過信號轉換后傳輸至單片機。當單片機判定健康碼合格且體溫低于預設的安全數值時，單片機控制閘機放行模塊予以放行;否則，單片機控制聲光報警模塊發出警報，并向計算機發送信號，使其連接后臺數據庫并查找此人的出行軌跡，將其信息顯示在顯示屏上。具體流程如圖5所示。

4 小結

本系統將健康碼檢測與體溫檢測相結合，相較于已有的放行系統，本系統極大地提高了檢測效率。適用于人流量較大的公共場合，減少了被測者因為先后出示健康碼和測量體溫所帶來的不便。本系統的研發對于控制疫情傳播、保護人民生命安全、輔助交通正常運行、降低人力成本、提高大型公共場所經營企業的生存能力有著重要作用。

參考文獻：

[1] 陳頤容.LM334的特殊應用[J].儀表技術與傳感器，2006（12）：58-59.

[2] 周長彧.基于單片機的多功能溫度檢測系統的設計與研究[D].長春：吉林大學，2008.

[3] 徐淑華.電工電子技術[M].4版.北京：電子工業出版社，2017：104-106.

[4] 黃文淮.單片機原理及應用[M].西北：江西工業大學出版社，2020：31-32.

[5] 沙春芳.PROTEUS VSM在單片機系統仿真中的應用[J].現代電子技術，2004，27（24）：110-112.

【通聯編輯：梁書】

收稿日期：2022-04-10

基金項目：國家級大學生創新創業訓練項目“基于安康碼和體溫同時檢測自動放行的系統”（項目編號202110959059） ;省級大學生創新訓練項目“基于安康碼和體溫同時檢測自動放行的系統”（項目編號202010959142）

作者簡介：吳靜冉（2001—） ，女，安徽合肥人，在讀本科，研究方向為軌道交通信號與控制。