手機(jī)的紅外體溫測(cè)量功能★

張躍看， 潘秋悅， 岳倩倩

（安徽三聯(lián)學(xué)院， 安徽 合肥 230000）

引言

體溫槍和額溫槍比水銀溫度計(jì)測(cè)量精度更高一點(diǎn)，也方便了許多，但是他們的價(jià)格以及使用度還沒(méi)有達(dá)到更高的水平。自疫情嚴(yán)重以來(lái)，我們發(fā)現(xiàn)發(fā)熱這一癥狀成為了感染的主要特征之一，為了能及時(shí)有效地控制疫情蔓延，電子體溫計(jì)和額溫槍在車(chē)站、超市、醫(yī)院以及人流密集的場(chǎng)所使用的比較多。目前常用的接觸式體溫計(jì)有玻璃體溫計(jì)、電子式體溫計(jì)和內(nèi)服式體溫計(jì)等，其也是用于臨床診斷依據(jù)的體溫測(cè)量?jī)x器[1]。現(xiàn)在手機(jī)在我們的生活中起著必不可少的作用，我們可以用手機(jī)在網(wǎng)上進(jìn)行購(gòu)物，休閑娛樂(lè)，還可以利用手機(jī)進(jìn)行外出導(dǎo)航、預(yù)定酒店等。目前我國(guó)國(guó)內(nèi)許多的企業(yè)開(kāi)發(fā)出各種以紅外測(cè)溫為基礎(chǔ)新型的技術(shù)，例如紅外+人工智能、紅外+車(chē)輛、紅外+智能家電設(shè)備、紅外+手機(jī)以及紅外+5G等，用來(lái)滿足多種應(yīng)用場(chǎng)景的需求[2]。

1 手機(jī)紅外測(cè)溫的基礎(chǔ)依據(jù)

通過(guò)在手機(jī)內(nèi)部安裝紅外探測(cè)器去捕獲物體發(fā)出的熱輻射能量，聚集在探測(cè)器上傳輸?shù)綔囟葌鞲衅?，并且將溫度的模擬信號(hào)通過(guò)手機(jī)CPU 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的處理。利用特定算法顯示數(shù)字溫度。但手機(jī)運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生額外溫度以及部分外界條件的變化，可能會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確。那么在這里可通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)模擬出手機(jī)在不同溫度環(huán)境下，以及設(shè)備本身使用情況下產(chǎn)生的溫度影響大小，進(jìn)一步完善算法。

手機(jī)紅外體溫測(cè)量具有便于攜帶、溫度測(cè)量時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)流感的預(yù)防以及及時(shí)察覺(jué)起到作用。推廣溫度計(jì)的使用，使其不拘泥于體溫的測(cè)量，還可以用來(lái)測(cè)量出物體的溫度，這樣一來(lái)就可以使手機(jī)紅外測(cè)量體溫的功能發(fā)揮到最大。但要考慮到設(shè)備硬件的安全，應(yīng)設(shè)定安全的溫度測(cè)量區(qū)間。

2 裝置的基本工作原理

2.1 溫度的捕獲

紅外探測(cè)器捕獲目標(biāo)的能量，傳感器TS118-3采集人體體溫電信號(hào)[3]，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大器將信號(hào)放大，進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)采集。我們要選擇微型紅外探測(cè)器，因?yàn)轶w積越小越好，容易減輕重量，便于元器件的組裝，還可以有效地節(jié)約組裝空間。微型的紅外探測(cè)器具有特征包含著電流和電壓的變換器以及熱電元件等。每當(dāng)熱電元件的電流信號(hào)傳來(lái)的時(shí)候，這時(shí)變換器會(huì)將電流信號(hào)快速地轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)；而此時(shí)的信號(hào)放大器就發(fā)揮了關(guān)鍵作用，它會(huì)以一種獨(dú)特的形式去放大從電流- 電壓變換器接收到的電壓信號(hào)。

現(xiàn)在的很多產(chǎn)品中，紅外探測(cè)器QTP15TO-46封裝就是一個(gè)很好的樣例。

它的優(yōu)點(diǎn)是具有非接觸式表面測(cè)量，集成5～14 μm 紅外濾波片的T0 管殼封裝，具有NTC 熱敏電阻，高靈敏度響應(yīng)時(shí)間快，工作范圍-20 ～+100 ℃。

2.2 信號(hào)的處理

緊接著上一運(yùn)行過(guò)程，這時(shí)的溫度傳感器會(huì)對(duì)溫度模擬信號(hào)進(jìn)行傳遞，傳輸?shù)街醒氲暮诵腃PU 進(jìn)行信號(hào)處理。要經(jīng)過(guò)相應(yīng)的A/D 信號(hào)轉(zhuǎn)換，即將溫度模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。相對(duì)來(lái)講比較重要的部分那就是紅外溫度傳感器這一部分，是因?yàn)閭鞲衅鞯倪x擇類(lèi)型決定了測(cè)量結(jié)果的精度大小。比如數(shù)字式溫度傳感器MLX90614[4]。它本身就可以進(jìn)行相應(yīng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，也可以不再外加A/D 轉(zhuǎn)換電路，這樣的話體積得到了很多縮小，既便于攜帶組裝，又可節(jié)約電路內(nèi)部的空間。而且它具有的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是：精度高。可以達(dá)到0.2 ℃的誤差。除此之外，MLX90614 還具有另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)且低功耗，這樣可以節(jié)約不少電量，增加使用時(shí)長(zhǎng)。

2.3 干擾因素的排除

由于外界環(huán)境的時(shí)刻變化以及手機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的溫度干擾，許多的不確定因素多多少少會(huì)導(dǎo)致測(cè)量溫度結(jié)果的偏差。所以干擾因素的排除這一部分也至關(guān)重要。經(jīng)過(guò)上一步信號(hào)的處理過(guò)后，CPU 將處理完的數(shù)字信號(hào)送到特定的測(cè)體溫軟件中，經(jīng)過(guò)一系列研究的特定算法以及多重的機(jī)械學(xué)習(xí)后，可以將數(shù)字信號(hào)準(zhǔn)確地?fù)Q算出來(lái)。

2.4 運(yùn)行結(jié)果的顯示

最后經(jīng)過(guò)一系列的特定算法和學(xué)習(xí)之后，數(shù)字信號(hào)在屏幕上清楚地顯示出來(lái)。顯示屏顯示出被測(cè)對(duì)象的體溫，同時(shí)設(shè)置一個(gè)閾值[5]，體溫高于這個(gè)閾值手機(jī)系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出提示。

3 裝置具有的優(yōu)點(diǎn)

1）便攜性：智能手機(jī)成為現(xiàn)代社會(huì)不可或缺的部分，該設(shè)計(jì)移植在智能手機(jī)上，更加便攜。

2）高效性：操作簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)處理速度快。

3）實(shí)效性：相較于傳統(tǒng)體溫計(jì)來(lái)說(shuō)，其測(cè)量速度更快，結(jié)果顯示更快，能夠得到實(shí)時(shí)的身體溫度。

4）穩(wěn)定性：該裝置獨(dú)立性較強(qiáng)，系統(tǒng)更加穩(wěn)定。

5）精準(zhǔn)性：溫度測(cè)量誤差較小，可將溫度測(cè)量誤差控制在0.2 ℃左右。

6）創(chuàng)新性：將測(cè)溫裝置植入在智能手機(jī)上，便攜性將會(huì)得到大幅提升。將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)特定算法，能夠最大程度降低測(cè)量誤差。

4 結(jié)語(yǔ)

將測(cè)量體溫功能融入手機(jī)，不僅方便了已經(jīng)擁有該功能的顧客，也可以方便他人。我們?cè)谶M(jìn)去這些公共場(chǎng)所之前提前用手機(jī)測(cè)量好，就像我們常用的安康碼一樣，節(jié)省時(shí)間，還給工作人減輕不少壓力。如果在野外或者沒(méi)有專(zhuān)業(yè)醫(yī)療設(shè)施的地方，那身邊的每個(gè)人都能觀察傷者的體溫狀況，做出響應(yīng)判斷。

由于該裝置是基于手機(jī)開(kāi)發(fā)出來(lái)的，且要增加額外的傳感器等裝置，所以可能會(huì)增加手機(jī)重量，這就不能夠?qū)⑵浔銛y性作到最優(yōu)化，如何為手機(jī)增加額外的傳感器也將是我們面對(duì)的問(wèn)題。