校園健康監控智慧管理系統的研究

摘要：校園是人流聚集的高度密集區，因此對校內人員的健康做好監控工作非常重要，文章設計一個校園健康監控智慧管理系統，該系統由門禁終端和手機App組成，門禁終端安裝在教學樓、宿舍樓、圖書館、食堂等公共出入口，用于處理門禁狀態以及監測體溫數據，終端處理門禁狀態采用NFC技術，在所有公共出入口都要求人員刷卡并識別信息，刷卡同時要求人員靠近測量體溫，通過GPRS網絡上傳至互聯網平臺，還可以通過手機App訪問互聯網平臺得到終端監測數據，通過文章的研究，基本實現了上述功能，該研究為校園疫情防控提供了有效的技術支持。

關鍵詞：微處理器；紅外測溫；NFC；GPRS

中圖分類號：TP391" " " 文獻標志碼：A

文章編號：1009-3044（2025）16-0076-03

開放科學（資源服務） 標識碼（OSID）

0 引言

校園是人流聚集的高度密集區，因此對校內人員的健康做好監控工作非常重要，設計一款校園健康監控智慧管理系統來有效做好校園健康監控工作是一種十分重要的技術手段。校園健康智慧管理系統由門禁終端和手機App組成。門禁終端安裝在教學樓、宿舍樓、圖書館、食堂等公共出入口，當學生進入這些公共場所時，需要刷卡進入，終端的NFC讀卡器識別持卡者信息，判斷是否為該校學生，無接觸測溫模塊同時檢測持卡者的體溫，終端將持卡者的個人信息、體溫等數據通過無線通信模塊與云端連接技術，上傳到云服務器，服務器將數據傳給持卡者手機App端實時查看這些信息。如果持卡者體溫正常，且是該校學生，終端語音模塊會提示可以進入，并自動開放閘門。如果持卡者體溫出現異常，終端的語音模塊會報警提示，閘門不開放，后臺管理者可以迅速搜索相關人群，對相應人群采取有效管控，達到疫情防控的目的。實現了數據的采集，如溫度、卡片信息等；整個過程采用無線通信技術實現數據上傳至服務器；支持現場語音報警以及遠程報警；支持手機App查詢數據[1-2]。

1 硬件設計

在整個健康監控管理系統終端電路圖中，模塊1硬件設計是32位微處理器STM32F103，這款單片機從成本、功耗和性能上來說比較符合本次設計要求，單片機內部RAM中包括有3路串行外設接口，可以保證單片機和外圍設備進行通信，單片機內部還含有由晶振Y1和兩個電容組成的時鐘模塊，主控單元還可以通過串行接口與NFC識別模塊進行數據交換，并使用串行命令進行通信[3]。R1、C3構成上電低電平復位電路；插座XP提供了SWD程序下載接口， U1引腳BOOT1、BOOT0外接公共端實現FLASH程序引導方式[4]。時鐘控制單元、復位控制單元、SWD調試接口，以及程序引導單元協同工作，構成了微控制器的基礎應用框架。

A5部分指的是MXL90614型號的紅外溫度感應器，這種感應器以其非接觸式測量和高精確度而受到青睞。MXL90614是一款經濟實惠的紅外溫度感應器，具備UART通信接口，能夠與微控制器進行串行數據交換。該感應器支持9 600 bps和115 200 bps兩種通信速率，并提供連續數據輸出和按需查詢輸出兩種模式[5]。通過將MXL90614的TX、RX引腳與STM32微控制器的RX、TX引腳相連，即可實現數據通信，從而獲取溫度測量值。A7部分描述的是伺服電機，這是一種帶有旋轉軸的小型設備。當系統向伺服電機發送特定的控制信號時，其輸出軸會轉動到預定位置。只要控制信號保持不變，伺服電機就能維持軸的當前角度；若控制信號有所改變，輸出軸的位置也會相應調整。

2 軟件設計

校園健康智慧管理系統終端包括系統資源分配、主程序、各模塊程序以及App的主程序，主要包括GPRS通信程序、溫度數據采集與處理程序、NFC程序。裝置上電后，系統進入初始化函數，包括I/O口、定時器、延遲、串口、NFC讀卡器啟動、WH-LTE-7S4 V2模塊等進行初始化，其中WH-LTE-7S4 V2模塊初始化就是通過AT指令設置工作模式。按照服務器平臺的協議命令，由WH-LTE-7S4 V2模塊向服務器發送連接請求。整個系統初始化完成后，各個模塊進入等待模式，NFC模塊檢測到卡片，對密鑰進行比對，若比對成功，提示“刷卡成功”，并控制舵機進行開鎖，同時對數據進行解析，將溫度信息、卡片信息通過GPRS的網絡透傳模式直接發送到網絡，不用做任何封裝處理和修改，方便進行數據觀測[6-7]。若比對不成功，提示“您的身份異常，禁止入內”。整個校園防疫智慧管理終端主程序流程圖如圖3所示。

NFC程序流程圖如圖4所示。NFC模塊的核心組件是PN532，其主要功能是在確保鎖具備安全性的同時，簡化開鎖過程[8]。PN532模塊通過電磁場發送信號來探測附近的NFC卡片，它具備一個內置的休眠模式，需要在進行讀寫操作前激活PN532模塊（喚醒） 。當有NFC功能的ID卡或電子設備進入電磁場時，PN532會向STM32發送一個中斷信號，STM32隨即暫停當前程序，以讀取卡片信息。一旦信息讀取完成，通過數據傳輸引腳（SDA） 和串行時鐘引腳將卡片數據傳輸到預設的變量中，并與存儲的數據進行比對。如果比對成功，執行開鎖操作并返回響應；如果比對失敗，則僅返回錯誤信息。

App開發流程圖如圖5所示，App程序設計采用Java語言在Android Studio平臺下編寫[9]。App應用程序分有登錄界面和狀態監測界面。

3 制作與測試

根據設計需求制作實物，包括STM32F103最小系統、MLX90614紅外測溫模塊、NFC模塊、WH-LTE-7S4 V2模塊、MP3-TF-16P語音模塊、OLED顯示模塊。整個系統的終端可實現用卡片解鎖，將卡片放至刷卡位置，NFC模塊檢測到NFC卡片的靠近后，核對卡片的信息和數據庫里的信息，若比對成功則解鎖成功。卡片解鎖過程如圖6所示。

整個系統的終端亦可使用手機解鎖，將卡片復制到支持NFC技術的手機上，手機即擁有一張虛擬卡片，將手機靠近刷卡位置，同樣NFC模塊檢測到卡片后，核對完信息，比對成功即可解鎖，如圖7所示。將App下載安裝完之后，打開App，出現登錄界面如圖8所示，輸入賬號和密碼之后，將自動出現安裝智慧防疫管理系統的終端監測點，點擊該監測點，即可查詢該監測點的相關信息。

4 結束語

在本文設計過程中，按照校園健康智慧管理系統的設計原則完成了數據的采集、利用GPRS實現數據上傳至服務器、支持現場語音報警以及遠程報警、支持手機App查詢等功能。對NFC的技術原理、工作模式等進行了一定程度的研究后，搭建好平臺硬件，確定NFC芯片、微處理器等模塊之間的通信連接方式，實現用卡片和手機解除門禁，并可以在后臺記錄用戶的出入信息，門禁終端安裝在教學樓、宿舍樓、圖書館、食堂等公共出入口，識別進入者的身份和相關信息，然后將持卡者的個人信息、體溫等數據通過無線通信模塊與云端連接技術，上傳到云服務器，服務器將數據傳給持卡者手機App端實時查看這些信息，基本實現了校園健康監控系統的功能要求，該系統還可以應用在其他辦公場合，幫助公司對員工進行健康監控管理。

參考文獻：

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[7] 朱得旭，余定猛，蔣敏捷.智慧安防背景下的門禁技術應用與發展[J].中國安全防范技術與應用，2018（3）：50-53.

[8] 黃麗須.NFC手機取代傳統借書證的可行性研究[C]//福建省圖書館學會.福建省圖書館學會2012年學術年會論文集.福建省圖書館學會：福建省圖書館學會，2012：3.

[9] 劉雙晴，王文虎，彭琛，等.一款智慧書包設計[J].物聯網技術，2021，11（1）：67-71.

【通聯編輯：梁書】