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[導(dǎo)讀]溫度測(cè)量設(shè)計(jì)

賽題分析


通過對(duì)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(cè)量時(shí)應(yīng)當(dāng)滿足的溫度范圍夠大,0-100攝氏度的測(cè)溫,并且保證精確度;測(cè)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(shí)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(lái)進(jìn)行防疫要求的識(shí)別(是否佩戴口罩)。


(4)考慮無(wú)接觸測(cè)量模塊的靈敏度和面部識(shí)別的精確性。



系統(tǒng)原理


利用紅外傳感器、面部識(shí)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(hào)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(shí)別模塊、溫度檢測(cè)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(duì)各電路模塊進(jìn)行供電,面部識(shí)別模塊由攝像頭進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別,紅外測(cè)溫傳感器采集溫度檢測(cè)的溫度數(shù)據(jù)值,還會(huì)檢測(cè)溫度是否合理,有沒有出現(xiàn)異常;


信號(hào)調(diào)理電路主要采用I/V轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)放大電路實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器信號(hào)的調(diào)理;控制電路以STM32單片機(jī)為控制核心,對(duì)各類信號(hào)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(duì)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(wú)接觸測(cè)溫方案的選用


在無(wú)線測(cè)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(cè)量點(diǎn))測(cè)溫傳感器TN901、矩陣式(8*8個(gè)測(cè)溫點(diǎn))測(cè)溫傳感器AMG8833,等2種無(wú)線測(cè)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(cè)溫位置的溫度測(cè)量,雖然矩陣式也可以當(dāng)作單點(diǎn)式來(lái)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(cè)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(shí)別方案的選用


身份識(shí)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(shí)別上的測(cè)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(duì)人臉識(shí)別準(zhǔn)確度讓我們很驚喜,并且在口罩識(shí)別的方面,K210的測(cè)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(shí)別方案。



3.4 作品結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì):


對(duì)于電子設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),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(duì)作品的穩(wěn)定性、測(cè)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(huì)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(shí)別

更加精準(zhǔn)。


軟件部分


軟件程序主要由顯示程序、身份識(shí)別、溫度測(cè)量、濾波算法等多個(gè)部分組成,單片機(jī)主要采用C語(yǔ)言編程,執(zhí)行效率高,完成溫度測(cè)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(cè)量參數(shù)與菜單界面,溫度測(cè)量程序通過SPI的協(xié)議測(cè)量溫度,并通過濾波算法使溫度測(cè)量值的誤差降低。


身份識(shí)別程序則是通過K210進(jìn)行人臉識(shí)別與口罩識(shí)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(cè)量功能選擇、溫度測(cè)量模式切換、人臉識(shí)別與口罩檢測(cè)功能的選擇;


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


4.2 溫度測(cè)量設(shè)計(jì)思路


無(wú)接觸式溫度測(cè)量時(shí),我們采用的TN901的測(cè)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(jiǎn)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(shí)別設(shè)計(jì)思路


在身份識(shí)別上,我們對(duì)K210模塊進(jìn)行程序編寫時(shí),采用的是Python語(yǔ)言,通過Python語(yǔ)言編寫代碼可以讓攝像頭檢測(cè)到人臉,然后對(duì)比人臉的多點(diǎn)數(shù)據(jù),如果匹配到對(duì)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(jiǎn)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(shí)別也同樣如此。


而現(xiàn)場(chǎng)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(huì)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(duì)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(cè)試,我們的設(shè)計(jì)滿足題目的要求,可以通過非接觸式測(cè)量人體和物體溫度,有光標(biāo)指示被測(cè)點(diǎn),超標(biāo),身份識(shí)別,身份不符報(bào)警,防疫要求判別,現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)被測(cè)人身份并識(shí)別等任務(wù),識(shí)別戴了口罩的同時(shí)識(shí)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。


?

展示

圖2? 測(cè)溫


圖3? 人臉識(shí)別


-END-


最后,歡迎大家來(lái)稿,將自己優(yōu)秀的項(xiàng)目作品,整理成文檔。



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