基于Zigbee的幼兒園兒童體溫實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

梁貴芹

摘 要：針對(duì)幼兒園兒童屬于易生病群體，現(xiàn)行幼兒園經(jīng)常因?yàn)楣芾聿粔蚣?xì)致，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)兒童體溫異常問題，設(shè)計(jì)了一種通過周期性地采集幼兒園兒童體溫來實(shí)現(xiàn)對(duì)在園兒童體溫狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過MLX90614來實(shí)時(shí)采集兒童體溫，然后借助Zigbee網(wǎng)絡(luò)將采集到的體溫?cái)?shù)據(jù)傳送到系統(tǒng)監(jiān)控中心進(jìn)行解析，通過體溫?cái)?shù)據(jù)的異常檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)兒童健康問題。該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，具有較好推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：體溫；Zigbee；MLX90614；STM32

中圖分類號(hào)：TH776 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）09-0029-03

Abstract： To solve the problem that current kindergartens are often unable to catch sight of abnormal temperature of children in time for the lack of meticulous management. A system was designed to monitor children's temperature in kindergartens by periodically collecting children's body temperature. The system used MLX90614 sensors to collect the children's temperature in real time， then the temperature data collected was transmitted by the Zigbee network to the system monitoring center to be parsed， and finally it helped to discover children's health problems in time by the detection of abnormal temperature data. The study shows that the system works well and has a good promotion value.

Keywords： human-body temperature； Zigbee； MLX90614； STM32

引言

如今，隨著二胎政策的開放，越來越多的父母由于工作等原因，幼兒上幼兒園的年齡已經(jīng)從原先的三歲，提前到兩歲半或兩歲，而幼兒園兒童屬于易生病群體，近年來因幼兒園管理不夠細(xì)致，兒童在園期間因突然疾病，卻因幼兒園管理人員未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，貽誤就醫(yī)時(shí)機(jī)而造成的傷亡事件不斷發(fā)生[1]，幼兒在幼兒園的健康監(jiān)護(hù)問題已經(jīng)成為社會(huì)關(guān)注的一個(gè)大問題。目前關(guān)于幼兒園安全問題的研究[2-3]也僅限于幼兒接送安全方面，在此為了加強(qiáng)幼兒在幼兒園的實(shí)時(shí)健康監(jiān)護(hù)問題，設(shè)計(jì)了一種基于Zigbee的幼兒園體溫實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，該體溫監(jiān)控系統(tǒng)由系統(tǒng)控制中心（包含Zigbee協(xié)調(diào)器）和分別作為兒童體溫采集手環(huán)、監(jiān)護(hù)教師手環(huán)的Zigbee終端節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。

系統(tǒng)通過兒童體溫采集手環(huán)內(nèi)的MLX90614傳感器來實(shí)時(shí)采集在園兒童的實(shí)時(shí)體溫信息，再通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)將采集到的體溫?cái)?shù)據(jù)上報(bào)給Zigbee協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器將收集到的體溫?cái)?shù)據(jù)，通過SPI接口發(fā)送給STM32F103ZE單片機(jī)。系統(tǒng)控制中心功能是將收集到的體溫?cái)?shù)據(jù)包進(jìn)行解析，如果出現(xiàn)有異常的體溫?cái)?shù)據(jù)，則通過Zigbee協(xié)調(diào)器向監(jiān)護(hù)教師手環(huán)發(fā)送出現(xiàn)異常的兒童的相關(guān)數(shù)據(jù)（如兒童的編號(hào)，姓名等），方便監(jiān)護(hù)教師及時(shí)找到該兒童，并進(jìn)行處理；同時(shí)通過GSM通信模塊告知體溫異常兒童的監(jiān)護(hù)人。控制中心的顯示模塊用于顯示當(dāng)前在園兒童體溫狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)信息，當(dāng)有兒童體溫異常時(shí)，則顯示體溫異常兒童的相關(guān)信息以及是否已經(jīng)被監(jiān)護(hù)教師處理。此外，為了方便日后查詢，控制中心還將接收到的體溫?cái)?shù)據(jù)通過串口傳送到PC端進(jìn)行存儲(chǔ)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)控制中心硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)控制中心采用STM32單片機(jī)為MCU，與Zigbee協(xié)調(diào)器通過SPI接口直接相連，用于接收來自Zigbee協(xié)調(diào)器的體溫?cái)?shù)據(jù)幀，并解析出接收到的體溫?cái)?shù)據(jù)幀中的體溫?cái)?shù)據(jù)狀態(tài)碼，如果是狀態(tài)碼為正常體溫?cái)?shù)據(jù)，則直接將收到的數(shù)據(jù)幀通過串口轉(zhuǎn)發(fā)到PC端進(jìn)行解析與存儲(chǔ)。否則將體溫異常兒童的信息通過協(xié)調(diào)器轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)護(hù)教師手環(huán)，同時(shí)將體溫異常信息通過GSM模塊，以短信形式發(fā)送給該兒童監(jiān)護(hù)人。LCD顯示模塊用于顯示體溫?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果和處理情況。

2.2 兒童體溫采集手環(huán)硬件設(shè)計(jì)

兒童體溫采集手環(huán)用于采集佩戴手環(huán)兒童的實(shí)時(shí)體溫信息，通過MLX90614傳感器采集兒童體溫?cái)?shù)據(jù)[4]，并通過CC2530模塊[5]將采集到的體溫?cái)?shù)據(jù)發(fā)送給Zigbee協(xié)調(diào)器，還可接收來自協(xié)調(diào)器下發(fā)的控制指令。當(dāng)采集到的體溫?cái)?shù)據(jù)在設(shè)置閾值之外時(shí)，會(huì)觸發(fā)聲光報(bào)警，方便監(jiān)護(hù)教師迅速找到該兒童，并進(jìn)行及時(shí)處理。當(dāng)處于兒童休息時(shí)間時(shí)，會(huì)屏蔽掉聲音報(bào)警，監(jiān)護(hù)教師可通過兒童手環(huán)上的報(bào)警燈閃爍以及教師手環(huán)收到的體溫異常兒童信息來及時(shí)找到體溫異常兒童。

兒童手環(huán)上有兩種功能按鍵：設(shè)置按鍵用于設(shè)置兒童體溫采集周期以及報(bào)警體溫閾值，并可用于輸入報(bào)警消除教師工號(hào)；報(bào)警消除按鈕用于確認(rèn)監(jiān)護(hù)教師到場對(duì)體溫異常兒童的報(bào)警進(jìn)行處理。兒童體溫采集手環(huán)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

2.3 監(jiān)護(hù)教師手環(huán)硬件設(shè)計(jì)

監(jiān)護(hù)教師手環(huán)用于接收控制中心通過Zigbee協(xié)調(diào)器下發(fā)的體溫異常兒童信息，方便監(jiān)護(hù)教師及時(shí)找到體溫異常兒童，并進(jìn)行及時(shí)處理。教師手環(huán)上的按鈕用于教師對(duì)接收到體溫異常兒童信息的確認(rèn)，當(dāng)教師處理了體溫異常學(xué)生后，則可通過按鍵輸入處理方式，STM32單片機(jī)會(huì)根據(jù)輸入信息，連同其處理的兒童的信息，處理完成時(shí)間以及教師信息，通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)傳送到Zigbee協(xié)調(diào)器，進(jìn)而與Zigbee協(xié)調(diào)器的STM32單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)包處理，然后上傳到PC上，方便日后查詢。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)控制中心軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)控制中心用于接收來自zigbee協(xié)調(diào)器的體溫?cái)?shù)據(jù)包，并解析出體溫?cái)?shù)據(jù)包中的體溫?cái)?shù)據(jù)狀態(tài)碼，如果體溫?cái)?shù)據(jù)狀態(tài)碼為01（即體溫?cái)?shù)據(jù)異常），則解析出體溫?cái)?shù)據(jù)包中的體溫異常兒童信息，并將該信息發(fā)送到監(jiān)護(hù)教師手環(huán)，等待監(jiān)護(hù)教師進(jìn)行信息確認(rèn)后，然后將體溫異常兒童的信息、處理異常的教師以及處理方式等信息，通過GSM模塊，發(fā)送到該兒童的監(jiān)護(hù)人手機(jī)上。對(duì)于體溫正常的數(shù)據(jù)包，控制中心則直接轉(zhuǎn)發(fā)到PC端進(jìn)行解析與存儲(chǔ)。系統(tǒng)控制中心軟件流程圖如圖5所示。

3.2 兒童體溫采集手環(huán)軟件設(shè)計(jì)

兒童體溫采集手環(huán)用于采集佩戴手環(huán)兒童的實(shí)時(shí)體溫，設(shè)置佩戴兒童的信息、體溫報(bào)警閾值以及體溫采集周期。并將定期采集到的體溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行簡單處理，如果采集到的體溫?cái)?shù)據(jù)不在閾值范圍內(nèi)，則觸發(fā)聲光報(bào)警，并將數(shù)據(jù)打包后，加上體溫異常狀態(tài)碼（0x01），否則加體溫正常狀態(tài)碼（0x00），發(fā)送到與控制中心相連的Zigbee協(xié)調(diào)器上。兒童體溫采集手環(huán)軟件流程圖如圖6所示。

3.3 監(jiān)護(hù)教師手環(huán)軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)護(hù)教師手環(huán)主要給當(dāng)班教師佩戴，用于接收體溫異常兒童的信息，并通過手環(huán)上的確認(rèn)按鈕向協(xié)調(diào)器發(fā)送已收到體溫異常兒童信息，并進(jìn)行處理，同時(shí)通過教師手環(huán)上來反饋對(duì)體溫異常兒童采取的處理方式，方便日后查詢。監(jiān)護(hù)教師手環(huán)軟件流程圖如圖7所示。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于Zigbee的幼兒園兒童體溫實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過MLX90614傳感器采集實(shí)時(shí)兒童體溫?cái)?shù)據(jù)，并借助Zigbee構(gòu)建的無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)借助GSM通信模塊，將體溫異常兒童的體溫?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給監(jiān)護(hù)教師以及兒童監(jiān)護(hù)人，使體溫異常兒童及時(shí)得到救治。經(jīng)測試，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，安裝方便，具有較好的應(yīng)用空間。

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