自助體溫檢測系統(tǒng)

張勇 廣東省佛山市順德區(qū)大墩初級中學(xué)信息技術(shù)教師，順德區(qū)信息技術(shù)兼職教研員;全國青少年人工智能教育優(yōu)秀輔導(dǎo)教師，廣東省人工智能教育優(yōu)秀輔導(dǎo)教師，佛山市創(chuàng)客教育優(yōu)秀輔導(dǎo)教師，順德區(qū)創(chuàng)客教育聯(lián)盟講師團成員，中科院少年創(chuàng)客學(xué)院390創(chuàng)新科學(xué)教育課程顧問，粵港澳大灣區(qū)青少年創(chuàng)新科學(xué)大賽特邀評委;參與國家級初中《信息技術(shù)》教材和高中《信息技術(shù)》教參的編寫;著有《人工智能——機器視覺識別入門》一書。

課程背景

我國的新冠肺炎疫情雖然目前是可控的，但疫情防控還沒到松懈的時候，學(xué)校仍需做好校園防疫工作，除了要求學(xué)生戴口罩、勤洗手，還要抓好體溫檢測工作。而教師們每日3次檢測體溫，記錄、上報數(shù)據(jù)，工作很煩瑣。為了幫助值崗教師減輕工作負(fù)擔(dān)，我發(fā)動學(xué)生們用創(chuàng)客的思維和辦法來解決這個問題，成立項目小組，合作設(shè)計、制作一款自助體溫檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)自主檢測體溫、記錄學(xué)生體溫數(shù)據(jù)等功能。

教學(xué)目標(biāo)

1.經(jīng)歷項目主題確定，小組分工，自主學(xué)習(xí)，互相探討、制作和修改等項目活動，體驗創(chuàng)客作品制作的全過程。

2.掌握主控板、傳感器、執(zhí)行器的使用方法和編程方法。

教學(xué)重點與難點

教學(xué)重點 掌握哈士奇、語音合成模塊等人工智能設(shè)備的使用;學(xué)會設(shè)計激光切割模具。

教學(xué)難點 熟悉遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫的使用。

教學(xué)準(zhǔn)備

1.硬件準(zhǔn)備：掌控板、掌控擴展板、哈士奇視覺傳感器、非接觸紅外溫度傳感器、語音合成模塊各1件。

2.軟件準(zhǔn)備：Mind+，LaserMaker。

教學(xué)過程

一、教學(xué)導(dǎo)入

師：在黨和全國人民的共同努力下，我國的疫情暫時比較穩(wěn)定。但是新型冠狀病毒并沒有消失，它還躲在暗處尋找機會隨時來襲，我們需要時刻保持警惕。大家回到學(xué)校后，學(xué)校每天消毒，師生一天測量3次體溫，防疫工作做得很扎實，確保了同學(xué)們的身心健康。但是我們也看到，測體溫、登記體溫、錄入電腦、上報等工作很煩瑣，需要花費很多時間，我們能不能做一個自助體溫檢測系統(tǒng)來減輕教師的負(fù)擔(dān)呢？它需要有哪些功能？需要使用到哪些器件？

學(xué)生分小組合作討論，確定系統(tǒng)要有自動檢測體溫、正確識別學(xué)生、語音提示、亮燈報警、自動上傳數(shù)據(jù)等功能，項目的基本原理如圖1。

二、知識回顧

師：老師每天都要用紅外線測溫槍給同學(xué)們測量體溫。紅外線為什么能夠測量體溫呢？其實，紅外線雖然看不見，但是卻有遙感、測溫等諸多功能。如果我們要制作一個非接觸式的自助體溫檢測系統(tǒng)，可以借助DFRobot最新推出的MLX90614紅外測溫模塊實現(xiàn)測量體溫的功能，它能通過探測物體紅外輻射能量的大小和波長的分布來檢測物體的表面溫度。MLX90614紅外測溫模塊使用方法也非常簡單，通過IIC連接主控板。

哈士奇視覺傳感器是一款簡單易用的人工智能視覺傳感器，內(nèi)置6種功能：人臉識別、物體追蹤、物體識別、巡線追蹤、顏色識別、標(biāo)簽（二維碼）識別。自助體溫檢測系統(tǒng)能用到哈士奇的人臉識別功能，如圖2。進入哈士奇的人臉識別功能模塊，將班上的學(xué)生按照學(xué)號順序依次讓哈士奇進行學(xué)習(xí)。哈士奇最多可以學(xué)習(xí)64個人臉，一般情況下一個班的學(xué)生不會超過64個，因此是絕對夠用的。

語音合成模塊可以將文字用語音的方式讀出來，使用方法也非常簡單。本項目需要提示學(xué)生怎么操作，主要用到紅框框出的兩個模塊功能，如圖3。

學(xué)生們的體溫數(shù)據(jù)需要記錄，那怎么把系統(tǒng)中的電子數(shù)據(jù)存儲起來呢？這就需要把數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上傳，存儲到數(shù)據(jù)庫。TinyWebDB是一個小型的在線數(shù)據(jù)庫，我們可以通過無線網(wǎng)絡(luò)讓系統(tǒng)把體溫數(shù)據(jù)自動上傳到TinyWebDB服務(wù)器上存儲。

三、設(shè)計與制作

1.硬件連接

師：掌控板和擴展板連接時，要注意方向。哈士奇視覺傳感器通過IIC接口與擴展板連接。紅外溫度傳感器也通過IIC接口與擴展板連接。語音合成模塊的連接相對比較復(fù)雜一點。語音合成模塊有5根針腳，分別是VCC、GND、RX、TX、BUSY，其中VCC、GND可以與擴展板任意的VCC、GND接口連接，TX接擴展板的P0，RX接擴展板的P1，BUSY接擴展板的P2。如果改變接口，需要在程序中進行設(shè)置。這樣硬件連接就完成了。

2.編寫程序

師：打開Mind+軟件，右上角選擇上傳模式，點擊左下角“擴展”。主控板選擇掌控板，傳感器選擇HUSKYLENS AI攝像頭（哈士奇視覺傳感器）和非接觸紅外溫度傳感器，執(zhí)行器選擇語音合成模板，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)選擇Wi-Fi和TinyWebDB。萬事俱備，下面大家就可以編寫程序了。

學(xué)生編程實現(xiàn)人員名單錄入、人臉識別、測量體溫等功能，如圖4。

3.制作結(jié)構(gòu)件

經(jīng)過測試，程序運行正常。但這些硬件零散地串聯(lián)在一起，使用起來并不方便，因此我們可以用LaserMaker設(shè)計一個盒子，把硬件安裝在里面。設(shè)計結(jié)構(gòu)圖時，要注意給各個元器件都做個開口。其中，哈士奇視覺傳感器和紅外溫度傳感器的突出部分不好處理，可以適當(dāng)開幾個小口，但不是很好看，我們可以使用不干膠進行一定的美化，最終成品如圖5。

學(xué)生測試系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)存在的問題，并及時進行修正。

教學(xué)反思

本節(jié)課基于疫情之下校園生活中普遍存在的體溫檢測問題，帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)非接觸紅外溫度傳感器和TinyWebDB網(wǎng)絡(luò)小型數(shù)據(jù)庫等知識。學(xué)生在鞏固、運用所學(xué)知識的情境下，解決了實際問題，并設(shè)計制作出一個完整的創(chuàng)客作品，不僅提高了自己的計算思維，還培養(yǎng)了創(chuàng)新能力。

（本課件由DF創(chuàng)客社區(qū)推薦）