基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新型體溫槍系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

劉培策 關(guān)鑫航 佟炘憶

摘 要：為解決疫情期間體溫檢測過程中存在體溫追蹤以及老年人沒有健康碼等諸多問題，文章在市場上普通體溫槍的基礎(chǔ)上，設(shè)計以STM32F103為控制核心，附帶液晶顯示屏、紅外測溫模塊、NB-IOT模塊、RDIF射頻識別模塊、二維碼掃描儀構(gòu)成的新型體溫槍。該新型體溫槍可將收集到的各項數(shù)據(jù)傳輸至國家健康碼云平臺，實現(xiàn)了溫度及位置數(shù)據(jù)實名制，方便對相關(guān)人員的排查、實時向健康碼平臺提交數(shù)據(jù)，方便政府部門對信息的采集，解決了疫情期間一些老年人因沒有健康碼而影響正常生活的問題。

關(guān)鍵詞：紅外測溫;RDIF;二維碼掃描;體溫槍;物聯(lián)網(wǎng)

0 引言

隨著社會的發(fā)展及人們生活水平的提高，人們對方便、快捷的智能產(chǎn)品有了越來越高的要求。雖然物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日益成熟，但仍有許多的技術(shù)沒有應(yīng)用到人們的生活之中。例如對于疫情期間我們使用的體溫槍，有許多因素影響著疫情數(shù)據(jù)的收集工作。第一，現(xiàn)在市場上的體溫槍僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)體溫測量，并沒有其他的一些輔助功能，例如：測溫時的時間信息、測溫時的位置信息、所測溫度的人員信息等。第二，疫情期間處理的溫度數(shù)據(jù)較多，處理起來較復(fù)雜，浪費了人力資源。第三，在一些自媒體平臺以及新聞報道中，我們發(fā)現(xiàn)疫情期間有很多老年人因沒有健康碼而導(dǎo)致生活出行中處處受阻，影響了他們的正常生活。為了滿足廣大人民測溫時的便利性以及提高測溫工作人員的工作效率，節(jié)省工作人員溫度數(shù)據(jù)處理的時間，團(tuán)隊研發(fā)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新型體溫槍，在如今疫情防控常態(tài)化的大背景下，相信該產(chǎn)品會有卓越的表現(xiàn)。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)及其核心技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（Internet of Things，IoT）是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，也是信息時代的重要發(fā)展階段。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是物與物相連的互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用拓展，與其說物聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)，不如說物聯(lián)網(wǎng)是業(yè)務(wù)和應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)主要是指傳感器技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。傳感器技術(shù)也是計算機(jī)應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)。自從有計算機(jī)以來就需要傳感器把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號才能處理。嵌入式系統(tǒng)技術(shù)是綜合了計算機(jī)軟硬件、傳感器技術(shù)、集成電路技術(shù)、電子應(yīng)用技術(shù)的復(fù)雜技術(shù)。如果把物聯(lián)網(wǎng)用人體做一個簡單比喻，傳感器相當(dāng)于人的眼睛、鼻子、皮膚等感官，網(wǎng)絡(luò)就是神經(jīng)系統(tǒng)用來傳遞信息，嵌入式系統(tǒng)則是人的大腦，在接收到信息后要進(jìn)行分類處理。

1.2 RDIF射頻識別技術(shù)

射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）也是一種傳感器技術(shù)，它是融合了無線射頻技術(shù)和嵌入式技術(shù)的綜合技術(shù)。RFID系統(tǒng)一般是由數(shù)據(jù)源、讀寫器和計算機(jī)控制端3部分組成[1]。數(shù)據(jù)源是指粘貼在設(shè)備表面的電子標(biāo)簽，可以包含識別碼、設(shè)備名稱、資產(chǎn)編號等關(guān)鍵信息，通過射頻天線和讀寫器將標(biāo)簽信息獲取到后臺計算機(jī)處理系統(tǒng)中，進(jìn)行信息比對和統(tǒng)計等操作。RFID技術(shù)具有可靠性、安全無污染、數(shù)據(jù)可以重復(fù)讀寫等優(yōu)點[2]，因此已廣泛應(yīng)用于設(shè)備管理、射頻門禁、電子溯源和產(chǎn)品防偽等多個領(lǐng)域。

1.3 紅外測溫技術(shù)

紅外測溫模塊：將人體發(fā)出的紅外光信號轉(zhuǎn)化為電信號的部分。

（1）組成部分：光學(xué)聚焦鏡頭、熱電堆紅外測溫傳感器、信號放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D 轉(zhuǎn)換模塊）。

（2）工作原理：測溫槍的鏡頭靠近并對準(zhǔn)額頭或其他部位時，從人體發(fā)出的各個波長的光經(jīng)過鏡頭聚焦，經(jīng)過濾光片過濾后，只剩下紅外光，這些紅外光大部分是人體存在溫度而輻射出的。用這些紅外光照射并加熱熱電堆，從而在熱電堆上產(chǎn)生電勢差。根據(jù)熱電堆上的電勢差就能判斷人體溫度（即：光信號已經(jīng)轉(zhuǎn)化為電信號）。然后由信號放大器將此電信號放大，再由模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將該模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號或頻率信號，通過補(bǔ)償修正、參數(shù)校準(zhǔn)和算法模擬等工作就可轉(zhuǎn)換為醫(yī)用級的高精度溫度值（數(shù)字電路更精準(zhǔn)，精度達(dá)到±0.1℃），最后將信號輸入單片機(jī)[3]。邏輯關(guān)系如圖1所示。

2 總體設(shè)計

系統(tǒng)組成如圖2所示。此新型體溫槍主要包括：熱電堆式紅外傳感器、高精度信號放大器、A/D 轉(zhuǎn)換器、STM32單片機(jī)、NB-IOT 通信模塊、RFID感應(yīng)模塊等電子器件。本產(chǎn)品由紅外測溫裝置和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)兩大重要模塊組成，其中紅外測溫裝置是由紅外熱電堆式溫度傳感器接收到人體表面發(fā)出的能量后，將紅外能量轉(zhuǎn)換成電信號，放大器把傳感器電信號進(jìn)行放大處理，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D 轉(zhuǎn)換）變?yōu)閿?shù)字信號或調(diào)制解調(diào)處理轉(zhuǎn)換成頻率信號，再通過補(bǔ)償修正、參數(shù)校準(zhǔn)和算法模型等工作就可轉(zhuǎn)換為醫(yī)用級的高精度溫度值，之后物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在其溫度測量完成后將其溫度數(shù)據(jù)，以及測量溫度所在位置信息實時傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)云端。

3 設(shè)備功能

3.1 信息識別功能

該體溫槍掃碼儀可識別健康碼從而實現(xiàn)個人信息識別的功能，對于沒有智能手機(jī)的老年人群體，可以通過RDIF射頻識別模塊來感應(yīng)測溫人的身份證來識別個人信息，可以大大提高測溫的工作效率，解決了老年人沒有智能手機(jī)健康碼的問題。

3.2 信息上傳

體溫槍在測溫后會實時在顯示屏上顯示時間、溫度、姓名等數(shù)據(jù)，并將這些信息上傳到健康碼平臺的云端，從而解決了測溫數(shù)據(jù)處理的人力資源浪費問題，實現(xiàn)了從云端實時查看并跟蹤異常溫度各項數(shù)據(jù)的目標(biāo)。

4 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，現(xiàn)在市場上有很多的智能家居以及共享單車等利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改變?nèi)藗兩钯|(zhì)量的產(chǎn)品。在如今疫情常態(tài)化的大背景下，將傳統(tǒng)的測溫槍同物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合在一起，便利廣大群眾以及工作人員，為我國的疫情攻堅戰(zhàn)做出貢獻(xiàn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]劉冬，靳蓓蓓.基于RFID的醫(yī)療設(shè)備管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].中國數(shù)字醫(yī)學(xué)，2017（6）：25-26.

[2]鄒冬梅.基于RFID技術(shù)的醫(yī)院醫(yī)療設(shè)備管理系統(tǒng)[J].醫(yī)療裝備，2017（1）：26-28.

[3]郭源生.熱電堆式人體紅外測溫傳感器在疫情防控中的應(yīng)用[J].中國高新科技，2020（3）：31-34.

（編輯 王雪芬）