基于Zigbee的幼兒園兒童體溫實時監控系統

梁貴芹

摘 要：針對幼兒園兒童屬于易生病群體，現行幼兒園經常因為管理不夠細致，無法及時發現兒童體溫異常問題，設計了一種通過周期性地采集幼兒園兒童體溫來實現對在園兒童體溫狀況進行實時監控的系統。該系統通過MLX90614來實時采集兒童體溫，然后借助Zigbee網絡將采集到的體溫數據傳送到系統監控中心進行解析，通過體溫數據的異常檢測，及時發現兒童健康問題。該系統性能穩定，具有較好推廣價值。

關鍵詞：體溫；Zigbee；MLX90614；STM32

中圖分類號：TH776 文獻標志碼：A 文章編號：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發現，貽誤就醫時機而造成的傷亡事件不斷發生[1]，幼兒在幼兒園的健康監護問題已經成為社會關注的一個大問題。目前關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，在此為了加強幼兒在幼兒園的實時健康監護問題，設計了一種基于Zigbee的幼兒園體溫實時監控系統。

1 系統總體設計

系統總體結構框圖如圖1所示，該體溫監控系統由系統控制中心（包含Zigbee協調器）和分別作為兒童體溫采集手環、監護教師手環的Zigbee終端節點構成。

系統通過兒童體溫采集手環內的MLX90614傳感器來實時采集在園兒童的實時體溫信息，再通過Zigbee網絡將采集到的體溫數據上報給Zigbee協調器，協調器將收集到的體溫數據，通過SPI接口發送給STM32F103ZE單片機。系統控制中心功能是將收集到的體溫數據包進行解析，如果出現有異常的體溫數據，則通過Zigbee協調器向監護教師手環發送出現異常的兒童的相關數據（如兒童的編號，姓名等），方便監護教師及時找到該兒童，并進行處理；同時通過GSM通信模塊告知體溫異常兒童的監護人。控制中心的顯示模塊用于顯示當前在園兒童體溫狀態的統計信息，當有兒童體溫異常時，則顯示體溫異常兒童的相關信息以及是否已經被監護教師處理。此外，為了方便日后查詢，控制中心還將接收到的體溫數據通過串口傳送到PC端進行存儲。

2 系統硬件設計

2.1 系統控制中心硬件設計

系統控制中心采用STM32單片機為MCU，與Zigbee協調器通過SPI接口直接相連，用于接收來自Zigbee協調器的體溫數據幀，并解析出接收到的體溫數據幀中的體溫數據狀態碼，如果是狀態碼為正常體溫數據，則直接將收到的數據幀通過串口轉發到PC端進行解析與存儲。否則將體溫異常兒童的信息通過協調器轉發到監護教師手環，同時將體溫異常信息通過GSM模塊，以短信形式發送給該兒童監護人。LCD顯示模塊用于顯示體溫數據統計結果和處理情況。

2.2 兒童體溫采集手環硬件設計

兒童體溫采集手環用于采集佩戴手環兒童的實時體溫信息，通過MLX90614傳感器采集兒童體溫數據[4]，并通過CC2530模塊[5]將采集到的體溫數據發送給Zigbee協調器，還可接收來自協調器下發的控制指令。當采集到的體溫數據在設置閾值之外時，會觸發聲光報警，方便監護教師迅速找到該兒童，并進行及時處理。當處于兒童休息時間時，會屏蔽掉聲音報警，監護教師可通過兒童手環上的報警燈閃爍以及教師手環收到的體溫異常兒童信息來及時找到體溫異常兒童。

兒童手環上有兩種功能按鍵：設置按鍵用于設置兒童體溫采集周期以及報警體溫閾值，并可用于輸入報警消除教師工號；報警消除按鈕用于確認監護教師到場對體溫異常兒童的報警進行處理。兒童體溫采集手環硬件結構框圖如圖3所示。

2.3 監護教師手環硬件設計

監護教師手環用于接收控制中心通過Zigbee協調器下發的體溫異常兒童信息，方便監護教師及時找到體溫異常兒童，并進行及時處理。教師手環上的按鈕用于教師對接收到體溫異常兒童信息的確認，當教師處理了體溫異常學生后，則可通過按鍵輸入處理方式，STM32單片機會根據輸入信息，連同其處理的兒童的信息，處理完成時間以及教師信息，通過Zigbee網絡傳送到Zigbee協調器，進而與Zigbee協調器的STM32單片機進行數據包處理，然后上傳到PC上，方便日后查詢。

3 系統軟件設計

3.1 系統控制中心軟件設計

系統控制中心用于接收來自zigbee協調器的體溫數據包，并解析出體溫數據包中的體溫數據狀態碼，如果體溫數據狀態碼為01（即體溫數據異常），則解析出體溫數據包中的體溫異常兒童信息，并將該信息發送到監護教師手環，等待監護教師進行信息確認后，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，發送到該兒童的監護人手機上。對于體溫正常的數據包，控制中心則直接轉發到PC端進行解析與存儲。系統控制中心軟件流程圖如圖5所示。

3.2 兒童體溫采集手環軟件設計

兒童體溫采集手環用于采集佩戴手環兒童的實時體溫，設置佩戴兒童的信息、體溫報警閾值以及體溫采集周期。并將定期采集到的體溫數據進行簡單處理，如果采集到的體溫數據不在閾值范圍內，則觸發聲光報警，并將數據打包后，加上體溫異常狀態碼（0x01），否則加體溫正常狀態碼（0x00），發送到與控制中心相連的Zigbee協調器上。兒童體溫采集手環軟件流程圖如圖6所示。

3.3 監護教師手環軟件設計

監護教師手環主要給當班教師佩戴，用于接收體溫異常兒童的信息，并通過手環上的確認按鈕向協調器發送已收到體溫異常兒童信息，并進行處理，同時通過教師手環上來反饋對體溫異常兒童采取的處理方式，方便日后查詢。監護教師手環軟件流程圖如圖7所示。

4 結束語

本文設計了一個基于Zigbee的幼兒園兒童體溫實時監控系統，該系統通過MLX90614傳感器采集實時兒童體溫數據，并借助Zigbee構建的無線通信網絡進行數據傳輸，同時借助GSM通信模塊，將體溫異常兒童的體溫數據實時傳送給監護教師以及兒童監護人，使體溫異常兒童及時得到救治。經測試，該系統運行穩定，安裝方便，具有較好的應用空間。

參考文獻：

[1]劉金.論幼兒在幼兒園的安全問題[J].教育科學，2017（4）：83.

[2]陳維立，陳向東，李志霞.基于ZigBee的幼兒園無線指紋識別接送系統設計[J].現代電子技術，2014（21）：1-4.

[3]趙筱赫，張春強.指紋識別在幼兒園接送管理系統中的應用[J].數字技術與應用，2013（6）：97.

[4]張菁.基于單片機的紅外體溫計設計[J].數字技術與應用，2017（3）：171-172.

[5]陳晨.基于CC2530的無線測溫系統的設計與實現[D].南京郵電大學，2015.

[6]穆崢，戚偉.便攜式人體健康狀況監控系統設計[J].信息通信，2016（3）：154-155.

[7]夏候凱順，曾憲金，胡立坤，等.基于MLX90614和ZigBee技術的體溫實時監控系統的設計[J].自動化與儀表，2011，26（11）：23-26.

[8]鐘君，蔡黎明，于涌.基于MLX90614的無線溫度采集系統設計[J].傳感器與微系統，2015，34（3）：87-89.