鐵路實時溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計

孟吳云 劉暢

摘要：隨著鐵路運(yùn)行的不斷發(fā)展，對出行過程中要求不斷增加，在鐵路運(yùn)行過程中對旅客體溫的實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)旅客體溫異常是保證鐵路能夠安全運(yùn)行的重要條件。我國鐵路運(yùn)輸人流量巨大，為此，將研究設(shè)計一款能夠安裝在鐵路座椅上的實時溫度監(jiān)測系統(tǒng)。本設(shè)計根據(jù)要求對無接觸溫度測量與身份識別裝置進(jìn)行研究，該裝置以STM32F103芯片為核心處理器，輔以相關(guān)的外圍電路來進(jìn)行工作，從而設(shè)計了以單片機(jī)為核心的無接觸溫度測量。

關(guān)鍵詞：STM32F103，紅外測溫，單片機(jī)

0引言

我國作為人口大國，地域廣闊，人們中長距離出行首要選擇的還是鐵路方式，為了避免在使用鐵路出行時出現(xiàn)安全健康情況，現(xiàn)在各個車站入口都會進(jìn)行溫度檢測，但是這個溫度檢測只能對進(jìn)站的一段時間進(jìn)行檢測，而不能達(dá)到實時的監(jiān)測。通過在座椅上設(shè)置實時監(jiān)測體溫的裝置，來進(jìn)行監(jiān)測出行人員的體溫，相比與人工監(jiān)測，有著更高的容錯率，而且相比僅對進(jìn)站時的檢測，列車運(yùn)行過程中的監(jiān)測可以更加有效的對乘客進(jìn)行健康狀況的及時判斷，提高安全出行率。

1系統(tǒng)模塊構(gòu)成

紅外輻射（infrared radiation）的定義：任何物體的溫度高于絕對零度（-273.15℃）時都會向外輻射電磁波，其溫度越高，輻射的能量越多。波長涉及紫外、可見、紅外光區(qū)，但主要處于0.8μm～15μm的紅外區(qū)內(nèi)。物體的紅外輻射能量的大小按其波長的分布，與它表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，便能準(zhǔn)確地測定它的表面溫度。

被測物體的輻射線經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)聚焦在光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（一般由人造黑體、熱電堆等組成）上之后，產(chǎn)生電信號，再經(jīng)過放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理后輸出溫度數(shù)字信號。再由單片機(jī)讀取，由OLED顯示出來，其中測量過程的相關(guān)參數(shù)、數(shù)據(jù)處理、控制指令可由按鍵設(shè)置。

1.1 STM32F103單片機(jī)

STM32F103是一個32位的ARM微控制器以及它的最高工作頻率為72MHz同時在存儲器的等待周期訪問時可達(dá)到1.25DMps/MHz。STM32F103單片機(jī)具有高性能、低成本、低功耗的嵌入式的優(yōu)勢，其既可以通過編寫程序來達(dá)到控制蜂鳴器和傳感器。

1.2 GY-906非接觸紅外測溫模塊

GY-906非接觸紅外測溫模塊，該模塊成本低、易于集成，并且支持帶有10K上拉電阻的12C接口。這款溫度傳感器的出廠校準(zhǔn)為：傳感器溫度的范圍為-40℃至125℃，物體溫度范圍為-70℃至380℃。傳感器的溫度范圍約為0.1℃。

1.3 OV7670攝像頭

OV7670圖像傳感器，體積小、工作電壓低，提供單片VGA攝像和影像處理器的所有功能。通過SCCB總線控制，可以輸出整幀、子采樣、取窗口等方式的各種分辨率8位影響數(shù)據(jù)。該產(chǎn)品VGA圖像最高達(dá)到30幀/s。用戶可以控制圖像質(zhì)量、數(shù)據(jù)格式和傳輸方式。

2系統(tǒng)設(shè)計

首先，對目前紅外測量技術(shù)以及對身份識別的技術(shù)進(jìn)行設(shè)計;其次，對無接觸溫度測量與身份識別裝置以STM32F103芯片為核心處理器，輔以相關(guān)的外圍電路來進(jìn)行工作。因此對所涉及的單片機(jī)、GY-906非接觸紅外測溫模塊和OV7670攝像頭模塊等設(shè)備模塊進(jìn)行編程設(shè)計與組裝;在無接觸溫度測量與身份識別裝置完成之后進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集以及保證其在誤差范圍 （溫度值不相差0.1℃） 之內(nèi)確保其準(zhǔn)確度，若出現(xiàn)較大誤差就進(jìn)行設(shè)備修改以此來確保其可行性。

相比于傳統(tǒng)的列車座椅只能放置行李、調(diào)整靠背、放置腳踏板等功能外，結(jié)合了社會需求，對其功能進(jìn)行了進(jìn)一步的升級改造。在傳統(tǒng)的列車座椅上加裝了無接觸測溫裝置，以人臉識別裝置，對座位上的乘客進(jìn)行實時溫度監(jiān)測并將監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為電信號傳輸至后臺屏幕上，并與正常人的體溫數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，若在一定的時間內(nèi)，數(shù)據(jù)持續(xù)高于正常范圍，則會在后臺自動報警。工作流程如圖1所示。

在蜂鳴器報警之后，通過STM32F407單片機(jī)對TFT液晶顯示屏上的人臉進(jìn)行識別，車站值班員對圖像的結(jié)果進(jìn)行處理，同時并對疑似身體健康有問題的乘客進(jìn)行身份識別后加以進(jìn)一步的服務(wù)。身份識別子程序流程圖如圖2所示。

3功能實現(xiàn)

對系統(tǒng)進(jìn)行測試，首先對乘客進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在數(shù)據(jù)采集之后，進(jìn)行結(jié)果測試。單片機(jī)程序初始化，乘客進(jìn)行測溫，當(dāng)乘客溫度超過閾值也就是37.5℃時，蜂鳴器發(fā)生報警;與此同時，攝像頭采集人像數(shù)據(jù)并進(jìn)行人臉檢測。如果沒有檢測到人臉，那么攝像頭將會重新進(jìn)行數(shù)據(jù)采集;當(dāng)檢測到人臉時，對人臉圖像區(qū)域進(jìn)行截取，對截取到的人臉圖像進(jìn)行是否佩戴口罩的鑒定，對未佩戴口罩的乘客車站值班員在后臺接收到蜂鳴器發(fā)出的警報聲后采取相應(yīng)的措施。

4結(jié)論

通過設(shè)計并實現(xiàn)基于STM32的鐵路實時溫度檢測座椅系統(tǒng)。采用STM32F103和GY-906非接觸紅外測溫模塊。根據(jù)測試結(jié)果，系統(tǒng)按照我們預(yù)定義的規(guī)范工作。該系統(tǒng)可以人臉識別裝置，對座位上的乘客進(jìn)行實時溫度監(jiān)測并將監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為電信號傳輸至后臺屏幕上，并與正常人的體溫數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，若在一定的時間內(nèi)，數(shù)據(jù)持續(xù)高于正常范圍，則會在后臺自動報警，給車站工作人員預(yù)警，并對乘客進(jìn)行身份識別后進(jìn)行進(jìn)一步服務(wù)。具有一定的應(yīng)用意義。

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注：本文為遼寧省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目“基于STM32的鐵路實時溫度監(jiān)測座椅”（項目編號：202113207008）研究成果