手持式校園行動軌跡追溯系統研究

洪雨昕,吳言言,查 朦

(南通理工學院 機械工程學院,江蘇 南通 226002)

0 引言

特殊時期進出校園需要體溫測量和核對身份信息,但校園人數比較多,所以進出登記信息就很不方便,需要體溫測量之后還要手寫登記信息或出示證件。所以文章設計了體溫和信息核對一體的儀器,只要每個人把自己的身份信息做成二維碼,放在手機里或者戴在身上,進出校門和小區只需出示二維碼就可以了。這個儀器可以進行體溫測量和識別二維碼,儀器一掃身份信息就會顯示在PC電腦端,并且會有記錄,方便后期查看,這樣進出校門和進出小區人員就能很好地配合工作人員,工作效率更高[1]。

1 硬件系統總體設計

系統通過利用單片機結合各種傳感器制作測溫掃碼槍,將獲取的數據傳輸給PC端,PC端接受顯示出來。單片機和模塊之間可以利用串口通信,而測溫槍和PC端可以利用在同一WiFi下進行TCP通信[2]。系統主要分為上位機和下位機部分。下位機主要包括:傳感器模塊,語音播報模塊,處理器模塊,顯示模塊數據傳輸模塊；上位機主要包括數據處理轉換,數據界面顯示,如圖1所示。

圖1 系統總體設計

1.1 主控電路設計

主控板選用arduino nano,采用mega328p處理器、32 kb閃存、體積小、功能強大,14個數字端口的引腳數量,支持IIC,SPI,UART串行通訊。可用Mini-B USB供電,也可用7-12V的沒有經過調整的(pin 30)電源供電,還可以用經過調整的5 V(pin 27)外部電源供電。

1.2 顯示電路設計

OLED屏幕0.96寸4針OLED屏幕,分辨率為128×64,自發光屏幕,不需要背光源,對比度高,厚度薄,視角廣,反應速度快,采用IIC通信,只需要兩個數據線便可控制。

1.3 SYN6288語音播報模塊

SYN6288由北京宇音天下公司設計。該模塊通過異步串口(UART)通信方式接受待合成文本數據,實現文本到語音(或TTS語音)轉換。該模塊支持GB2312,GBK,UNICODE內碼格式的文本,每次最高合成文本可達200字節。本次應用便采用UNICODE內碼格式合成。

1.4 GY-906測溫模塊

GY-906是一組通用的紅外測溫模塊在出廠前該模塊已進行校驗及線性化,具有非接觸、體積小、精度高,成本低等優點。被測目標溫度和環境溫度能通過單通道輸出,并有兩種輸出接口。從GY-906 種讀出的數據是16位的,由高8 位(DataH)和低8位(DataL)兩部分組成,其中RAM地址07H單元存儲的是TOBJ1數據,數據范圍從0x27AD到0x7FFF,表示的溫度范圍是-70.01～382.19 ℃。

1.5 QD-54QR掃碼模塊

QD-54QR掃碼模塊采用UART異步通信,解碼格式為QRcode,解碼速度15秒/次,自帶蜂鳴器和LED補光,體積小巧,可進行AT指令設置控制LED、蜂鳴器、波特率。

1.6 ESP-01S WiFi模塊

ESP-01S是一款超低功耗的UART-WiFi透傳模塊,擁有業內極富競爭力的封裝尺寸和超低能耗技術,專為移動設備和物聯網應用設計,可將用戶的物理設備連接到WiFi 無線網絡上,進行互聯網或局域網通信,實現聯網功能。ESP-01S封裝方式多樣,天線可支持板載PCB天線、IPEX接口和郵票孔接口3種形式,可廣泛應用于智能電網、智能交通、智能家具、手持設備、工業控制等領域。

2 軟件系統設計

2.1 界面設計

上位機部分通過Python內置工具PYQT5的 QT designer和PyUIC可視化編程利用qt designer對上位機通過類來生成界面。進行界面的生成,控件的創建,創建控件的響應函數。在界面設置好以后生成的ui文件通過Python內置的工具PyUIC將ui文件轉換成py文件方便在其他文件中調用。最后將登錄界面的py文件用pyinstaller打包成exe文件。打開登錄界面的文件,輸入用戶名和密碼點擊登錄,登錄狀態會顯示已登錄,然后彈出數據接收顯示界面,對下位傳輸的數據進行數據顯示[3]。

下位機通過網絡通信數據傳輸各個傳感器模塊。采集和識別的信息通過WiFi無線傳輸發送到Python腳本構建TCP協議的客戶端上位機上。多功能測溫槍上通過ESP8266模塊連接路由器或者無線熱點,同時構建為服務器模式。PC端通過Python使用PYQT5構建的上位機連接WiFi進行數據的接受、處理、顯示、回饋。上位機接收多功能測溫掃碼槍的數據,并進行處理識別顯示對應每個人的二維碼信息并從本地庫調取對應的個人信息照片。

2.2 結構數據整合

上位機與下位機之間采用TCP通信,通過在PC端建立服務器端口,開啟端口監聽,并與端口建立連接,收發數據。圖2展示PC端用Python腳本調用socket開啟服務器端口監聽,進行數據傳輸。

圖2 數據整合流程