基于STM32的智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)

基于STM32的智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要隨著新冠肺炎疫情的發(fā)展，傳統(tǒng)的智能身份識別與防疫測溫費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且感染風(fēng)險(xiǎn)很高，不能實(shí)現(xiàn)無接觸式檢查，對于一些人流量大的車站很難應(yīng)對，因此本文研究了采用軟件和硬件結(jié)合的思路構(gòu)建全體的智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用STM32單片機(jī)技術(shù)處理和AI技術(shù)對紅外測溫模塊和攝像頭采集到的參數(shù)并通過藍(lán)牙模塊發(fā)送到上位機(jī)，攝像頭和AI技術(shù)可學(xué)習(xí)人臉信息并建立數(shù)據(jù)庫，采用手機(jī)端作為上位機(jī)接受下位機(jī)顯示并設(shè)定溫度閾值，手機(jī)端接收到下位機(jī)發(fā)來的人臉信息并查找數(shù)據(jù)庫，識別到記錄過的人臉后，進(jìn)行紅外無接觸測溫，如果超過溫度閾值蜂鳴器開始示警，系統(tǒng)中的AI技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)，傳感器集成技術(shù)，軟件開發(fā)技術(shù)和溫度傳感器的使用讓工作人員可以實(shí)現(xiàn)非接觸式工作，大大提高醫(yī)護(hù)人員的安全性。關(guān)鍵詞：AI人臉識別；STM32單片機(jī)；防疫測溫；紅外測溫目錄TOC\o"1-3"\h\u第1章前言 第1章前言1.1研究背景及意義隨著新冠肺炎疫情的突然爆發(fā)，現(xiàn)在已經(jīng)蔓延至全球，給中國乃至世界經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展都造成很嚴(yán)重的影響和挑戰(zhàn)。大學(xué)生也深受疫情的影響，例如對即將畢業(yè)高年級學(xué)生找工作進(jìn)行、研究生入學(xué)考試和復(fù)試、大三同學(xué)準(zhǔn)備考研等情況產(chǎn)生不同程度的影響。根據(jù)數(shù)據(jù)研究統(tǒng)計(jì)：只有十分之二的學(xué)生相對較好的掌握了疫情防控的相關(guān)知識和技能，大多數(shù)的學(xué)生只對防疫知識和技能有初步的認(rèn)識，還有少部分學(xué)生對防疫知識的掌握微乎其微[1]。即便各種媒體、資訊平臺廣泛的宣傳關(guān)于疫情防控的知識，雖然學(xué)校已經(jīng)盡快的通過多種途徑將防疫的知識推送給學(xué)生，但仍有很大一部分學(xué)生對新冠疫情認(rèn)識不夠，重視不夠，沒有主動(dòng)學(xué)習(xí)和掌握，缺乏系統(tǒng)指導(dǎo)和實(shí)操培訓(xùn)[2]。我們需要盡快的提高師生們的自我保護(hù)意識，科普新冠狀病毒的肺炎防治知識，不斷的完善新冠肺炎檢測報(bào)告網(wǎng)絡(luò)，采取有效的預(yù)防和管理措施，嚴(yán)格控制新型冠狀病毒的發(fā)生和蔓延[3]。隨著當(dāng)今世界信息化技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人工智能也在不斷地飛速發(fā)展同時(shí)我們對醫(yī)療設(shè)備也要進(jìn)行一系列的升級。當(dāng)新型冠狀病毒肺炎的全球爆發(fā)讓人們意識到，對重大傳染病的發(fā)現(xiàn)、治療手段的開發(fā)已經(jīng)刻不容緩，尤其是對無接觸式體溫測量以及對人員身體健康信息管理的加強(qiáng)[4]。目前處于疫情階段常常會有人核酸檢測異常而我們找不到人在哪的狀況。本文研發(fā)的智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)溫度測量和人臉識別以及安全檢查三個(gè)環(huán)節(jié)同時(shí)進(jìn)行，不僅方便游客快速進(jìn)入還可以提高工作人員的安全性以及景區(qū)的工作效率。國內(nèi)的景區(qū)可以通過健康碼，場所碼以及通行證等多種方式進(jìn)入或者預(yù)約參觀，一些老年人可以通過身份證綁定核酸檢測信息也可以及時(shí)進(jìn)入。但是對于一些想出國旅游的游客這些方式根本派不上用場，一些海關(guān)和海外景區(qū)通過人工安檢，機(jī)器安檢和體溫測量，和核酸信息檢查等方式對游客進(jìn)行身份識別，不僅工序繁瑣，需要的工作人員多，效率低下并且工作人員處于暴露環(huán)境下，人身安全性不高，因此如果將本文研發(fā)的智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)應(yīng)用于安檢設(shè)備幫助緩解工作人員壓力。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀對于醫(yī)療方面國際上的研究人員在這領(lǐng)域?qū)夹g(shù)不斷去探索創(chuàng)新。在2022年，國內(nèi)的研究人員丁一峰等人在《基于STM32的智能身份識別與紅外防疫測溫系統(tǒng)》中設(shè)計(jì)一款基于STM32的智能身份識別與紅外防疫測溫系統(tǒng)[5]。該系統(tǒng)以STM32單片機(jī)為主控芯片，采用K210智能AI模塊訓(xùn)練模型結(jié)合YOLOv5算法進(jìn)行人臉口罩的識別，并將監(jiān)測到的畫面實(shí)時(shí)傳輸?shù)斤@示屏上，通過紅外測溫達(dá)到零接觸測溫的目的[6]。進(jìn)入擁擠的地方，有識別戴口罩的人，檢查進(jìn)來的人體溫的系統(tǒng)。如果發(fā)現(xiàn)有任何異常，可以通過語音廣播系統(tǒng)發(fā)送警報(bào)，該系統(tǒng)在防止新冠肺炎傳播方面起到很好的作用。該系統(tǒng)適用于許多公共場所，包括醫(yī)院、社區(qū)、火車站和購物中心。在2020年，王興等人的團(tuán)隊(duì)在《疫情下的智能身份識別及消毒預(yù)警門禁系統(tǒng)研究》中針對疫情下企事業(yè)單位復(fù)工,學(xué)校開學(xué)返校和公共場所人員流動(dòng)等情況,以及人員進(jìn)出門禁時(shí)所需進(jìn)行的身份信息登記,測溫消毒等繁瑣的防疫檢測問題,研究了一種智能消毒及預(yù)警門禁系統(tǒng)[7]。研究包括:智能消毒及預(yù)警門禁系統(tǒng)模型的構(gòu)建;人臉及身份證信息的采集和智能識別;消毒殺菌的協(xié)同處理策略;人員身份數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)通信和云端存儲.采用非接觸式熱成像攝像機(jī)采集人體體溫信息;構(gòu)建基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的寬度學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型對人臉特征進(jìn)行識別;通過專家控制方式完成對人員狀態(tài)的智能檢測.提出了一種疫情下消毒預(yù)警門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該智能消毒及預(yù)警門禁系統(tǒng)可自動(dòng)完成對出入人員的快速身份識別及檢測消毒過程。在2022年，張宏偉等人在《基于人臉識別和紅外測溫技術(shù)的智能門禁系統(tǒng)》中設(shè)計(jì)了一套基于紅外測溫技術(shù)和人臉識別技術(shù)的門禁系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件主要由ARM處理器、GY-MCU90614型紅外溫度傳感器、OpenMV模塊、TFT液晶組成，該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確測得人員的額頭溫度，并識別出是否為具有進(jìn)入權(quán)限人員[8]。門禁系統(tǒng)的控制全程無人工干預(yù)，可全自動(dòng)化完成門禁管理任務(wù)。在2018年YamadaYukio的團(tuán)隊(duì)在《Near-InfraredTemperatureMeasurementTechniqueforWaterSurroundinganInduction-heatedSmallMagneticSphere.》提出了一種測量感應(yīng)加熱小磁球周圍水和非渾濁水介質(zhì)溫度的技術(shù)[9]。這種技術(shù)利用波長為1150和1412納米，在此波長下水的吸收系數(shù)取決于溫度。水或含有2.0mm或0.5mm直徑磁球的非渾濁水凝膠用1150nm或1412nm的入射光照射，使用窄帶通濾光片進(jìn)行選擇；此外，二維吸光度圖像，即吸收系數(shù)的橫向投影，通過近紅外相機(jī)獲得。當(dāng)溫度的三維分布可以假設(shè)為球?qū)ΨQ時(shí)，它們通過對吸光度曲線應(yīng)用逆阿貝爾變換來估計(jì)，觀察到溫度隨時(shí)間和感應(yīng)加熱功率不斷變化[10]。1.3本文研究內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu)安排本文研究的是利用傳感器與AI技術(shù)、單片機(jī)等技術(shù)研究的智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)，依靠軟件和硬件部分來開發(fā)和升級相關(guān)電子技術(shù)。因?yàn)殡S著新冠肺炎病毒出現(xiàn)以來，安檢工作越來越繁瑣，甚至有些工作人員還被感染，威脅生命健康，因此再安檢過程中使用AI人臉識別技術(shù)是大突破，它的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)與否也小的尤為重要，該系統(tǒng)將單片機(jī)技術(shù)和傳感器技術(shù)相結(jié)合，既高端又可以提升檔次[11]。智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)論文結(jié)構(gòu)安排如下：第一章:閱讀大量相關(guān)文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)，總結(jié)部分研究者的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，根據(jù)需要確定研究方向和意義后，開始研究相關(guān)方案。第二章:編寫緒論方面，在詳細(xì)的尋找方案的方面的資料后，合理的設(shè)計(jì)新型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。第三章:詳細(xì)計(jì)算后，編制可行電路圖，完成物理電路圖的專業(yè)檢查和處理。最后，根據(jù)完整的設(shè)計(jì)方案，選擇合適的軟件和電器，根據(jù)方案將各電器逐個(gè)連接起來。第四章:研究內(nèi)部結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，逐一調(diào)整硬件和軟件性能，說明流程圖和工作原理，并說明特殊的軟件工作機(jī)制。第五章:進(jìn)行最后的調(diào)試，保證系統(tǒng)以及各個(gè)軟件的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和運(yùn)行第六章:最后對整個(gè)過程進(jìn)行總結(jié)與糾正，對整個(gè)系統(tǒng)做出客觀的評價(jià)和改正方案。

第2章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)本章節(jié)通過對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全面剖析，根據(jù)系統(tǒng)預(yù)期功能來提供準(zhǔn)確和貼合實(shí)際的設(shè)計(jì)方案，在前半部分進(jìn)行系統(tǒng)的概述，后半部分對系統(tǒng)方案的可行性做探討，確定可行性后完成系統(tǒng)方案，然后讓所有的研究人員對系統(tǒng)方案有初步了解。2.1技術(shù)需求分析（1）AI人臉識別技術(shù)AI人臉識別技術(shù)是系統(tǒng)方案中最核心也最重要的技術(shù)，系統(tǒng)使用該技術(shù)時(shí)的思路是軟件和硬件相配合，如果把系統(tǒng)比做人體，軟件部分就相當(dāng)于人體的肌肉和韌帶，硬件部分就相當(dāng)于人體的骨骼和關(guān)節(jié)，二者緊密聯(lián)系而又各有所長[12]。軟件系統(tǒng)需要對圖像進(jìn)行采集，收納和整合工作，采集圖像需要用到攝像機(jī)。（2）單片機(jī)控制技術(shù)單片機(jī)是單片型的微型計(jì)算機(jī)，它的主要功能是集成各種芯片和模塊，相對于大型計(jì)算機(jī)，單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是空間小，容易運(yùn)輸和挪用，在極小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的控制，不僅節(jié)省了安裝空間還便于攜帶[13]。單片機(jī)在所有芯片安裝完成并集合后就可以進(jìn)入工作狀態(tài)，耗電量小卻可以完成很大的工作量。（3）紅外測溫技術(shù)紅外測溫技術(shù)是通過使用紅外線來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程非接觸式的體溫測量，紅外線的可以發(fā)出一定的波長，打在人體上會發(fā)生不同程度的變化，人體的溫度不同變化也就不同，利用這個(gè)變化原理來實(shí)現(xiàn)溫度測量[14]。2.2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的技術(shù)檢測和程序運(yùn)行的檢查通過人工操作，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力還容易受到個(gè)體影響從而影響最后的辨別，造成工作失誤的同時(shí)還浪費(fèi)了寶貴的時(shí)間。為了解決此類問題，AI人臉識別技術(shù)推陳出新通過傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)地結(jié)合，在輸入端就可以查看人體體溫及人臉識別的信息，在輸出端顯示系統(tǒng)運(yùn)行的參數(shù)，對通行開關(guān)的控制以及數(shù)據(jù)的傳輸過程的把控。使用紅外測溫模塊和攝像頭采集到的參數(shù)并通過藍(lán)牙模塊發(fā)送到上位機(jī)，攝像頭和AI技術(shù)可學(xué)習(xí)人臉信息并建立數(shù)據(jù)庫，采用手機(jī)端作為上位機(jī)接受下位機(jī)顯示并設(shè)定溫度閾值，手機(jī)端接收到下位機(jī)發(fā)來的人臉信息并查找數(shù)據(jù)庫，識別到記錄過的人臉后，進(jìn)行紅外無接觸測溫，如果超過溫度閾值蜂鳴器開始示警。智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)如圖2.1所示。圖2.1智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)方案框圖2.3主要器件的選型2.3.1單片機(jī)的選型解決方案1：選取STM32系列單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控制器STM32F103C8T6集成了電源和最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主頻最大可以跑72兆赫茲，并且不用時(shí)可以進(jìn)行低功耗休眠狀態(tài)，該款單片機(jī)的內(nèi)核型號為Cortex-M3，這款內(nèi)核是ARM系列單片機(jī)特有的，要比大部分單片機(jī)速度快，但是價(jià)格卻與普通單片機(jī)價(jià)格差不多[15]。單片機(jī)直接就帶有SPI接口、AD采集接口，在電路的接口上更加簡單，3.3V的電源使單片機(jī)更加省電，適用于高端產(chǎn)品中使用。解決方案2：選取用51系列單片機(jī)作為主控制器STC89C51單片機(jī)有32個(gè)普通I/O口并且價(jià)格便宜，可以說是單片機(jī)中價(jià)格最便宜的芯片，但AD、EEPROM等功能需要靠擴(kuò)展，增加了硬件和軟件負(fù)擔(dān)。雖然I/O腳使用簡單，但高電平時(shí)無輸出能力，這也是51系列單片機(jī)的最大軟肋,運(yùn)行速度過慢，51保護(hù)能力很差，很容易燒壞芯片對滿足低端產(chǎn)品可以選擇該單片機(jī)，不適合高速運(yùn)轉(zhuǎn)的產(chǎn)品。結(jié)論：STM32系列單片機(jī)引腳多，操作簡單，成本低，因此首選解決方案一。2.3.2顯示器件的選型解決方案1：選擇LCD1602液晶屏顯示LCD1602的顯示屏采用高科技水凝液晶顯示屏，據(jù)連接和傳輸?shù)乃俣瓤梢钥刂圃?.1s，幾乎人體一接觸到探頭，紅外線傳感器就可以將數(shù)據(jù)傳送給顯示屏，顯示屏就可以清晰的展示出來。解決方案2：選擇OLED液晶屏進(jìn)行顯示OLED12864畫面顯示上更加占有優(yōu)勢，顯示的畫面更加清楚，OLED的尺寸較小，幾乎沒有可視角度的問題，即便我們在很大的視角下觀看，畫面仍然不失真，OLED自發(fā)光在陽光下也能看的見。響應(yīng)時(shí)間是LCD的千分之一，發(fā)光效率更高。所以O(shè)LED顯示屏總體的能耗會更低。結(jié)論：綜合上述，發(fā)現(xiàn)OLED顯示屏對比其他顯示屏來說像素更高，清晰度也更高，壽命也更長，更符合智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)的工作特點(diǎn)和難度，因此首選OLED顯示屏。2.3.3體溫檢測模塊的選型解決方案1：選擇DS18B20傳感器檢測體溫DS18B02溫度傳感器分為兩種類型的電阻傳感器，分別是數(shù)字式和非數(shù)字式，數(shù)字式就是傳感器可以直接顯示出所測量人體的溫度數(shù)值，而非數(shù)字式的電阻傳感器需要將熱敏電阻的阻值經(jīng)過處理后轉(zhuǎn)換為溫度數(shù)值供工作人員查驗(yàn)。這種測量方法無疑增加了感染病毒的風(fēng)險(xiǎn)。解決方案2：選擇MLX90614以非接觸方式測量體溫MLX90614紅外測溫模塊能實(shí)現(xiàn)非接觸測量，由于出廠已經(jīng)做出線性化處理，測量體溫的精度更高，可通過單通道快速直接輸出測量結(jié)果，體積小巧，在一些測溫槍中都可以使用，也更適用于安裝到閘機(jī)上[16]。結(jié)論：明顯MLX90614紅外測溫模塊以非接觸的方式獲取人體體溫測量的數(shù)據(jù)更加安全和準(zhǔn)確，安檢效率更高。因此選擇方案2。2.4本章小結(jié)本章主要對智能人臉識別的單片機(jī)，顯示模塊，紅外線測溫模塊和無線傳輸通信模塊進(jìn)行了元件方案設(shè)計(jì)，然后根據(jù)兩種方案的成本，安裝難度，人力物力情況進(jìn)行了對比，最終選擇了物美價(jià)廉，安裝簡易的方案，最后將所選擇的元件型號和類型記錄在手冊中，為軟件和硬件系統(tǒng)的構(gòu)建打下良好的基礎(chǔ)。第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1主控芯片電路設(shè)計(jì)智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)主控芯片采用的是STM32系列的單片機(jī)，STM32系列的單片機(jī)可以進(jìn)行乘法和除法計(jì)算，甚至在極端情況下可以進(jìn)行加減乘除混合運(yùn)算，但是只能維持一個(gè)程序，因?yàn)榛旌线\(yùn)算很耗費(fèi)時(shí)間，系統(tǒng)的能耗太大容易關(guān)機(jī)短路。單片機(jī)內(nèi)部包括了晶振電路，復(fù)位電路，振蕩器和寄存器等細(xì)小的組件，協(xié)助單片機(jī)完成統(tǒng)籌工作。3.1.1晶振電路晶振電路對于單片機(jī)的作用可以與心臟對于人類的作用相類比，晶振電路的作用是單片機(jī)系統(tǒng)的微型計(jì)數(shù)器和顯示震蕩的總次數(shù)，解決方案一中的STM系列的單片機(jī)體積微小，內(nèi)部集成組件眾多，運(yùn)行穩(wěn)定并且運(yùn)行速率很高。STM系列的單片機(jī)內(nèi)部還裝有限行計(jì)數(shù)器，在電路圖的電壓表位置進(jìn)行連接，幫助振蕩器計(jì)算震蕩次數(shù)更好幫助晶振電路為單片機(jī)提供充足的動(dòng)力。圖3.1晶振電路3.1.2復(fù)位電路復(fù)位電路的存在是為了保證單片機(jī)在情況異?；蛘邩O端條件下及時(shí)終止程序，讓程序恢復(fù)到初始位置來保護(hù)電路和程序代碼。復(fù)位電路雖然功能復(fù)雜，接口很多但是安裝簡單很容易上手，另外需要注意的是復(fù)位電路需要在高電平狀態(tài)下工作，電路中必須要存在電平轉(zhuǎn)換器來保證正常工作。復(fù)位電路中有一個(gè)彈性開關(guān)，一個(gè)電壓，一個(gè)定值電阻和一個(gè)電容。彈性開關(guān)的作用是當(dāng)電路發(fā)生跳轉(zhuǎn)或者程序運(yùn)行異常時(shí)可以及時(shí)彈下來啟動(dòng)復(fù)位電路，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行正常，代碼正確時(shí)彈性開關(guān)就會彈出終止復(fù)位電路。電路中的電容是為了充放電，當(dāng)電路接通后電容就會開始充電來達(dá)到額定電壓，電容的充電是為了達(dá)到一個(gè)較高的電平來維持復(fù)位電路的工作，復(fù)位電路停止后電容就會及時(shí)放電恢復(fù)低電平狀態(tài)。圖3.2復(fù)位電路3.2電源電路設(shè)計(jì)電源模塊歸根結(jié)底是為了給系統(tǒng)提供充足的電能，電源模塊不能太大防止電路被燒壞但是也不能太小因?yàn)檫_(dá)不到額定電壓，因此在電源的選擇上要謹(jǐn)慎。耕耘人員為了防止電路故障時(shí)無法關(guān)閉因此為電源模塊設(shè)置了自動(dòng)開關(guān)，故障時(shí)只需要遠(yuǎn)程操控開關(guān)就可以及時(shí)停止電路運(yùn)行，圖3.3是電源電路。圖3.3電源電路3.3顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路的設(shè)計(jì)離不開人體紅外測溫器，測溫器地工作是測量和采集人體的溫度，而顯示電路是為了通過紅外測溫器測量的溫度來顯示到屏幕上。顯示屏幕的原理是由一個(gè)個(gè)的點(diǎn)陣構(gòu)成的，該OLED顯示屏引腳有2個(gè)接口分別是SDA和SCL，分別負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸入與負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸出，接口是國際通用的型號方便后期的安裝。讀寫引腳是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的讀取，當(dāng)數(shù)據(jù)引腳完成數(shù)據(jù)傳輸后，讀寫引腳會對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類整理和存檔記錄，PB7和PB6兩個(gè)引腳負(fù)責(zé)控制這兩個(gè)引腳。如下圖所示是液晶顯示屏電路的示意圖。圖3.4液晶顯示屏電路3.4人體紅外檢測電路設(shè)計(jì)不管是哪一類關(guān)卡和安檢環(huán)節(jié)，體溫測量和信息檢查無疑是當(dāng)前疫情防控背景下最重要的環(huán)節(jié)，因此測量體溫時(shí)如果采用直接測量法無疑增加了工作人員感染的風(fēng)險(xiǎn)，因此在這個(gè)智能系統(tǒng)中采用紅外檢測，不僅實(shí)現(xiàn)無接觸式測體溫還可以提高工作效率，實(shí)現(xiàn)一人一測快速通過，這個(gè)是防止病毒傳播的關(guān)鍵舉措。紅外測溫電路由許多引腳構(gòu)成，分別是SDA，SCV.GND,VCC和PB系列的特殊引腳，前幾個(gè)引腳在電路中負(fù)責(zé)控制電流的大小來保護(hù)電路，而特殊引腳是為了與測溫模塊對接，幫助熱敏電阻測量阻值和轉(zhuǎn)換為具體的溫度數(shù)值，需要注意的是MLX906紅外測溫電路的額定電壓是5伏特，使用過程中最好一直保持額定電壓來完善系統(tǒng)功能。紅外測溫電路如圖3-5。圖3.5MLX906紅外測溫電路3.5視頻圖像采集電路設(shè)計(jì)在智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)中，由ESP32-CAN攝像頭和AI模塊可學(xué)習(xí)人臉信息并建立數(shù)據(jù)庫。ESP32-CAN攝像頭內(nèi)部含有圖像處理及傳感器，主要實(shí)現(xiàn)的功能是將攝像頭也就是鏡頭采集到的圖像信息進(jìn)行感應(yīng)，并將采集到的圖像信息可以發(fā)送至轉(zhuǎn)換端進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在此過程中，傳感器不僅需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)信息計(jì)算，還需要保證數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。ESP32-CAN攝像頭與單片機(jī)通過RXD和TXD這兩個(gè)串行接口與STM32的PA2、AP3的串行接口分別完成數(shù)據(jù)的輸入和輸出通信。智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)中的視頻圖像采集電路設(shè)計(jì)如圖3.6所示。圖3.6視頻圖像采集電路3.6藍(lán)牙無線通信電路設(shè)計(jì)智能智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)的運(yùn)行過程是攝像頭采集人臉數(shù)據(jù)并記錄，利用AI技術(shù)將人臉信息進(jìn)行處理并與官方的資料庫進(jìn)行比對，采用手機(jī)端作為上位機(jī)接受下位機(jī)顯示并設(shè)定溫度閾值，手機(jī)端接收到下位機(jī)發(fā)來的人臉信息并查找數(shù)據(jù)。此時(shí)用到的技術(shù)就是藍(lán)牙無線通信電路設(shè)計(jì)，連接速度快且方便，非常符合當(dāng)前疫情防控的大背景。利用JDY-31藍(lán)牙模塊與上位機(jī)緊密聯(lián)系可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群桶踩?，防止用戶信息的流失和丟失。JDY-31藍(lán)牙無線通信模塊與單片機(jī)通過RXD和TXD這兩個(gè)串行接口與STM32的PA9、AP10的串行接口分別完成數(shù)據(jù)的通信。智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)中的藍(lán)牙無線通信電路設(shè)計(jì)如圖3.7所示。圖3.7藍(lán)牙無線通信電路3.7本章小結(jié)本章節(jié)介紹的是智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)的內(nèi)核和各個(gè)電路的設(shè)計(jì)，硬件部分的設(shè)計(jì)離不開元器件的選型方案設(shè)計(jì)和綜合因素的考量，設(shè)計(jì)人員需要對內(nèi)核模塊的元件都了如指掌，了解他們的角色和發(fā)揮的運(yùn)用才能更好的完成電路設(shè)計(jì)和后期的電路圖。單片機(jī)和電路的連接過程也在本章有所體現(xiàn)。

第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)主程序就是主要控制ID協(xié)調(diào)智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)的控制器，主要分為檢測端程序，查詢端程序和數(shù)據(jù)發(fā)送程序。檢測程序是通過紅外線測量器測量游客體溫，查詢端程序是查閱游客地核酸檢測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送端就是將游客信息傳輸給上位機(jī)進(jìn)行核對。具體的流程設(shè)計(jì)圖如下圖所示。圖4.1智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)主程序流程圖4.2體溫檢測程序設(shè)計(jì)MLX90614紅外測溫器可以檢測外來人員的體溫，不僅實(shí)現(xiàn)無接觸式監(jiān)測還可以實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的高速通信，在編寫體溫檢測程序時(shí)是按照標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)務(wù)圖和對照代碼符號進(jìn)行編寫的，不僅經(jīng)受住了高溫的考驗(yàn)，還可以實(shí)現(xiàn)快速不間斷的測溫，極大提高了游客的過安檢效率。第二步是對程序進(jìn)行相關(guān)檢查，檢查在數(shù)據(jù)傳輸過程中是否存在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤的情況并及時(shí)改進(jìn)。圖4.2IIC數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序MLX90614紅外測溫傳感器在實(shí)現(xiàn)非接觸式傳播的同時(shí)，通過采集人體然后發(fā)出的特有紅外波長力量，再進(jìn)行光的分析和處理就可以確認(rèn)人體現(xiàn)在的溫度，它的軟件部分的運(yùn)行步驟如下所示:（1）初始化顯示屏幕和國內(nèi)外測溫傳感器所用的Jkb接口；（2）向MLX90614紅外測溫傳感器的內(nèi)核發(fā)出識別溫度的命令；（3）讀取人體特有的紅外線波長范圍，確認(rèn)人體溫度數(shù)值；（3）如果數(shù)據(jù)出錯(cuò)，就會立馬進(jìn)行重新測量然后刪除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，上傳正確的數(shù)據(jù)。智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)中的MLX90614檢測程序流程圖如圖4.3所示。圖4.3MLX90614測溫流程4.3OLED顯示程序設(shè)計(jì)OLED12864的顯示設(shè)計(jì)程序可以實(shí)現(xiàn)對多種信息文字種類的顯示，這種顯示屏采用通體的液晶屏幕設(shè)計(jì)，在使用過程中，該模塊會對液晶屏幕進(jìn)行初始化，然后進(jìn)行定位行列坐標(biāo)，將預(yù)期的顯示字符排列好，然后系統(tǒng)會顯示第一個(gè)字符，然后按照順序一個(gè)一個(gè)顯示，數(shù)據(jù)顯示完成后會自動(dòng)結(jié)束程序。OLED12864的顯示設(shè)計(jì)程序如圖4.4。圖4.4液晶顯示流程圖4.4AI人臉識別信息處理詳細(xì)設(shè)計(jì)智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)是可以與PC端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，二者連接的橋梁是藍(lán)牙無線傳輸模塊，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C端需要用到專門的傳輸路徑，這個(gè)傳輸路徑的安全性，私密性和傳輸速度都更加優(yōu)秀，但是在開啟時(shí)要注意網(wǎng)速，網(wǎng)速達(dá)到5G時(shí)才可以使用這種傳輸路徑，否則傳輸過程將會非?？D，嚴(yán)重影響傳輸速度。圖4.5人臉識別信息處理流程圖4.5AI技術(shù)識別方式AI的人臉識別方式是通過分區(qū)識別和邊緣檢測技術(shù)，所謂分區(qū)識別技術(shù)就是將人臉分為九個(gè)部分，每個(gè)部分用P+相應(yīng)的數(shù)字代替，數(shù)字的順序從左到右然后從上到下依次按照大小順序排列，這與圖像的像素原理不謀而合，像素的分區(qū)越細(xì)致，照片的像素就越好，除了運(yùn)用像素原理還加入了hvj算法和分?jǐn)?shù)算法來提高人臉識別的準(zhǔn)確度，邊緣檢測就是利用細(xì)節(jié)來采集臉頰兩側(cè)地?cái)?shù)據(jù)，具體的圖像如下圖所示。圖4.6AI技術(shù)識別圖4.7圖像像素4.8AI技術(shù)識別流程圖4.6AI人臉識別流程智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)的圖像識別流程如下圖所示，首先系統(tǒng)會讀取上傳的圖片，對圖片進(jìn)行圖像預(yù)處理，然后對人臉的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位和標(biāo)記，之后對圖像進(jìn)行分割，然后存儲到模庫中方便后續(xù)的人臉識別步驟。圖4.6圖像識別流程4.7本章小結(jié)設(shè)計(jì)和實(shí)施智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)的軟件部分是這個(gè)章節(jié)的主要任務(wù)，軟件部分主要包括了體溫檢測模塊，顯示模塊和人臉識別錄入，存儲盒識別系統(tǒng)這三大板塊。每一個(gè)板塊都有對應(yīng)的功能和需求。

第5章系統(tǒng)調(diào)試與測試5.1軟件調(diào)試在整個(gè)智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)的測試過程中，AI技術(shù)的運(yùn)行離不開源代碼和系統(tǒng)的代碼，但是在測試過程中不能只修改系統(tǒng)代碼，系統(tǒng)代碼的修改不能根本解決問題，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行錯(cuò)誤后需要對源代碼進(jìn)行徹底修改，修改完成后觀察程序運(yùn)行的速度，安裝快慢以及流暢性，達(dá)到要求后就可以維持現(xiàn)狀。首先對人臉身份識別系統(tǒng)進(jìn)行軟件調(diào)試，調(diào)試的主要任務(wù)是找出程序運(yùn)行的錯(cuò)誤位置和原因，找出錯(cuò)誤后糾正錯(cuò)誤。軟件調(diào)試中經(jīng)常出現(xiàn)的問題是程序語法錯(cuò)誤和代碼錯(cuò)誤。語法錯(cuò)誤主要是因?yàn)檫壿嬳樞虿徽_，而代碼錯(cuò)誤可能出現(xiàn)代碼編寫錯(cuò)誤、代碼漏寫錯(cuò)誤等等。人臉識別圖如圖5.1所示。圖5.1人臉識別圖但是系統(tǒng)測試的時(shí)間有要求，不能超過設(shè)計(jì)方案完成后三天，在這三天中如果對代碼進(jìn)行一一檢查，時(shí)間來不及并且很費(fèi)力，容易造成人力和資源的浪費(fèi)。所以程序員們殫精竭慮發(fā)明了斷點(diǎn)測試法，通過將代碼分為一小段一小段的，分段進(jìn)行代碼的測試，如果測試通過這一小段都沒有問題，如果測試存在問題或者卡頓那么工作人員就需要對這一小段進(jìn)行逐字逐句更正和檢查，相對于全段的檢查更加省時(shí)省力。以上是代碼編寫的檢查，程序的編寫比代碼更加復(fù)雜。編程是對衣母，字符，數(shù)字和標(biāo)點(diǎn)符號的重組，字母錯(cuò)誤很容易被發(fā)現(xiàn)，但是標(biāo)點(diǎn)符號的錯(cuò)誤很難察覺，需要專業(yè)人士進(jìn)行專業(yè)地分析和認(rèn)證，英文的標(biāo)點(diǎn)符號和中文類似，但是具體的有很大區(qū)別，因此校對時(shí)需要尤其注意[17]。如下圖所示圖5.2錯(cuò)誤檢查5.2硬件測試硬件測試就是將電路圖中的元器件安裝完成后對每個(gè)電路進(jìn)行焊接測試和電流電壓通過測試，測試過程中需要注意的問題如下圖所示:（1）元器件引腳的正負(fù)極問題：通過初中的物理知識正負(fù)極如果接反，電路就會短路，因此在安裝過程中要特別注意正負(fù)極的方向。正負(fù)極在實(shí)物中長得都一樣，都不像電路圖中描繪的那樣長短不一，實(shí)際上的正負(fù)極很難區(qū)分，正負(fù)極接錯(cuò)也是一種很常見的錯(cuò)誤，目前地辦法是正常安裝和連接正負(fù)極，當(dāng)完成連接后可以進(jìn)行正負(fù)極檢測，如果正負(fù)極連接正確，萬能表上的指示燈會正常亮起，如果連接錯(cuò)誤，萬能表會沒有任何反應(yīng)，此時(shí)就需要工作人員調(diào)換正負(fù)極順序，直到指示燈正常亮起[18]。（2）電路虛焊問題：在硬件部分我們需要將一個(gè)個(gè)的電子元件按照電路圖進(jìn)行焊接，但是一些粗心的焊接人員會焊接失誤，表面看著焊接好了但是實(shí)際上內(nèi)部還沒有安裝完成，這種情況在業(yè)內(nèi)被稱為電路虛焊。以焊接人員在焊接過程中需要十分專注，焊接之前檢查工具的精準(zhǔn)度和焊接材料的穩(wěn)定性才能保證焊接牢固。（3）顯示問題：顯示問題主要分為兩類，一種是顯示屏完全打不開，另一種問題是顯示屏中間出現(xiàn)了不規(guī)則的橫紋。導(dǎo)致這些問題的原因有可能是顯示模塊的接口和串口通信錯(cuò)誤，中斷連接，還有可能是因?yàn)楸緛盹@示模塊的元件就是壞掉的，也就是出廠后人員沒有檢查元件的質(zhì)量問題而出現(xiàn)的“后遺癥”，所以在焊接之前需要對元件進(jìn)行檢查然后串口通信連接正確即可。5.3實(shí)物展示智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)的元件連接都是在電路板上完成的，電路板不僅經(jīng)濟(jì)實(shí)用，焊接過程的空間比較大便于專業(yè)人員的發(fā)揮，另外電路板上還自帶正負(fù)極檢測裝備方便及時(shí)檢查和糾正順序，嚴(yán)格把控安裝環(huán)節(jié)。以下的圖5.3是電路板的實(shí)物顯示圖。圖5.3系統(tǒng)實(shí)物展示硬件部分的連接基礎(chǔ)都是電路板，每一個(gè)元器件都會按照專業(yè)人士繪制的電路圖被安裝在相應(yīng)的部位，都安裝在電路板上的原因是方便單片機(jī)對整體的把控。單片機(jī)可以通過接口和串口實(shí)現(xiàn)各模塊的通信保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。實(shí)物運(yùn)行圖如下圖所示。圖5.4智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)的實(shí)物運(yùn)行紅外線到人體然后接收返回信號，通過數(shù)據(jù)中心的處理和計(jì)算來顯示人體的溫度，與正常溫度范圍進(jìn)行比對，溫度過高會報(bào)警，如下圖所示是蜂鳴器報(bào)警工作時(shí)的實(shí)況圖。圖5.5蜂鳴器報(bào)警打開上位機(jī)軟件，進(jìn)行人臉識別，當(dāng)人臉識別成功后，身份識別成功。由藍(lán)牙模塊與上位機(jī)通信，采用python語言創(chuàng)建上位機(jī)應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)人臉識別功能。首先進(jìn)行圖像照片的錄入，也就是圖像訓(xùn)練，將訓(xùn)練圖片存儲到數(shù)據(jù)庫內(nèi)。訓(xùn)練圖片庫如圖5.6所示。圖5.6訓(xùn)練圖片庫經(jīng)過對比后，獲得結(jié)果，人臉識別如圖5.7所示。圖5.7人臉識別5.4本章小結(jié)本章節(jié)的主要內(nèi)容是AI技術(shù)的實(shí)物測試，在對軟件各個(gè)組件的選型和硬件設(shè)備電路圖繪制完成后，分別對軟件和硬件部分進(jìn)行實(shí)物的調(diào)試，軟件部分是測試電子元件焊接情況，硬件部分主要是調(diào)試電路。最后進(jìn)行智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)的測試。

結(jié)論本篇論文的研究內(nèi)容是將新研發(fā)的AI智能人臉識別技術(shù)應(yīng)用在安檢設(shè)備上，通過調(diào)查論文的研究背景和研究市場來分析論文的需求和可行性，通過預(yù)期功能和大概的設(shè)計(jì)思路確定智能安檢設(shè)備的開發(fā)過程和運(yùn)行環(huán)境，然后進(jìn)行系統(tǒng)內(nèi)部電路圖和傳感器連接的圖紙繪制來保證后期安裝的正確性。智能安檢設(shè)備使用的AI技術(shù)和STM32系列的單片機(jī)模塊和多功能傳感器來實(shí)現(xiàn)人臉識別的功能，可以通過人臉識別傳感器的攝像頭來采集人臉信息，采集幾個(gè)關(guān)鍵的時(shí)間節(jié)點(diǎn)并與資料庫內(nèi)的人臉數(shù)據(jù)和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行比對，直觀看到數(shù)據(jù)對比分析結(jié)果和溫度測量的體溫，通過體溫來判斷是否有發(fā)熱。顯示屏的選型也十分重要，需要分為多種方案，在成本，性能和運(yùn)行速度方面比較，選擇最佳方案。完成各個(gè)組件的選型后會對系統(tǒng)的軟件硬件系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，確定可行性。另外調(diào)試完成后需要在實(shí)際情況中接受檢驗(yàn)，檢查出入人員的速度，人臉識別速度，體溫測量是否準(zhǔn)確，特殊情況能否正常運(yùn)行等方面。如果再實(shí)際情況中表現(xiàn)良好就可以將智能身份識別與防疫測溫系統(tǒng)引入安檢設(shè)備中。

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delay_ms(200); Buzzer_L; delay_ms(200);}voidGPIO_Configuration(void){GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; //GPIO輸出配置 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_8; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); //GPIO輸入配置 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_0|GPIO_Pin_1|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IPU; GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);}unsignedchardis_a2[14]={'','','','','','','','','','','','','',''};unsignedchardis_a3[14]={'','','','','','','','','','','','','',''};unsignedchardis_a4[14]={'','','','','','','','','','','','','',''};//發(fā)送數(shù)據(jù)voidsend_data(){ USART_SendData(USART1,name_flag);delay_ms(1);delay_us(200); USART_SendData(USART1,temp_flag/10);delay_ms(1);delay_us(200); USART_SendData(USART1,temp_flag%10);delay_ms(1);delay_us(200); USART_SendData(USART1,bao);delay_ms(1);delay_us(200);}voiddisplay(){ //身份識別防疫測溫 OLED_ShowCN(16*0,0,1); OLED_ShowCN(16*1,0,2); OLED_ShowCN(16*2,0,3); OLED_ShowCN(16*3,0,4); OLED_ShowCN(16*4,0,5); OLED_ShowCN(16*5,0,6); OLED_ShowCN(16*6,0,7); OLED_ShowCN(16*7,0,8); if(start==1) { OLED_ShowCN(16*0,2,3); OLED_ShowCN(16*1,2,4); OLED_ShowCN(16*3,2,9); OLED_ShowCN(16*4,2,10); dis_a2[0]=(name_flag);//用戶名 dis_a2[1]=(':'); dis_a2[2]=('0'+time_flag%100/10); dis_a2[3]=('0'+time_flag%10); dis_a2[4]=('s'); dis_a2[5]=(''); dis_a2[6]='\0'; OLED_ShowStr(16*5,2,dis_a2,2); } elseif(start==2) { OLED_ShowCN(16*0,2,3); OLED_ShowCN(16*1,2,4); OLED_ShowCN(16*3,2,9); OLED_ShowCN(16*4,2,10); dis_a2[0]=(name_flag);//用戶名 dis_a2[1]=(':'); dis_a2[2]=('0'+temp_flag%1000/100); dis_a2[3]=('0'+temp_flag%100/10); dis_a2[4]=('.'); dis_a2[5]=('0'+temp_flag%10); dis_a2[6]='\0'; OLED_ShowStr(16*5,2,dis_a2,2); } else { OLED_ShowCN(16*0,2,0); OLED_ShowCN(16*1,2,0); OLED_ShowCN(16*2,2,0); OLED_ShowCN(16*3,2,0); OLED_ShowCN(16*4,2,0); OLED_ShowCN(16*5,2,0); OLED_ShowCN(16*6,2,0); OLED_ShowCN(16*7,2,0);// bao=0;// send_data();//發(fā)送數(shù)據(jù) } dis_a3[0]=('T'); 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