基于物联网的无线体温监控校园疫情预警系统

3、项目创新特色概述

创新特色主要分为以下几个部分：

（1）非接触式测温

本系统适用于人员密集且流动性较大领域，通过非接触式测温，降低了人工测量时交叉感染的风险，并且可快速获得体温数据。体温数据传输时间大大减少。提高快速应急响应能力，有效遏制了疫情传播风险。

（2）同时实现多目标体温测量

本项目中测量体温，每名同学都相当于一个独立的体温采集的传感器节点，可以让大量的网络拓扑为树状结构的体温传感器节点同时采集数据，即便是大量的人员流动时，也能够快速测温，及时判断。

（3）多预警阈值的选择。

基于数据研究，除将单监测端体温超过37.6 ℃作为触发报警的阈值之外，还将单监测端监测体温上升过快和多个监测端监测体温异常作为判定依据，避免了单个监测预警阈值所产生的不准确性，使得疫情预警更为灵敏、准确和真实。

4、项目研究技术路线

4.1、该项目总系统框图如图（4）所示：

图4 总系统结构框架图

本项目基于 MLX90614 红外测温和无线传感器网络技术，通过大量的网络拓扑为树

状结构的体温传感器节点来采集数据，同时传感体温数据采集子系统采用 ZigBee无线通信技术协议，数据监控中心子系统传输 TCP/IP 数据流，SQL数据库接收数据进行解析并存储，同时基于 B/S 模式的 Web 网络信息中心子系统可实时监控分析学生体温数据，从而动态感知体温的威胁程度。并且汇聚节点作为 ZigBee 网络和客户端的接口，可将体温数据传输到客户端计算机。管理人员可以通过客户端实时监控和查看体温数据。

4.2、硬件部分

4.2.1、该系统硬件部分电路图如图（5）所示：

图5 系统硬件电路图

（1）红外测温

红外测温模块采用MLX90614ESF－ACC 红外线温度感应模块。在出厂前该模块已进行校验及线性化，精度高，体积小，测温范围为－40～85℃，支持SMBus 输入输出标准，兼容脉宽调制（PWM）输出方式。采用SMBus 总线输出方式，将红外测温得到的人的额头温度传送至单片机进行处理。

（2）环境温度检测

环境温度检测模块采用DS18B20 温度传感器，测温范围为-55～125℃，精确度±0．5℃，通过单线数字式接口与单片机连接。

（3）ATmega16 单片机

处理器采用高性能的ATmega16 单片机，时钟模块采用DS1302 时钟芯片显示模块通过74HC595 驱动数码管，实时报警模块主要包括蜂鸣器和发光二极管。

4.3、软件部分

4.3.1、程序流程图

图6 程序流程图

（1）温差修正方法

温差修正方法采用查表法。根据环境温度范围将人的额头温度与人体体温数据做成了若干张温度对照表。单片机接收红外测温模块测量到的人的额头温度和环境温度检测模块测量到的环境温度，先判断环境温度的范围找到对应的温度对照表，再通过查表得到人的额头温度对应的人体体温，从而修正了温差。修正后的体温实时测量装置经过大量测试能准确测量出人体体温。

（2）温度对照表

表(1) 温度对照表

4.3.2、关键阈值确定

本项目在设计时设置了报警功能，当监测到学生体温实时测量结果超出设定阈值或短时间内体温快速升高时，红外测温模块会发出报警信号(声、光信号或震动信号)，提示学生体温异常，并且传输数据至客户端，数据库将记录异常值

4.3.3、数据扫描

温度数据的读取采用定时器中断扫描，若读取到人的额头温度和环境温度，先判断环境温度的范围找到对应的温度对照表，再通过查表得到人的额头温度对应的人体体温，体温数据通过数码管显示。若体温数据高于设置的上限温度，则系统发出声光报警信号。最后将人的实际体温数据通过ZigBee 无线发送模块发送至中心节点。

4.4、数据传输

（1）该系统中无线传输原理图如图（7）所示：

图7 无线传输原理图

（2）ZigBee通信技术

ZigBee技术是一种近距离、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术，其主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。通过 ZigBee 传送数据至计算机终端。数据传输稳定、可靠。

（3）传感体温数据采集子系统

数据采集子系统主要由体温传感器节点、路由节点和汇聚节点组成。大量的网络拓扑为树状结构的体温传感器节点负责采集数据，通过无线通信方式将数据转发到路由节点，物理地址以及采集的数据通过路由转发到汇聚节点。当上位机将相关指令经过网关发送到汇聚节点时也是严格按照 ZigBee 协议规范进行通信。

（4）数据通信与传输子系统

数据传输子系统由网关组成。由于传感体温数据采集子系统采用ZigBee 协议，而数据监控中心子系统传输TCP/IP 数据流，所以数据传输子系统的主要功能就是实现TCP/IP 数据和ＲS232 串行数据之间的互相转换，为上位机和下位机的互联互通提供保障。

（5）数据库建立

采用Windows Server 2012作为服务器操作系统，同时采用MySQL数据库作为该项目的数据库。MySQL数据库是一种轻量级数据库，具有体积小、功能完善、操作简单、安全性高等特点，并且MySQL是一款开源软件，十分适合初级开发者使用。将接收到的实时体温数据存入数据库中便于查询。输入日期温度范围即可快速地对温度数据进行查