基于MLX90614和ZigBee技术的体温实时监控系统的设计

《誓　文章编号：１００１—９９４４（２０１１）１１－００２３－０４　基于Ｍ　ＬＸ９０６　１　４和Ｚｉｇ　Ｂｅｅ技术的体温　实时监控系统的设计　夏候凯顺，曾宪金，胡立坤，李光平，叶仁欢　（广西大学电气工程学院，南宁５３０００４）　摘要：提出一种基于ＭＬＸ９０６１４和Ｚｉ弗ｅｅ技术的非接触式体温实时测量无线监控系统的设计　方案。ＭＬＸ９０６１４红外测温模块测量得到人的额头温度，ＤＳＩＳＢ２０数字温度传感器测量环境　温度，在经过大量测试得到的温度数据的基础上．通过拟合得到环境温度、人的额头温度和　人体体温之间的关系，从而修正人的额头温度与人体体温的温差。再利用Ｚｉ　ｅｅ无线通信模　块将人体体温数据传送至计算机终端。实践表明，该系统能在３ｓ内快速、准确地测量出人体　体温，精确度达±０．２ｏＣ，对于人群中温度异常者的排查率高达９２％，适用于中小学校等人流量　大的场合。　关键词：非接触式测温；Ｚ１　ｇＢｅｅ技术；温差修正　中图分类号：ＴＨ８６５　文献标志码：Ｂ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｈｕｍａｎ－ｂｏｄｙ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＭＬＸ９０６１４　ａｎｄ　ＺｉｇＢｅｅ　Ｘ１ＡＨＯＵ　Ｋａｉ－ｓｈｕｎ，ＺＥＮＧ　Ｘｉａｎ－ｊｉｎ，ＨＵ　Ｌｉ—ｋｕｎ，ＬＩ　Ｇｕａｎｇ—ｐｉｎｇ，ＹＥ　Ｒｅｎ—ｈｕａｎ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｎｉｎｇ　５３０００４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｄｅｓｉｇｎ　ｓｃｈｅｍｅ　ｏｆ　ｎｏｎ－ｃｏｎｔａｃｔ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｈｕｍａｎ－ｂｏｄｙ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＭＬＸ９０６１４　ａｎｄ　ＺｉｇＢｅｅ　ｗａｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ＭＬＸ９０６１４　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｍｏｄｕｌｅ　ｃｏｌｌｅｃｔｓ　ｔｈｅ　ｆｏｒｅｈｅａｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｄａｔａ．　ＤＳ１８Ｂ２０　ｄｉｇｉｔａｌ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｅｎｓｏｒ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｄａｔａ　ｗａｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ａ　ｌａｒｇｅ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ　ｔｅｓｔ．Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｆｏｒｅｈｅａｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｈｕｍａｎ－ｂｏｄｙ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｗａｓ　ｆｏｕｎｄ　ｂｙ　ｆｉｔｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｄａｔａ，ｗｈｉｃｈ　ｈｅｌｐｓ　ｔｏ　ｃｏｒｒｅｃｔ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｆｏｒｅｈｅａｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｂｏｄｙ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅ　ｂｏｄｙ－　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｄａｔａ　ｗａｓ　ｓｅｎｔ　ｔｏ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｔｅｒｍｉｎａｌｓ　ｂｙ　ＺｉｇＢｅｅ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｍｏｄｕｌｅ．Ｉｔ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｐｕｔ　ｉｎｔｏ　ｐｒａｃｔｉｃｅ，　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｔｈｅ　ｂｏｄｙ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｒａｐｉｄｌｙ　ａｎｄ　ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ　ｉｎ　３　ｓｅｃｏｎｄｓ　ｗｉｔｈ　ａｎ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ±　０．２￣Ｃ，ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ　ｏｆ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｅｏｐｌｅ　ｗｈｏｓｅ　ｂｏｄｙ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｗａｓ　ａｂｎｏｒｍａｌ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｒｏｗｄ　ｒｅａｃｈｅｓ　ｕｐ　ｔｏ　９２％．Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗａｓ　ａｐｐｌｉｃａｂｌｅ　ｆｏｒ　ｐｌａｃｅｓ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ　ｆｌｏｗ　ｏｆ　ｐｅｏｐｌｅ　ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ　ｆｏｒ　ｐｒｉｍａｒｙ　ａｎｄ　ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　ｓｃｈｏｏｌｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｎｏｎ－－ｃｏｎｔａｃｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ＺｉｇＢｅｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ　近些年来，由各种流感病毒引起的恶性疾病层　出不穷，如何控制这些疾病的传播成为全世界共同　探讨的问题。这些疾病都有一个共同的特点，就是　和监控显得日益重要。尤其像人流量较大的公共场　所，如中小学校、飞机场、火车站、工业区等都需要大　量的体温测量。但传统的温度计测量体温的方式效　率低下，导致测量工作费时费力。　发病期间会伴有发烧发热现象．因此体温实时测量　收稿日期：２０１１－０５—２４：修订日期：２０１１－０６—０１　基金项目：国家大学生创新性实验计划项目（２００９１９）资助　作者简介：夏候凯顺（１９９１一），男，本科，研究方向为自动化；胡立坤（１９７７一），男，博士，副教授，研究方向为非线性动力学系　统与控制、工业测控网络、发射机监控。　有动能与仪表２０１１（１１）　田　非接触式红外测温方法…能测定人的额头温度，　通过修正人的额头温度与人体体温的温差便可得　到准确的人体体温。Ｍｅｌｅｘｉｓ公司生产的ＭＬＸ９０６１４　红外测温模块是一种使用方便的红外测温器件，测　温方式为高精度无接触远程测温，在温度范围为　３２　４２　时．测量的绝对精度为±０．２　。为了修正人　的额头温度与人体体温的温差，引入ＤＳ１８Ｂ２０数　字式温度传感器用于环境温度的测量。本文提出一　种基于ＭＬＸ９０６１４红外测温和ＺｉｇＢｅｅ无线通信技　术Ｅ３　３构建适用于中小学校的体温实时监控系统的设　计方案　Ｆｉｇ．１　Ｂｌｏｃｋ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　１　系统方案　系统框图如图１所示，主要由体温测量节点、　中心节点和计算机终端构成。　红外测温模块和环境温度检测模块分别测得　人的额头温度和环境温度，单片机通过对当前环境　上限温度时，实时报警模块发出报警信号，从而排查　出人群中的体温异常者。温差修正后的人体体温数　据经ＺｉｇＢｅｅ无线通信模块发送至计算机终端，上位　位机软件及数据库对体温数据进行显示、存储、管理，件　　从而实现体温的实时监控。　温度下人的额头温度与人体体温的温差进行修正　得到人体体温。显示模块显示系统时间、人体体温　以及环境温度，键盘模块用于系统复位、调整时间　和设置温度上限。当检测到的人体体温大于设置的　电源模块　ｒ　Ｃｂ　—　团圆圆　ＡＴｍｅｇａｌ６　Ｉ　２硬件设计　系统的硬件电路图如图２所示，主要包括体温　测量节点各个模块电路。　Ｎ＂　…ｄ　“　丽　：：，．、　ＡＬ生Ｊ　”　ｌ、　ｎ　６—　：『　　ｌ　Ｌ　∽｛Ｎ”Ｌ　一。　Ｉ：（－　一　Ｃｄ　—　Ｃｅ　一　ｊ　厂—　Ｍ２９４０Ｃ　ｒ一５Ｖ　ｒ－。　１）ｓ０　｛　ＤＳｌ　２　ＰＢ０　Ａ　ｈｎｔ　ａ１６　ＰＡ０　ＤＳ２　３　Ｐ￡　Ｂ２３　Ｐ＾Ａ２３　３８７　ＰＡ２３　齄９Ｒ５　５　　囊　誊Ｏ５　ＰＢｊ　ＰＡ】　４０　ＰＡ０　３９　Ｖｃｃ　１雨书　ＭＲＳＨ　Ｑ７　ＣＰＱ６　０７　ＧＮＤ　兰　ＲＩ　ｌ１Ｒｅｓ２　Ｊ＿一！ｉ基）＝　龃　２－　—　７４ＨＣ５９５　二ＯＡ　３　————一　堕　Ｕ　ｌＩＩ　Ａ１　懊÷　数码管Ｉ　２Ｅ　ＰＢ４　ＰＡ４　３６　Ｐ＾４　３５　ＰＡ５　ＰＡ５　３４　ＰＡ６　ＰＡ６　３３　ＰＡ７　。　亨ＧＮＩ）ｉ　一『　　上Ｒｆ１¨ｌ（１１　ＤＳ５　ＵＳ６　”　ＶＣＣ享一［　　　ＰＢ７　ＤＳ７　８　ＤＳ８　９　Ｒ６　ｌ’Ｂ５　７　０Ｂ６　—！　：　拦　实时报警模块　ｖｃ（　ｈ　ｖｃ（　３２　半　圭　工　ｅ　￣＿　－Ｌ　Ｃ８　１　ｉ　十１　．　．．。　—ｒ———　广—　广彳曲ｏ　￣，ＣＣ　￣ＲＥ　ＳＥＴ　Ｉ　ＥＳＦｒ　ＡＲＥＦ　ＶＣＣ　ＶＣＣ　３１３　（　０　ｌ】　ＧＮＤ　键盘模块　。　２９　Ｐ（：７　Ｃ４　Ｉ　ｘＦＭ１ｌ３　Ｘ－ｒＡＩ　１　ＸＴＡＩ　１　２８ｌ，（ｉ６　Ｃａｐ　２０ｐ　ｖ】　Ｌ　ＧＮＤ　～　圜　高　时钟模块　工二＝　吉ＧＮＤ　—　是　【：３　Ｔ　ｘＩ’ＡＩ　ｌ７　ＰＩ）２　ＰＩ）２　２５４　Ｈ　ＢＺ　１　８　Ｐｎ３　ＰＤ３　２３　ＲＥ　１９　。ＰＤ０　ＰＤ０　２７　ＰＣ５　ｉ　ＰＤＩ　ＰＤＩ　２６ｆ　ＰＤ４　ＰＤ４　２２　ＸＴＡＩ　２　ＸＴＡＩ　２　嚣ＰＤ５　ＰＤ５　２　１ｓｃＩ　Ｋ　。ｚｚ磬ＥＪ　Ｉ　２１　一　Ｉ　ｋＴ　Ｎ３９面　９　＿　Ｒ　Ｒｅ　【　ｒ『）２　ｃ　ＲｅＩｌ　ｓ２　——　Ｖ｛　（　—　！！　　。瞄　。　赢ｉ　端’。。卜　兰卜、　ＰＤ６　ＰＤ６　红外测温模块　Ｇ—ｒ￣１）　＿Ｌ　Ｇ—ＮＤ　——一一　（：　ＺｉｇＢｅｅ无线发送模块　环境温度检测模块　Ｃ￣ＲＥＳ）Ｄ（ＲＥＳ）ＶＣＣ　—　顺舟￥２０５￣Ｊ　■ｉ　ＩＬｑＮ！？　２　Ｌ　ｓｃＩ　Ｇ－＇￣４　ＧＮＤ　ＳＤＡ　ｖｃｃ　二　；Ｖ４　　Ｃ（嚣—雨　ＶＣＣ　二Ｉ；㈠　—　耻　Ｊｌ　２Ｌ　——一—一　．』．】．．一Ｊ０　　图２系统硬件电路图　Ｆｉｇ．２　Ｈａｒｄｗａｒｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　囝　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ＆Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ　２０１１（１１１　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，测温范围为一４０～８５℃，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。环境温度检　测模块采用ＤＳ１８Ｂ２０温度传感器，测温范围为～５５～　１２５ｏｃ，精确度±０．５℃，通过单线数字式接口与单片　机连接　］。　处理器采用高性能的ＡＴｍｅｇａｌ６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。ＺｉｇＢｅｅ无线发送和接收模块实现　无线通信。　３软件设计　温差通过查表法进行修正，单片机的程序在　ＩＣＣＡＶＲ软件环境下编写，上位机软件在ＶＢ．ｎｅｔ　２００８＋ＳＱＬ２０００平台下实现。　３．１　温差修正方法　温差修正方法采用查表法。通过大量试验以及　在实验数据基础上的拟合，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，结果证明这种数据处理方　法是可行有效的。以环境温度为２０　２５℃为例，人的　额头温度与人体体温部分温度对照表如表１所示．　基于表１拟合得到的温度曲线如图３所示。　表１温度对照表　Ｔａｂ．１　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｔａｂｌｅ　人的额头温度／　３１．０　３１．３　３１．６　３１　８　３２．２　３２．５　人体体温／℃　３６．２　３６．３　３６．４　３６．５　３６．６　３６．７　人的额头温度，℃　３２．７　３２．９　３３＿３　３３．７　３３．９　３４．０　人体体温／℃　３６．９　３７．１　３７＿３　３７．５　３７．８　３８．０　３．２程序流程图　程序流程图如图４所示。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　自动亿与仪表２０１１（１１）　赠　世　图３温度曲线　Ｆｉｇ．３　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｕｒｖｅ　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。　系统初始化　１卖取到人　头温　—　／　取到　＼苎温度　插值查表法　进行温差修正　二［　数码管　显示温度数据　二［　ＺｉｇＢｅｅ　发送温度数据　Ｙ　广　哥　图４程序流程图　Ｆｉｇ．４　Ｐｒ０ｇｒａｍ　ｆｌｏｗ　ｃｈａｒｔ　３．３上位机软件　系统可对４个体温测量节点进行实时监控．设　计的上位机软件的主要功能有：　田　—蠢　辫≯　：　表２体温测量数据对照表　Ｔａｂ．２　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｄａｔａ　ｔａｂｌｅ　系统测温，℃　３６．２　３６．４　３６．５　３６．７　３６．８　３６．９　（１）系统设置：可设置计算机终端各项参数，用　户能够自定义数据库用于实时体温数据的存储和　管理。此外，还可设置温度上限。　（２）历史数据查询：将接收到的实时体温数据　存人数据库中便于查询。输入日期温度范围即可快　速地对历史温度数据进行查询。　（３）实时数据显示：通过主界面实时显示接收　到的人体体温、接收的日期和时间。　体温计测温／℃　系统测温／℃　３６．２　３６．２　３６＿３　３６．５　３６．６　３６．７　３７．０　３７－２　３７．６　３７．８　３８．０　３８．２　体温计测温／℃　３６．８　３７．１　３７．５　３７．６　３８．２　３８．４　５　结语　针对传统温度计测量体温方式效率低的问题，　特别在人流量较大的公共场所，传统方式对人群中　异常者的排查率低。导致测量工作费时费力。本文　设计并开发了基于ＭＬＸ９０６１４和ＺｉｇＢｅｅ技术的非　接触式体温实时测量监控系统。红外测温准确、快　速、效率高，能非常快速准确地排查出人群中的温度　异常者；通过ＺｉｇＢｅｅ无线技术将温度数据传送至计　４　系统联调　监控系统的联调图如图５所示。系统３ｓ内能测　量一次人体体温，环境温度为２４．３℃时，利用本系统　和水银温度计分别测量人的额头和腋下温度．得到　的体温测量数据对照表如表２所示。结果表明系统　测温与体温计测温得到的人体体温基本一致，系统　的测量误差为±０．２ｃＩ＝。当检测到被测对象的温度异　算机终端，上位机软件对数据进行显示、存储、管理；　常时．系统立即发出声光报警信号，对体温异常者　的排查率高达９２％。通过ＺｉｇＢｅｅ传送数据至计算机　终端，传输延迟不超过２ｓ，传输距离可达ｌｋｍ，数据　传输稳定、可靠。上位机软件实时显示温度数据并　可对历史数据进行查询。　该系统使用方便、测量快速、效率高、性能稳定、人机　交互界面友好，适用于中小学校等人流量大的场合．　有比较大的实用价值。若使用多个红外测温模块进　行多点检测或者采用精确度更高的红外测温模块可　以使系统测量更快、更准确。　参考文献：　［１］晏敏，彭楚武，颜永红，等．红外测温原理及误差分析【Ｊ１．湖南大学　学报：自然科学版，２００４，３１（５）：１１０—１１２．　［２］沙春芳．红外温度计ＭＬＸ９０６１４及其应用［Ｊ１．现代电子技术，２００７　（２２）：３６—３７，４０．　［３］　陶柳，陶正苏．基于ＺｉｇＢｅｅ的环境监测网络节点的设计［Ｊ１．自动　化与仪表，２００８，２３（８）：２２—２４．　［４］包敬海，樊东红，陆安山，等．基于ＤＳ１８Ｂ２０的多点体温检测系　图５系统效果图　Ｆｉｇ．５　Ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　统的研究ｆＪ】．自动化与仪表，２０１０，２５（２）：２０—２２．　一　田　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ＆Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ　２０１１（１１）