基于STM32温度测量与身份识别控制系统设计

高崇贞 宋艳芳

山东协和学院 山东济南 250000

摘 要：本文是基于STM32温度测量与身份识别控制系统设计的研究，主要利用 MLX90614、OpenMV 等芯片与器件作为采集电路，基于STM32F103 的简易无接触温度测量与身份识别装置。该系统利用温度测量器件与图像采集模块相互配合，通过接收、处理系统回传的数字信号等数据，最终系统可以实现测量人体体温以及识别是否佩戴口罩的防疫要求。

关键词：STM32F103；无接触温度测量；LBP 算法；人脸识别

1．研究背景

在飞速发展的现代社会，我国在图像识别技术上越发的成熟，生活中很多地方都用到了人脸识别技术，比如人脸识别支付，人脸识别解锁，人脸识别定位等。机器能“看”得出人员身份，就需要一个“视觉系统”，即图像识别，而将人脸识别与温度测量相结合制作出温度测量与身份识别系统则可以在疫情仍然未结束的今天以及未来有可能面临的疫情防控工作中起到至关重要的工作。

2．课题研究内容

本次设计主要分为两个部分，第一个部分是无接触测温系统，第二个部分是身份识别（人脸识别）系统。除此以外还有显示模块、报警模块用于显示相关信息与实施提醒。

3. 系统硬件设计

本装置控制系统由核心控制器 STM32、GY-906-BCC 红外温度传感器、OpenMV 机器视觉模块、ALIENTEK 3.5 寸电阻液晶屏模块、LED 灯报警装置组成。利用 I2C 总线建立 STM32 与GY-906-BCC 红外温度传感器通信，实现实时温度检测功能。利用 STM32 的串口与 OpenMV 机器视觉模块建立通信，通过OpenMV 摄像识别模块的人脸识别算法，完成对被测人身份识别和检测被测人员是否佩戴口罩的功能。实时检测的温度、被测人员身份和是否佩戴口罩等信息通过液晶屏显示模块显示。如果被测人员温度超过限定温度或者人员没有佩戴口罩， LED 亮，系统报警。系统方案框图如图 1所示。

图1 系统方案框图

3.1 单片机芯片的选择方案

嵌入式入门级芯片STM32F103ZET6可实现功能。该款单片机最高工作频率可达72MHZ，高达8个定时器，可选择模式直接输出PWM，共有48个管脚，管脚功能可以复用，编程时除了可以普通的C语言编程，还可以直接操作内部寄存器。

3.2 无接触测温方案

MLX90614 系列红外测温模块，可直接输出数字信号， 功耗低，精度高，测量误差小，广泛应用人体测温。

3.3 人脸识别方案

LBP 算法直接对区域内周围像素点信息和区域中心像素点信息进行比对，直接得到显示区域纹理信息的值，相当于不通过卷积直接进入池化层，虽然比对精度降低，但减少了需要处理的信息量，大大加快了处理速度。

3.4 电源模块方案

选择了输出电压稳定，驱动电路输出电流大，可驱动大负载的以LM7805为稳压芯片的电源电路，来实现电路将220V的交流电，通过变压整流输出稳定的5V直流电压给系统供电的功能。

3.5 红外测温模块方案

MLX90614是一款非接触式红外测温模块，内部包含红外热电堆感应器和高精度低噪声信号处理芯片，及 17-bitADC模块，可实现高精度宽温度范围温度测量，可通过两种方式输出:双线标准SMBus输出获得（0.02℃分辨率）或通过10-bitPWM方式输出。在环境温度-40℃~125℃下可测量-70℃~382.2℃物体温度范围。

3.6 面部识别模块方案

身份识别采用OpenMV机器视觉模块。Openmv与STM32建立串口通信，当OpenMV机器视觉模块捕捉被测对象图片并处理后，通过串口通信传输给STM32核心控制器。当检测到被测人未戴口罩时，触发LED灯亮，进行报警。

3.7 报警模块方案

采用两个LED灯与蜂鸣器作为报警系统，结合软件算法，当测量到被测者体温超过人体正常温度水平，或者该人员未按疫情防控要求佩戴口罩是，报警系统触发报警，LED灯闪烁，蜂鸣器发出声音。

3.8 显示模块方案

为了更好地发挥测温系统与人脸识别系统的作用，以及方便调试，显示模块将其分离，测温模块因只需要显示被测者的温度，属于数字信息，故采用OLED显示，而人脸识别系统需要显示被测者的人脸，属于图像信息，故采用LCD显示。

4．系统软件设计

4.1 测温系统软件设计

了解了MLX90614的工作原理与工作流程之后，便要结合按键模块、显示模块、报警模块等共同实现本次设计的第一大部分测温系统的整体功能，实现对人体温度的无接触采集。测温系统整体工作流程图如图2所示。

图2 测温系统整体工作流程图

4.2 身份识别系统软件设计

当 OpenMV 机器视觉模块启动后，摄像头就会捕捉被测人的脸部图像，而后提取 LBP 特征并与数据库中的人员面部信息进行逐条比对来实现被测人的身份识别，识别被测人身份后，会自动进入口罩检测模式，摄像头捕捉人员脸部图像，检测人脸长宽比来判断是否佩戴口罩，若没有就会发送一个反馈信号给 STM32 核心控制器，触发报警。流程图如图3所示。

图3 身份识别系统整体流程图

5．实物组装

软件和硬件设计完成后，就可以采购器件进行实物组装，实物装需要按照电路图进行组装，各个模块之间也有组装顺序，首先是电源、主控制器电路、其他模块。电源需要保证没有短接，在进行其他模块的焊接，实物如图4所示。

图4 实物组装图

6．总结

而将人脸检测与红外测温技术相结合，实现精准的人体测温，避免了测量结果不准和情况误报；将戴口罩人脸识别与红外测温技术相结合，实现快速健康筛查和记录，方便疫情防控和溯源。因此该防疫装置能够大大的减少人员接触感染的几率，加强检测力度，提高检测效率，能够为防疫工作带来巨大的便利。

参考文献

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