非接触式温度监测器

描述

在 COVID 时代如何在不接触的情况下检查温度？该项目结合了 PIR 检测、热像仪和手势识别，以实现完美的安全性。物联网扩展允许远程操作它。

警告— 此项目仅用于教育目的，不得用于有效的发烧检测。请联系您当地的卫生当局以获取适当的工具和程序。

这个怎么运作

非接触式温度监控器围绕有限状态机构建，包括七个阶段。

• 阶段 0：初始化

系统初始化传感器并检查它们是否正常运行。

• 第一阶段：睡眠

系统处于低功耗模式。

• 阶段 2：唤醒

PIR 传感器在检测到人时唤醒系统。

• 第三阶段：拍照

红外摄像机拍摄一张照片并将其显示在屏幕上。

• 第 4 阶段：结果

如果未检测到温度，则此人会收到绿灯。

一段时间后，系统重新进入睡眠状态。

• 阶段 5：问题和行动

否则，会出现红灯，此人有两种选择：拍摄另一张照片或寻求帮助。

选项以相应的手势显示在屏幕上：从右到左拍摄另一张照片，从左到右呼救。

• 第 6 阶段：寻求帮助

求助电话是通过 WiFi 进行的。

然后系统返回低功耗模式。

准备硬件

系统的核心是 Wio 终端。它非常适合，因为它在紧凑的白色外壳上具有强大的 MCU、彩色显示屏和两个用于连接传感器的 Grove 连接器。

所有传感器都使用 Grove 连接器。它提供了一种快速、简单和安全的方式来构建整个应用程序。红外摄像头和手势传感器通过 I²C 集线器连接到 I²C Grove 连接器。PIR 传感器连接到 GPIO Grove 连接器。

Grove 连接器是万无一失的，可以在几分钟内建立一个电路。

如果您是第一次使用 Wio 终端，您可能需要完成Wio 终端入门和更新无线核心固件程序。

• 将 Grove I²C 集线器连接到 Wio Terminal I²C 连接器。
• 将热像仪和手势传感器连接到 Grove I²C 集线器。
• 将 IR 传感器连接到 Wio 终端 GPIO 连接器。
• 最后，将 Wio 终端连接到计算机。

准备软件

虽然该项目依赖于 Arduino SDK，但我没有使用 Arduino IDE 开发项目，而是使用 embedXcode，在 Xcode 上嵌入计算，以提高生产力。

每个 Grove 传感器都带有用于 Arduino SDK 的库，屏幕和 WiFi 无线电也是如此。

该项目包括五个子系统：PIR 传感器、LCD 显示器、IR 摄像头、手势传感器、可选 WiFi。

每个子系统首先单独测试，然后集成到主项目中并在进行下一个之前进行全面验证。

• 下载附件项目。
• 下载并安装每个子系统的库：
• 屏幕：Seeed_Arduino_LCD 、Adafruit Zero DMA 、
• 热像仪：Seeed-AMG8833 ，
• 手势传感器：Gesture-PAJ7620 ，
• MQTT的WiFi ：Seeed-Arduino-FreeRTOS 、Seeed_Arduino_atUnified 、Seeed-Studio/esp-at-lib 、Seeed_Arduino_mbedtls和PubSubClient ；可选Seeed_Arduino_atWiFiClientSecure 。

如果需要，请参阅过程如何安装库。

• 构建并上传项目。

每个子系统都有一个详细的 wiki 页面：Wio 终端、Wio 终端 WiFi、Wio 终端屏幕、热像仪、手势传感器。

代码非常基础，因为项目是围绕loop() 函数上的有限状态机构建的。C++ 库将Gesture-PAJ7620代码包装为一个对象，以实现更好的一致性。该 Free_Fonts.h文件列出了 320x240 屏幕的字体。

优秀的PubSubClient库提供了 MQTT 功能。单独的文件Credentials.h包含 IoT 扩展的凭据。

让我们使用它！

• 阶段 0：初始化

系统初始化传感器并检查它们是否正常运行。

• 第一阶段：睡眠

系统处于低功耗模式。屏幕关闭。

• 阶段 2：唤醒

PIR 传感器在检测到人时唤醒系统。

屏幕显示警告消息。

• 第三阶段：拍照

红外摄像机拍摄照片并将其显示在屏幕上。

在右侧，屏幕显示颜色比例，最低和最高温度以°C 为单位。

• 第 4 阶段：结果

如果未检测到温度，则此人会收到绿灯。

一段时间后，系统重新进入睡眠状态。

• 阶段 5：问题和行动

否则，有两种情况：要么上一步尚无定论，要么检测到一些发烧。

如果上一步没有定论，该人有两个选择：拍摄另一张照片或寻求帮助。

如果检测到发烧，该人还有两种选择：拍摄另一张照片或寻求帮助。

选项以相应的手势显示在屏幕上：从右到左拍摄另一张照片，从左到右呼救。

将手向左移动拍摄另一张照片。

将手向右移动调用辅助。

• 第 6 阶段：寻求帮助

求助电话是通过 WiFi 进行的。

然后系统返回低功耗模式。

启用物联网扩展

IoT 扩展依赖 MQTT 连接到带有 Node-RED 服务器的计算机。

在计算机上，例如单板计算机：

• 按照入门过程在本地、Raspberry Pi 或 BeagleBone、Docker 容器、Android 设备上安装 Node-RED。
• 按照二进制安装过程安装 MQTT 代理。二进制文件可用于 Windows、macOS、各种版本的 Linux 和 Raspberry Pi。
• 启动 MQTT 和 Node-RED。
• 安装所需的节点node-red-dashboard。
• 导入附加的 Node-RED 流，然后按Deploy 。

• 将计算机连接到 WiFi LAN 并记下计算机的 IP 地址，192.168.1.10在示例中。

在 Arduino IDE 上，

• 打开项目。
• 确保PubSubClient 库：MQTT 的 Arduino 客户端已安装。

有关 MQTT 的更多信息，请参阅Salman Faris在 Wio Terminal 上的优秀项目 MQTT 。

• 编辑凭证文件Credentials.h。
• 检查OPTION_WIFI设置为1 激活 WiFi。

///
/// @brief Option for WiFi
/// @details 1=activated, 0=desactivated
///
#define OPTION_WIFI 1

• 设置电脑IP地址brokerIP。

/// 
/// @brief IP address of the MQTT broker 
///
char brokerIP[] = "192.168.1.10";

• 输入ssidWiFi并 passwordWiFi与您的本地配置相匹配。

///
/// @brief Network name = SSID
///
char ssidWiFi[] = "my network name";

///
/// @brief Network password
///
char passwordWiFi[] = "my network password";

• 构建并上传项目。
• 在 Node-RED 上，调用菜单View > Dashboard以显示仪表板。

• 单击“确定”接受警告。

仪表板显示两张热图像。在左侧，刻度是动态的，用最低和最高温度来定义范围。这里的最高温度是 33.0 °C，这是安全的。

在右侧，刻度是从 33.0 到 42.5 °C 的绝对值。阈值设置为 37.5 °C：石灰略低于 37.5 °C，黄色略高于。

两张不同范围和比例的热图像帮助工作人员决定要做什么。

下面是用一杯茶进行的阳性测试。首先在屏幕上：

然后在仪表板上：

最后，另外两个字段给出了结果和建议的操作。当操作显示呼叫寻求帮助时，此人正在等待工作人员。

改善本地显示

默认情况下，显示的图像具有与热传感器相同的分辨率，即 8x8 分辨率。

​初始图像通过双三次插值重新采样，以提供更好的图像，此处为 16x16 分辨率。

ATSAMD51 的 FPU 毫不费力地管理插值所需的所有计算。

结论

Wio 终端可以处理这一切：数据采集和处理、显示和使用标准 MQTT 协议的 WiFi 通信。Grove 连接器可安全且快速地用于连接所有 I²C 或数字传感器。

以下是一些改进项目和添加新功能的想法。

走得更远

所选红外热像仪提供精度为 ±2.5°C 的 8x8 矩阵。其他 Grove 热像仪可以实现更高的分辨率和精度，例如Grove 热成像相机 - MLX90621 BAA 16x4 IR Array with 25° FOV （±1°C ±3% 精度），Grove - 热成像相机 - MLX90641 BCA 16x12 IR具有 110° FOV（±1.5℃ 精度）的阵列，或具有 110° FOV （±1.5℃ 精度）的Grove - 热成像相机 - MLX90640 32x24 IR Array 。

整个系统可以使用带有Wio 终端电池机箱的电池运行 - 内置 650mAH 锂电池和 6 个 Grove 接口。

在物联网方面，该项目依赖于 MQTT 和 Node-RED 以及本地路由器。其他选项包括将从仪表板发送的消息添加到 Wio 终端屏幕、使用HiveMQ等外部 MQTT 代理、将 WiFi 作为接入点以提供私有 LAN、依赖CoAP等其他协议和IFTTT等第三方服务或布林克。

还需要考虑的是固件的OTA更新，以便于维护。

请记住：

警告— 此项目仅用于教育目的，不得用于有效的发烧检测。请联系您当地的卫生当局以获取适当的工具和程序。