非接觸式溫度監測器

描述

在 COVID 時代如何在不接觸的情況下檢查溫度？該項目結合了 PIR 檢測、熱像儀和手勢識別，以實現完美的安全性。物聯網擴展允許遠程操作它。

警告— 此項目僅用于教育目的，不得用于有效的發燒檢測。請聯系您當地的衛生當局以獲取適當的工具和程序。

這個怎么運作

非接觸式溫度監控器圍繞有限狀態機構建，包括七個階段。

• 階段 0：初始化

系統初始化傳感器并檢查它們是否正常運行。

• 第一階段：睡眠

系統處于低功耗模式。

• 階段 2：喚醒

PIR 傳感器在檢測到人時喚醒系統。

• 第三階段：拍照

紅外攝像機拍攝一張照片并將其顯示在屏幕上。

• 第 4 階段：結果

如果未檢測到溫度，則此人會收到綠燈。

一段時間后，系統重新進入睡眠狀態。

• 階段 5：問題和行動

否則，會出現紅燈，此人有兩種選擇：拍攝另一張照片或尋求幫助。

選項以相應的手勢顯示在屏幕上：從右到左拍攝另一張照片，從左到右呼救。

• 第 6 階段：尋求幫助

求助電話是通過 WiFi 進行的。

然后系統返回低功耗模式。

準備硬件

系統的核心是 Wio 終端。它非常適合，因為它在緊湊的白色外殼上具有強大的 MCU、彩色顯示屏和兩個用于連接傳感器的 Grove 連接器。

所有傳感器都使用 Grove 連接器。它提供了一種快速、簡單和安全的方式來構建整個應用程序。紅外攝像頭和手勢傳感器通過 I2C 集線器連接到 I2C Grove 連接器。PIR 傳感器連接到 GPIO Grove 連接器。

Grove 連接器是萬無一失的，可以在幾分鐘內建立一個電路。

如果您是第一次使用 Wio 終端，您可能需要完成Wio 終端入門和更新無線核心固件程序。

• 將 Grove I2C 集線器連接到 Wio Terminal I2C 連接器。
• 將熱像儀和手勢傳感器連接到 Grove I2C 集線器。
• 將 IR 傳感器連接到 Wio 終端 GPIO 連接器。
• 最后，將 Wio 終端連接到計算機。

準備軟件

雖然該項目依賴于 Arduino SDK，但我沒有使用 Arduino IDE 開發項目，而是使用 embedXcode，在 Xcode 上嵌入計算，以提高生產力。

每個 Grove 傳感器都帶有用于 Arduino SDK 的庫，屏幕和 WiFi 無線電也是如此。

該項目包括五個子系統：PIR 傳感器、LCD 顯示器、IR 攝像頭、手勢傳感器、可選 WiFi。

每個子系統首先單獨測試，然后集成到主項目中并在進行下一個之前進行全面驗證。

• 下載附件項目。
• 下載并安裝每個子系統的庫：
• 屏幕：Seeed_Arduino_LCD 、Adafruit Zero DMA 、
• 熱像儀：Seeed-AMG8833 ，
• 手勢傳感器：Gesture-PAJ7620 ，
• MQTT的WiFi ：Seeed-Arduino-FreeRTOS 、Seeed_Arduino_atUnified 、Seeed-Studio/esp-at-lib 、Seeed_Arduino_mbedtls和PubSubClient ；可選Seeed_Arduino_atWiFiClientSecure 。

如果需要，請參閱過程如何安裝庫。

• 構建并上傳項目。

每個子系統都有一個詳細的 wiki 頁面：Wio 終端、Wio 終端 WiFi、Wio 終端屏幕、熱像儀、手勢傳感器。

代碼非?；A，因為項目是圍繞loop() 函數上的有限狀態機構建的。C++ 庫將Gesture-PAJ7620代碼包裝為一個對象，以實現更好的一致性。該 Free_Fonts.h文件列出了 320x240 屏幕的字體。

優秀的PubSubClient庫提供了 MQTT 功能。單獨的文件Credentials.h包含 IoT 擴展的憑據。

讓我們使用它！

• 階段 0：初始化

系統初始化傳感器并檢查它們是否正常運行。

• 第一階段：睡眠

系統處于低功耗模式。屏幕關閉。

• 階段 2：喚醒

PIR 傳感器在檢測到人時喚醒系統。

屏幕顯示警告消息。

• 第三階段：拍照

紅外攝像機拍攝照片并將其顯示在屏幕上。

在右側，屏幕顯示顏色比例，最低和最高溫度以°C 為單位。

• 第 4 階段：結果

如果未檢測到溫度，則此人會收到綠燈。

一段時間后，系統重新進入睡眠狀態。

• 階段 5：問題和行動

否則，有兩種情況：要么上一步尚無定論，要么檢測到一些發燒。

如果上一步沒有定論，該人有兩個選擇：拍攝另一張照片或尋求幫助。

如果檢測到發燒，該人還有兩種選擇：拍攝另一張照片或尋求幫助。

選項以相應的手勢顯示在屏幕上：從右到左拍攝另一張照片，從左到右呼救。

將手向左移動拍攝另一張照片。

將手向右移動調用輔助。

• 第 6 階段：尋求幫助

求助電話是通過 WiFi 進行的。

然后系統返回低功耗模式。

啟用物聯網擴展

IoT 擴展依賴 MQTT 連接到帶有 Node-RED 服務器的計算機。

在計算機上，例如單板計算機：

• 按照入門過程在本地、Raspberry Pi 或 BeagleBone、Docker 容器、Android 設備上安裝 Node-RED。
• 按照二進制安裝過程安裝 MQTT 代理。二進制文件可用于 Windows、macOS、各種版本的 Linux 和 Raspberry Pi。
• 啟動 MQTT 和 Node-RED。
• 安裝所需的節點node-red-dashboard。
• 導入附加的 Node-RED 流，然后按Deploy 。

• 將計算機連接到 WiFi LAN 并記下計算機的 IP 地址，192.168.1.10在示例中。

在 Arduino IDE 上，

• 打開項目。
• 確保PubSubClient 庫：MQTT 的 Arduino 客戶端已安裝。

有關 MQTT 的更多信息，請參閱Salman Faris在 Wio Terminal 上的優秀項目 MQTT 。

• 編輯憑證文件Credentials.h。
• 檢查OPTION_WIFI設置為1 激活 WiFi。

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

• 設置電腦IP地址brokerIP。

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

• 輸入ssidWiFi并 passwordWiFi與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";

• 構建并上傳項目。
• 在 Node-RED 上，調用菜單View > Dashboard以顯示儀表板。

• 單擊“確定”接受警告。

儀表板顯示兩張熱圖像。在左側，刻度是動態的，用最低和最高溫度來定義范圍。這里的最高溫度是 33.0 °C，這是安全的。

在右側，刻度是從 33.0 到 42.5 °C 的絕對值。閾值設置為 37.5 °C：石灰略低于 37.5 °C，黃色略高于。

兩張不同范圍和比例的熱圖像幫助工作人員決定要做什么。

下面是用一杯茶進行的陽性測試。首先在屏幕上：

然后在儀表板上：

最后，另外兩個字段給出了結果和建議的操作。當操作顯示呼叫尋求幫助時，此人正在等待工作人員。

改善本地顯示

默認情況下，顯示的圖像具有與熱傳感器相同的分辨率，即 8x8 分辨率。

?初始圖像通過雙三次插值重新采樣，以提供更好的圖像，此處為 16x16 分辨率。

ATSAMD51 的 FPU 毫不費力地管理插值所需的所有計算。

結論

Wio 終端可以處理這一切：數據采集和處理、顯示和使用標準 MQTT 協議的 WiFi 通信。Grove 連接器可安全且快速地用于連接所有 I2C 或數字傳感器。

以下是一些改進項目和添加新功能的想法。

走得更遠

所選紅外熱像儀提供精度為 ±2.5°C 的 8x8 矩陣。其他 Grove 熱像儀可以實現更高的分辨率和精度，例如Grove 熱成像相機 - MLX90621 BAA 16x4 IR Array with 25° FOV （±1°C ±3% 精度），Grove - 熱成像相機 - MLX90641 BCA 16x12 IR具有 110° FOV（±1.5℃ 精度）的陣列，或具有 110° FOV （±1.5℃ 精度）的Grove - 熱成像相機 - MLX90640 32x24 IR Array 。

整個系統可以使用帶有Wio 終端電池機箱的電池運行 - 內置 650mAH 鋰電池和 6 個 Grove 接口。

在物聯網方面，該項目依賴于 MQTT 和 Node-RED 以及本地路由器。其他選項包括將從儀表板發送的消息添加到 Wio 終端屏幕、使用HiveMQ等外部 MQTT 代理、將 WiFi 作為接入點以提供私有 LAN、依賴CoAP等其他協議和IFTTT等第三方服務或布林克。

還需要考慮的是固件的OTA更新，以便于維護。

請記?。?/font>

警告— 此項目僅用于教育目的，不得用于有效的發燒檢測。請聯系您當地的衛生當局以獲取適當的工具和程序。