用于基层防疫的人脸识别温控系统

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2024年5月31日发(作者：)

用于基层防疫的人脸识别温控系统

何昊瀚

,

朱赫

,

杨燕

,

郭锦程

,

汤全武

()

宁夏大学

物理与电子电气工程学院

,

银川

750021

摘要

:

针对

2

本文设计一种

020

年疫情以来基层防疫工作者检测温度时的安全问题以及温度数据无法实时存储的问题

,

基于树莓派的人脸识别温控系统

,

在线人脸识别并且检测人体体温

。

该系统利用

P

将人脸识别与红

t5

设计用户界面

,

yq

外测温技术结合

,

建立本地数据库

,

实时存储温度数据并且存储至云平台

。

实验结果表明

,

该系统可以满足人脸识别以

及温度检测需求

,

并且能够存储温度数据

。

关键词

:

人脸识别

;

温度检测

;

数据存储

;

树莓派

4B

中图分类号

:

TP391.41

文献标识码

:

A

FaceReconitionTemeratureControlSstemforGrassrootsEidemicPrevention

gpyp

,,

andthetemeraturedatacannotbestoredinrealtimeafacereconitiontemeraturecontrolsstembasedonRasberriisdesined

pgpypy

P

g

:

Abstract

Inviewofthesecuritroblemsofrassrootseidemic

p

reventionworkersindetectintemeraturesincetheeidemicin2020

ypgpgpp

(,,)

SchoolofPhsicsandElectronic-ElectricalEnineerinNinxiaUniversitYinchuan750021

,

China

ygggy

,,,,

HeHaohanZhuHeYananGuoJinchenTanuanwu

g

Y

ggQ

,,

facereconitionwithinfraredtemeraturemeasurementtechnoloestablishesalocaldatabasestorestemeraturedatainrealtimeand

gpgyp

,

emusesPt5todesintheuserinterfacecombines

gy

t

pyyqg

storesittocloud

p

rimentresultsshowthatthesstemcanmeetthereuirementsoffacereconitionandtemerature

pyqgp

,

detectionandstoretemeraturedata.

p

:;;;

Kewords

facereconitiontemeraturedetectiondatastoraeRasberri4B

gpgpy

P

y

0

引

言

模块

、

人脸检测模块

、

红外测温模块

、

红外避障模块

、

液晶

显示模块

、

语音门禁模块

、

数据存储模块组成

,

整个系统的

结构图如图

1

所示

。

随着新冠肺炎病毒在全球肆虐

,

越来越多的人受到了

感染

,

病毒给各个国家带来了巨大的经济损失

。

得益于全

国人民的努力

,

国内疫情得到了有效控制

。

在抗

“

疫

”

斗争

中

,

我国采用了区域隔离

、

出入登记体温信息等方法

,

将疫

情控制在可控范围内

。

疫情得到控制的背后是无数基层

防疫工作者做着重复且劳累的测温登记工作

。

随着复产

复工复学的进行

,

疫情防控的压力只有增加没有减少

。

基

于此背景

,

本文设计了一款人脸识别温控系统

,

致力于提

高防疫效率

,

减少基层防疫工作者工作量

。

图

1

温控系统总体结构图

1

系统构成

本文采用主流的机器视觉方法设计了一款可以在线

人脸识别而且检测人体温度的门禁系统

。

该系统可以检

测并识别人脸库中的人脸

,

通过温度传感器可以检测人体

手腕温度

,

并且将温度数据存入数据库中

,

在退出之后会

自动将温度数据上传至云平台存储

。

本系统由主控制器

脸检测模块采用树莓派专用摄像头

,

其

500W

像素可以满

系统的主控制模块采用树莓派

4

人

B

作为控制核心

,

足采集人脸图片的清晰度

,

而且尺寸较小

,

功耗和价格低

。

红外测温模块采用非接触式红外温度传感器

MLX90614

,

该传感器采用

S

测温精度高

,

可以高效读取被

MBus

协议

,

测人体温度信息

。

液晶显示模块采用的

7

寸

IPS

高清显

示屏幕带有触屏功能

。

红外避障模块采用红外避障传感

器

,

通过传感器控制直流水泵喷洒消毒液

。

语音门禁模块

敬请登录网站在线投稿

()

g

2021

年第

5

期

8 7

采用外接音箱和继电器实现语音提示以及模拟门禁

。

数

据存储模块将用户温度数据存至本地数据库以及云平台

。

2.2

红外测温模块

本系统采用

M

其为

MLX90614

非接触型测温模块

,

el-

集成了该公司红外热电

exis

公司生产的高精度测温芯片

,

堆传感器

MLX81101

和用于处理红外传感器信号的专用

[]

1

集成芯片

MLX90302

,

设置低噪声放大器和

使

17

位模

/

数转换器

,

得高精度和高分辨率的

温度测量得以实现

。

MLX90614

测温传感器

引脚如图

3

所示

,

引脚

功能如表

1

所列

。

名称

VSS

/

SLDVz

/

PWMSDA

VDD

2

系统硬件设计

2.1

主控制器模块

本系统的主控制器模块采用最新的树莓派

4

它是

B

,

基于

D

其引出了

9ebian

的一种

Linux32

位操作系统

,

6

个

外部接口

,

能用来连接多个底层外设

,

具有

SATA

和

HD-

支持高清输出

,

支持

SMI

接口

,

SD

硬盘

。

树莓派通过

HDM

通

I

接口与

7

寸触摸显示屏连接

,

过

U

通过

C

通

SB

接口为显示屏供电

,

SI

接口连接摄像头

,

过

G

红外避障传感器

、

继电器

PIO

连接红外测温传感器

、

以及音箱

,

外部接线图如图

2

所示

。

图

3 MLX90614

的引脚

表

1 MLX90614

的引脚功能

功能描述

电源地

,

金属外壳和该引脚相连

或

8~1SMBus

接口的时钟信号

,

6V

电源供电时接

三级管基极

通常模式下从该

PWM

或

SMBus

接口的数据信号

,

引脚输出物体温度

电源

MLX90614

与树莓派连接

,

SLD

连接树莓派

GPIO2

2

接口

,

由于树莓派有

IC

通信协

SDA

连接

GPIO3

接口

,

图

2

树莓派外部接线图

议

,

可以与测温模块进行数据传输

。

由

MLX90614

的数

据传输时序图

(

见图

4

)

可知

,

PWM

/

SDA

上的数据在

图

4 MLX90614

的数据传输时序

数据在

SSCL

变为低电平

300n

后即可改变

,

CL

上升沿被

捕获

。

1

每次传一个字节

。

每个字

6

位数据分两次传输

,

[

2

]

(););)。

1bPEC

为校验数据包

(

8bP

为停止位

(

1b

节都是按照高位

(

在前

、

低位

(

MSB

)

LSB

)

在后的格式传

输

,

两个字节中间的第

9

个时钟是应答时钟

。

MLX90614

两部分组成

,

其

RaL

)

AM

地址

07H

单元存储的是

TOBJ1

数据

,

数据范围为

0

表示的温度范围为

x27AD~0x7FFF

,

-70.01~+382.19℃

。

温度数据

T

(

单位为

℃

)

为

:

从

ML

换算为

X90614

中读出的数据

(

DataH

:

DataL

)

T=

(

DataH

:

DataL

)

×0.02-273.15

()

1

读出的数据是

1

由高

8

位

(

和低

8

位

(

6

位的

,

DataH

)

Dat-

例如

,

DataH

:

DataL=0x27AD

,

代入上式

,

T=

-70.01℃

。

2.3

红外避障模块

红外避障传感器基本原理与循迹传感器工作原理基

本相同

,

利用物体达到反射性质

,

在一定范围内

,

如果物体

没有障碍物

,

发射出去的红外线因为传播距离越远而逐渐

减弱

,

最后消失

。

如果有障碍物

,

红外线遇到障碍物

,

被反

射到达传感器接收头

。

传感器检测到这一信号

,

就可以确

认正前方有障碍物

,

并传递信号

,

完成相应动作

。

其数据通信格式如图

5

和

MLX90614

作为从动器件

,

图

6

所示

,

图中阴影部分表示数据传输方向为从器件到主

();;

1bSlaveAddress

为从器件地址

(

7b

)

Wr

为写标志

器件

,

白色部分表示从主器件到从器件

。

其中

S

为起始位

(,

);

,

);

写

”

读

”

1b0

表示

“

Rd

为读标志

(

1b1

表示

“

A

为应

););

答位

(

1bCommand

为命令字节

(

8bSr

为重复起始位

8 8

Microcontrollers&EmbeddedSstems

2021

年第

5

期

y

www

.

mesnet

.

com

.

cn

于

3

语音播报

“

请重新检

7.3℃

时

,

。

测或与管理员联系

”

3

系统软件设计

图

5 SMBus

读数据格式

所示

,

程序开始后进入登录界面

,

登录成功后进入检测界面

,

在检测界面可以进行检

测

、

打开查询界面或者退出程序

。

程序的软件设计流程图如图

8

3.1

人脸识别模块软件设计

图

6 SMBus

写入数据格式

百度深度学习能力的人脸识别技术提供人脸检测与

3

]

,

力

[

灵活应用于金融

、

泛安防

、

零售等行业场景

,

可以满

人脸识别模块调用百度

AI

人脸识别

API

接口

,

本系统采用外避障模块来控制直流水泵

,

因为传感器

的数字输出只能处理几毫安的电流

,

直接将水泵连接到红

外传感器可能会损坏

LM

当有手伸

393

运算放大器芯片

,

发出直流信号

,

直流水泵工作

,

将

PNP

三级管正常工作

,

消毒洗手液撒入手中

,

完成消毒

。

当未检测到物体时

,

传

感器输出高电平

,

直流水泵不工作

。

PNP

三极管不导通

,

连接方式如图

7

所示

。

进测温箱时

,

传感器感应到有物体进入

,

则输出低电平

,

属性分析

、

人脸

1

:

人脸搜索

、

活体检测等能

1

对比

、

足身份核验

、

人脸考勤

、

闸机通行等业务需求

。

,

完成人脸图片信息存储

。

在本地首先导入

AID

,

iFace

p

_

K

然后获取百度云分配的

APP

_

ID

、

APIEY

、

SECRET

_

创建一个客户端用于访问百度云

,

图像编码方式设

KEY

,

为

base64

,

图片的

base64

编码指将图片数据编码成一串

首先在百度云人脸库中上传用户的人脸信息以及

字符串

,

使用该字符串代替图像地址

,

这样就实现了本地

和百度云的连接

。

接着调用本地摄像头进行拍摄

,

获取人

脸图片

,

将其转换为

base64

格式后上传到百度云进行人

脸检测

。

当用户完成人脸识别时

,

系统调用用户的

ID

信

息并建立数据库连接

。

部分代码如下

:

)

tion=

(

512

,

384 #

摄像界面为

1024*768

图

7

红外避障模块电路图

()

2

p

_

p

)

eview

(

#

显示摄像界面

():

def

g

etimae

g

2.4

液晶显示模块

于软件界面的展示以及与用户的交互

。

用户可以通过点

击屏幕取代鼠标完成操作

,

在检测界面

,

用户点击显示屏

检测按钮即可进行人脸检测及温度检测

,

完成相应检测之

后会将检测结果显示在屏幕上

;

在查询界面

,

用户点击输

入面板中的按钮输入自己的

ID

来查询相应信息

。

本系统中以继电器代替实体门禁设计

,

系统中继电器

一致处于高电平触发状态

。

人脸识别完成后

,

检测温度

,

在温度正常范围内继电器变为低电平

,

对应门禁开启

。

若

温度异常

、

继电器保持高电平不变

,

表示门禁关闭

。

外接

音箱

,

通过

3.5mm

音频线与树莓派

3.5mm

音频接口相

()

ˈfaceimae.ˈ#

拍照并保存

pgjpg

_

p

)

iew

(

p

():

deftransimae

g

液晶显示模块使用一个

7

寸高清

I

用

PS

触摸显示屏

,

#

关闭摄像界面

#

打开采集到的人脸图片

#

返回

im

g

(())

#

对图片格式进行转换

im=

g

returnim

g

(,)

f=oenˈfaceimae.ˈˈrbˈ

pgjp

2.5

语音门禁模块

,),

result=

(

str

(

imaeˈutf-8ˈIMAGE

_

TYPE

,

g

_

a

():

defFaceiimae

pg

[_

m

]:

ifresultˈerrorsˈ==ˈSUCCESSˈ#

人脸检测成功

g

;

GROUP

)

#

在百度云人脸库中寻找有没有匹配的人脸

[][_][][_]

id=resultˈresultˈˈuserlistˈ0ˈuseridˈ#

获取

ID

……

[][_][][]

score=resultˈresultˈˈuserlistˈ0ˈscoreˈ#

获取相似度

3.2

红外测温模块软件设计

用

SMBus

协议

。

树莓派通过

SMBus

协议对

MLX90614

器件进行驱动和读

/

写操作

。

本系统采用了

ML

此传感器采

X90614

温度传感器

,

连

,

播放器的开关与继电器同步

,

受温度控制

。

当温度低

;

于

3

语音播报

“

请重新检测

”

当温度处于

34.5℃

时

,

4.6

;

语音播报

“

体温正常请通过

”

当温度高

~37.3℃

之间时

,

敬请登录网站在线投稿

()

g

2021

年第

5

期

8 9

图

8

系统软件总体流程图

以下为读取温度数据值的部分程序

:

_

b

();

txte0x00

y

_

b

();

∥

起始位

startit

表

2

用户信息表

字段名称

_

nuserame

_

usersex

_

userid

数据类型

char

char

char

char

char

int

长度

10

20

20

10

20

50

是否主键

是

否

否

否

否

否

_

b

();

txte0x07

y

_

a

();

slaveck

∥

发送地址

∥

应答处理

∥

发送命令

_

a

();

slaveck

_

b

();

startit

_

p

userhone

_

eusermail

_

b

();

txte0x01

y

_

a

();

slaveck

∥

发送读地址数据指令

_

userlocation

_

b

();_

b

();

∥

低字节接收

Sendit0DataH=rxte

y

_

b

();

DataL=rxte

y

∥

高字节接收

表

3

温度信息表

字段名称

_

nuserame

_

usertem

p

_

userid

数据类型

char

char

int

长度

10

20

20

是否主键

是

否

否

_

b

();

Sendit0

();

SetValuearr

_

b

();

Pecre=rxte

gy

∥

接收校验字节

(,);

Pecre=PEC

_

calarr6

g

();

PecProcess

∥

校验数据数组赋值

∥CRC

计算

∥

校验处理

3.3

数据存储模块软件设计

本系统通过

M

用户信息库以及

sl

建立本地数据库

:

yq

温度信息库

。

与数据库连接的代码如下

:

,

con=

p

t

(

host=

‘

localhostˈort=3306

,

user=

yyqp

()

cur=#

查询的

sl

语句

q

(_)

userid

‘,)

iˈassword="410"

,

db="user"#

游标对象

pp

(;

returnDataH*256+DataL

)

_

b

();

stoit

p

为了保证数据的安全性以及系统的可拓展性

,

采用了

[

4

]

)

阿里云存储

O

作为数据存储

SS

(

ObectStoraeService

jg

的云平台

,

从而将本地的温度数据上传到阿里云平台

。

通过

AccessKeSecret

以及

Endoint

来访问阿里云平台

,

yp

_

o

并且以宿舍

+

方法上传本地温度数据

,

pj

时间的方式在阿里云存储温度数据

,

部分代码如下

:

本系统首先从阿里云获取分配的

AccessKeId

和

y

Imortoss2

p

)

cret>ˈ

_}

sl="SELECT*FROMuserinformationwhereid=

{

".format

q

(,

auth=ˈ<

y

ourAccessKeId>ˈˈ<

y

ourAccessKeSe-

yy

,://

bucket=

(

authˈs.

pgy

两个数据库中的表如表

2

和表

3

所列

。

,)

comˈˈ<

y

ourBucketName>ˈ

9 0

Microcontrollers&EmbeddedSstems

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年第

5

期

y

www

.

mesnet

.

com

.

cn

_

o

_(__

p

,_

p

)

from

_

filecurrentfileathfileath

pj

……

否则记为失真

。

测试人员共

1

每人测试

21

名

,

0

次

。

测试

结果如图

1

系统设计的左手腕温度

0

所示

。

由图

10

可知

,

94.54%

。

整体温度检测的准确率为

94.77%

。

检测的准确率在

9

右手腕温度检测的准确率为

5.00%

,

4

系统测试

系统测试与误差分析是衡量整个系统是否达到设计

预期的关键

,

本系统分别从实际应用中的人脸信息输出准

确率和温度检测准确率两方面来对系统的性能进行测试

,

并对测试的数据和误差进行相应的分析

。

4.1

人脸信息输出的准确率分析

由于人脸的测试集图片过多

,

不能够一一进行数据列

表可视化

,

在此对测试集中

11

位测试者的人脸分类及信

息输出进行了统计

,

分别给出了识别成功的每类人脸的数

量

,

以及识别错误的人脸数量

,

每位测试者的人脸抽样

20

次

。

设置两种测试环境

,

环境一为光线充足的情况下

,

环

境二为光线暗淡的情况下

。

将

11

位测试者分别在两种环

境中各测试

2

测试结果如图

9

所示

。

0

次

,

图

10

温度检测输出结果

5

结

语

本文简要介绍了一款具有人脸识别和红外测温的门

禁系统的硬件构成和软件实现方式

。

该系统采用百度

AI

2

,

人脸识别

A

利用树莓派的

IPIC

通信协议接口连接红外

温度传感器

,

调用接口通过非接触方式测得人体温度

,

建

立本地数据库

,

在完成人脸信息对比

、

获取

I

将

D

信息后

,

所测得的温度信息存入对应

I

并且能够查询

D

数据库中

,

温度信息

,

最后将温度信息存至阿里云平台

,

实现数据云

存储

,

增加系统可拓展性

。

图

9

人脸信息输出结果

参考文献

[]

钟君

,

蔡黎明

,

于涌

.

基于

ML1X90614

的无线温度采集系统设

在光线充足的环境下

,

人脸识别的准确率为

95.90%

;

高

,

整体的人脸识别准确率为

97.72%

。

由图

9

可知

,

在光线昏暗的场景下

,

人脸识别率为

99.54%

。

光线充足的环境下人脸识别比光线昏暗的环境

[]

徐留根

,

彭春增

,

章建文

.

基于

M2LX90614

的数字式红外温度传

]():

计

[

传感器与微系统

,

J.2015

,

3438789

,

93.

4.2

温度检测准确率分析

为测试测温模块温度检测准确率

,

分别测试左右手腕

,,

温度

,

左手腕表示

1

右手腕记为

2

并将测试结果与测温枪

[]

顾德喜

,

李贵霖

,

时祥凯

,

等

.

基于百度

A3I

开放平台的人脸识别

]//:

感器设计

[

C2018

年中国航空测控技术年会

,

2018354356.

],():

门禁系统

[

单片机与嵌入式系统应用

,

J.2.

]():

里云

O

江西科学

,

SS

为例

[

J.2018

,

362347352.

[]

马泽

.

对象存储服务对空间非结构化数据存储的探讨

—

以阿

4

所测得的左右手腕温度对比

,

温度相差

±0.2℃

即为准确

,

()

责任编辑

:

薛士然

收修改稿日期

:

2021-01-22

敬请登录网站在线投稿

()

g

2021

年第

5

期

9 1

本文标签： 温度检测人脸系统