基于红外线的人数统计和人体测温系统的研究

基于红外线的人数统计和人体测温系统

的研究

摘要

为方便高校上课对学生人数进行统计，以及对人体体温进

行监测，以预防多种传染性疾病的传播，更好地贯彻“立德

树人”这一教育的根本任务。本文阐述了利用红外线测温和

位移传感器实现人数统计和人体测温功能的可行性，提高课

堂效率，防患于未然，更加高效智能地进行高校学生的管理。

1前言

1.1背景

此前，在常态化疫情防控形势下，许多学校提出“两案九

制”的方案，切实做好疫情预防控制工作，维护学校正常秩

序，保障广大师生身体健康。新冠疫情的发病特征之一就是

体温比正常人偏高，而在学校这种较为密集的场所，用传统

的测温手段难以满足在密集人群中准确、快速发现体温异常

的人。为提高对大型传染性疾病的应变能力，利用红外线对

学生测温，保证了非接触以及测量的准确和快速，能更好地

监控学生的体温数据，从而更好地保护人类。

1.2国内研究现状

红外探测器分为光子探测器和热探测器两大类。光子探测

器的灵敏度、响应速度、探测距离等性能都比较高，但必须

用低温制冷器制冷，对于整个红外成像系统显得结构复杂、

体积大、成本高。所以轻、小、低成本的非制冷焦平面及其

成像系统成为了一种发展趋势

[1]

。非制冷焦平面可以在一般

环境温度下工作，不需要制冷，但灵敏度和响应速度略低。

我国的红外非接触式体温计主要是非典病情出现后发展比

较迅速，在短短一个多月的时间里，仪器仪表科技工作者辛

勤工作、刻苦攻关，共研制出40余种规格的用于“非典”病

人快速筛选的红外体温检测仪，取得了可喜的阶段性成果。

在产品研发和生产的同时，同步开展了标准、计量校准装置

等共性技术的研究，为产品研发和生产提供了良好的基础。

此次在面对猪流感的过程中，此类产品和科研成果更是得到

了广泛的应用和普及。目前已经完成三项抗非典红外测温仪

校准装置，颁布国家标准GB/T19146-2003《红外人体表面温

度快速筛检仪通用技术条件》，香港卫生防护中心颁布疑似

猪流感病人的标准等。国内红外体温计主要有：华中科技大

学研制的“慧眼HW-05”人体温度红外热图象仪，其分辨率

高达0.06℃；中科院上海物理研究所也研制出了红外测温仪；

兰州大学合华技术应用开发中心开发的LHW-Ⅰ红外线测温仪

[2]

。现在国内相关在红外线测温仪，特别是便携式体温测量

仪方面已经较成熟，以北京，天津，广州，深圳，杭州，厦

门和西安等城市技术最为成熟，产品最为普及。

2研究方向

2.1目标

基于传感器技术、互联网大数据分析技术等，研制出一款

实时检测教室人数及人的体温系统，并通过数据上传到研发

的小程序中。该系统针对每个教室，通过红外线可检测进入

教师同学的体温；另外通过位移传感器，根据速度方向的不

同，实时检测教室人数并将每个教室人数反馈到手机上；当

监测到体温异常时可触发警报，通过无线传输模块把教室位

置信息反馈到手机上。

2.2内容

基于传感器技术、互联网大数据分析技术等，研制出一款

实时检测教室人数及人的体温机器，并通过数据上传到研发

的小程序中。疫情防控常态下下，既能测量人体体温，减小

了一定的风险，又能能够知道每个教室的人数，并传到手机

的小程序上，避免了时间的浪费。

主要研究内容如下：

（1）设计机器的本体结构：本体采用吸附式结构，安装

在门框上方，便于准确测量人体体温，记录进出人数。

（2）测温模块设计：由于人体体温主要集中在头部，因

此在门框上部的机器中加入红外线传感器用于无接触温度测

量，并将有关数据传到电脑上，设置一个温度上限。

（3）测人数模块设计：利用位移传感器，根据位移的方

向不同，设置进出方向。例如，规定进入为正方向，即教室

人数加一；反之，则减一。

（4）定位模块的设计：在机器内部置入GPS芯片，与百

度地图的开放接口连接，当探测到体温大于温度上限时时，

触发报警信号，向手机小程序发送位置信息。

（5）信号处理系统的设计：采用单片机系统进行信号的

处理和传输，主要包括信号的无线传输模块、信息处理模块、

驱动模块以及报警模块等，从而实现信号的信息分析、执行、

处理等；并通过编程设计小程序，将每个教室的人数信息上

传到手机上。

3设备设计

3.1红外线传感器

红外线传感器是利用红外线来进行数据处理的一种传感器，

有灵敏度高等优点，红外线传感器可以控制驱动装置的运行。

红外线传感器常用于无接触温度测量，气体成分分析和无损

探伤，在医学、军事、空间技术和环境工程等领域得到广泛

应用。例如采用红外线传感器远距离测量人体表面温度的热

像图，可以发现温度异常的部位。图一为红外线传感器原理

[3]

。

图3-1红外线传感器原理

3.2位移传感器

位移传感器是一个系统设备，作为测量的器件位移传感器

在许多应用上起了关键的作用。它被应用于测量机械位移的

仪表，以及工业加工过程机器变化的位移量。位移传感器按

照信号输出可分为模拟式位移传感器和数字式位移传感器。

平时我们见到的电阻式电容式和电感式涡流式等这类都是模

拟式位移传感器，它们有统一的特点是在结构上简单

[4]

。而

相对于数字式位移传感器是将测量的位移变化量输出转化为

数字直接读取，相对于模拟式位移传感器还是比较复杂一些，

但是它的优点是测量的精度是比较高，更够更加准确的读取

测量的位移变化量。

电位器式位移传感器：原理电位器式位移传感器，它通过

电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的

电阻或电压输出。普通直线电位器和圆形电位器都可分别用

作直线位移和角位移传感器。但是，为实现测量位移目的而

设计的电位器，要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定

关系

[5]

。电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。

物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。阻值的变化量反

映了位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。

通常在电位器上通以电源电压，以把电阻变化转换为电压输

出。线绕式电位器由于其电刷移动时电阻以匝电阻为阶梯而

变化，其输出特性亦呈阶梯形。

图3-2 电位器式位移传感器

4总体设计

4.1技术路线

下图4-1所示是人体红外测温测数仪系统的总体结构框图。

图4-1系统总体结构框图

4.2分析应用

由于新冠、SARS和H1NI甲流的出现(其相似并发病症状之——发烧)，这样，

红外测温仪就用于人体温度的测量和大量人群的初步筛检

[6]

。但是非接触式人体

红外测温仪测量的是表体温度而非精确体温，所以有关人体表面温度和传统的用

体温计测得的腋下温度之间的相关性还正在研究之中。到目前为止，还没有任何

结论性的证据表明，其中一种温度可以可靠地、一致性地表示为另一种温度。

本文通过研究部分受试人员的温度测试结果发现：手持式红外侧温仪所测得

的人体表面温度与体温(腋下温度)相比较，其温差因人体个体差异而一致性较差。

从本设计试验结果来看，如果将温差判据确定为2℃-4℃时，将仍然有35%左右

的人员漏查和不必要的进一步待查。而按照现在一些相关单位暂时提出的红外测

温值修正1℃-3℃，那么可能漏查的人员更多。另外，通过位移传感器测量人数

更为精确。

参考文献：

[1]夏桂娟，江菊元，张亮明.特殊环境下红外测温传感器的实验研究；红外

技术，1996

[2]田伟平，田跃，李杰.一种新型红外测温传感器的原理与应用；自动化技

术，2007

[3]郭源生.热电堆式人体红外测温传感器在疫情防控中的应用；生物医学工

程，2020

[4]王耀军.光机电（磁）新原理位移传感器研究；自动化技术，2004

[5]余学锋，张红清，王柯.新型电位器式位移传感器设计与分析；自动化技

术，2020

[6]李琼，赵钰虎，饶文昊.疫情期间红外测温枪检测的基础理论和实验研究；

仪表仪器工业，2020