侯龙云 郑亚宁 杨淏然 王如歌 张靖荷

摘要：智能小易是一个通过红外线测温仪以及警报装置等组成的防疫机器人。在小易的头部顶端安装红外测温仪，按照通信协议编程后测温数据将传输到机器内部，数据经分析后将会对异常数据发出警报;另外，系统采集到人物画面的时候会使用人脸定位功能，识别普通人群图片获取相关信息，利用平台的“人脸识别”功能，完成检测接口的调用并获取接口返回值，根据检测的结果来触发“未戴口罩”的警告。

关键词：机器人;防疫;红外测温仪;人脸识别;

1、简介

疫情发生的这两年，所有的公共场合通道口都有测温关卡，因此一时间需要大量测温人员以及登记人员，但过多的工作人员无疑增加了接触和感染的风险，而且完全的人工化工作也造成大量人力以及财力的支出，还容易出现遗漏和错检的情况。

对于非一线民众来说，出门戴口罩是降低被传染新冠肺炎的有效措施之一。同时，本装置拥有拦截功能以及警报功能，能对疑似人群进行拦截警报，也可以通知工作人员其进行深层次人工检测或上报对该方式进行解决，更好地关注到体温不正常的情况，更简短有力地进行排查监控。利用设备的监控装置发现人群是否佩戴口罩也是智能小易的功能之一。

2、系统方案

现设计一款集口罩监测，体温测量，拦截异常人员以及自助消毒于一体的智能防疫机器人。考虑到成本，芯片功能与硬件兼容性的问题本产品将采用STM32芯片为产品核心来展开。

a. 系统结构

（1）摄像系统

使用可见光摄像头对进入公共场所的人员进行人脸识别并检测被测人员各种口罩是否佩戴，对未佩戴口罩、体温异常人员进行人脸识别。

（2）测温系统

红外摄像仪进行对进出入的人员通过红外测体温，排除各种气候与环境因素的干扰，实时精准测体温，有效弥补人工监控的不足。通过无接触的方式，随时掌握高危人群动态，用科技化的手段防控疫情。实现密集、流动、多人的测温。

（3）拦截系统

电机驱动机器人手臂对未佩戴口罩的人员或口罩不合格人员及体温异常人员进行拦截，减少被感染病毒的风险

（4）支付系统

通过手机支付扫二维码，为未佩戴口罩的人员提供口罩，为人们提供方便。（根据用户要求，口罩也可免费提供）

（5）语音系统

语音提示，对未能通过的人员语音提示，并发出警报提示紧急处理人员对不达标准的人员进行近一步的检查或隔离。另外可以对人们进行简单的防疫知识的解答，让人们对疫情有更加深入的了解。

b. 模块设计方案

（1）控制模块设计

本文所设计的温度采集机器人采用STM32F103C8T6作为主控器，Arduino作为辅助控制器.其内部含有丰富的资源，如256k的Flash、48k的RAM、多个16 位的定时器、2个IIC 接口、5个串口、1个USB接口、51个通用I/O口等。如此丰富的资源可以简化外围的硬件设计，方便数据的传输。与家族其他芯片相比较，其主要优势在于低廉的价格，同时相比 8 位单片机性能更优.并且较小的封装体积可以进一步缩小设备体积.主控制器通过串口与OpenMV和Arduino 进行通信，收集并整合接收到的数据，通过控制器的解析算法，输出相对应的控制信号，来实现对机器人的控制.

OpenMV是一个开源，低成本，功能强大的机器视觉模块。以STM32F427CPU为核心，集成了OV7725摄像头芯片，在小巧的硬件模块上，用C语言高效地实现了核心机器视觉算法，提供Python编程接口。

视觉模块与机械臂模块由 STM32 进行控制.在识别到体温异常后，STM32 将视觉模块接收到的数据进行处理，对机械臂的运动进行控制，同时通过串口给 Arduino 发送處理好的数据。

（2）驱动模块设计

机器人运动时，通过STM32控制电机，然后电机带动履带式传送带，从而实现测温机器人机械臂的快速运动。当前运用于机器人的电机有伺服和步进 2 种电机。伺服电机驱动复杂、价格昂贵，适用于大功率控制场合;步进电机功率不够大，但系统简单，价格便宜。因此，采用步进电机作为机器人机械臂运动系统的核心部件。

程序设计完成后，进行硬件平台的搭建和各个模块的组装。组装机器人前，首先逐个检查摄像头、电机驱动、红外传感器等模块的外观是否完好、电路板有无虚焊等情况，然后通电测试各个模块是否能正常工作，所有模块通过检测后，最后才能把它们组装成一个整体。

（3）测温模块

该模块以MLX90247热电元件作为红外感应部分。输出是被测物体温度（TO）与传感器自身温度（Ta）共同作用的结果。该系列模块精度可达±0.2℃，体积小巧，被测物体和环境温度能分双通道输出，有多种输出方式：模拟线性输出、PWM输出、可编程SPI输出等，适于多种应用环境。本产品使用红外摄像仪进行对进出入的人员通过红外测体温，排除各种气候与环境因素的干扰，实时精准测体温，有效弥补人工监控的不足。

（4）摄像模块

景物通过镜头（LENS）生成的光学图像投射到图像传感器表面上，然后转为电信号，经过A/D（模数转换）转换后变为数字图像信号，再送到数字信号处理芯片（DSP）中加工处理，再通过USB接口传输到电脑中处理，通过显示器可以看到图像。本产品使用可见光摄像头对进入公共场所的人员进行人脸识别。

（5）语音模块

语音模块能够为各种警报提示产品、电子产品等提供语音的录制与播放，不仅使用起来极为方便，而且成本较低、运行也稳定可靠，并且在实际使用过程中能根据需要而重复录音，具有多种应用优势。本产品可以对未能通过的人员语音提示，并发出警报提示紧急处理人员对不达标准的人员进行近一步的检查或隔离。

参考文献

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