装在眼镜上的体温侦测与预警装置

刘宸瑞 王南淞

一、研究背景

在新冠肺炎疫情下，体温检测是疫情防控的第一道关口。目前，红外体温检测仪被应用在公共场所，对辨别疑似病例发挥了重要作用。

但是，红外体温检测仪只能近距离测温，距离过远会导致数据不准确，更不便于个人在小范围内快速隐蔽地测量体温。

于是，我们设计隐蔽式非接触体温侦测与预警装置，这种装置可提醒人们在出行时远离疑似病例，防止病毒感染。

二、基本思路

利用各种传感器、Arduino模块、振动马达和电源等组装装置，通过程序设计进行温度补偿，保证装置测温与预警的精准性，帮助人们辨别新冠肺炎疑似病例，避免与他们接触。

三、制作过程

（一）结构设计

隐蔽式非接触体温侦测与预警装置由三部分构成。第一部分是感知系统，由红外测温传感器、激光测距传感器组成，实现温度与距离的非接触监测;第二部分是控制系統，由Arduino模块与程序构成，实现数据的接收与处理，并向输出设置发出控制指令;第三部分为警示系统，由振动马达与电源组成，实现报警与能源供应。装置结构如图1所示。

工作流程：将隐蔽式非接触体温侦测与预警装置固定在眼镜架上，开启电源，左右摆动头部快速筛选高温物体，如有发现立刻报警。

（二）制作样机

我们在老师的指导下一起制作隐蔽式非接触体温侦测与预警装置。

1.3D打印装置盒，之后对3D打印件进行处理，方便安装红外模块（如图2）。

2.处理Arduino模块，以适应3D打印件的空间（如图3）。

3.刮去漆包线上的漆，为焊接作准备（如图4）。

4.将Arduino模块、红外测温传感器、激光测距传感器、振动马达、3.7V锂电池和微型开关等组装在一起。

（三）程序设计

程序控制模块由Arduino微处理芯片、红外测温传感器和激光测距传感器组成，可实现远距离测温、测距，并通过程序设计进行温度补偿。

红外测温传感器测得的温度会随自身与被测物体的距离变化而变化，与被测物体距离越远，其显示的值越小，所需补偿的温度值就越大。我们通过用红外体温检测仪测温来了解测得的温度与距离之间的关系（如图5）。

然后，我们利用米思齐可视化编程平台进行程序设计，程序设计流程如图6所示。

四、测试效果

我们把隐蔽式非接触体温侦测与预警装置装在眼镜架上（如图7），然后进行效果测试。结果发现，测温探头离被测目标越远，读数越小，精确度不如水银体温计和电子体温计。

于是，我们尝试通过距离对温度值进行补偿。经多次试验验证红外测温传感器测得的温度随距离变化而变化，但这种变化没有规律，无法通过距离进行温度补偿。

五、改进设计

（一）改进思路

隐蔽式非接触体温侦测与预警装置由红外测温传感器、凸透镜组、Arduino模块、振动马达和电源组成，利用凸透镜成像原理，保持远红外线在不同距离情况下导入红外测温传感器的光线量一致，降低距离对温度检测精度的影响，并通过程序设计进行温度补偿，保证其精准性。

（二）凸透镜光学温度补偿原理

当物距大于2倍焦距时，像距在1倍焦距和2倍焦距之间，成倒立、缩小的实像，此时像距小于物距，像比物小，物像异侧。

被测物体越远，所成实像越接近1倍焦距。被测物体越近，所成的实像越接近2倍焦距。而红外测温传感器感应头位置固定，红外光线摄入量保持不变，所测得的温度值也保持不变。

（三）作品构造

改进后的隐蔽式非接触体温侦测与预警装置由三部分构成。第一部分是感知系统，由红外测温传感器、凸透镜组组成，实现温度与距离的非接触监测;第二部分是控制系统，由Arduino模块与程序构成，实现数据的接收与处理，并向输出设置发出控制指令;第三部分为警示系统，由振动马达和电源组成，实现报警与能源供应。装置结构如图8所示。

（四）程序设计

程序控制模块由Arduino微处理芯片、红外测温传感器和振动马达组成，实现远距离测温，并通过程序设计进行温度补偿。程序设计流程如图9所示。

改进后的隐蔽式非接触体温侦测与预警装置如图10，我们把它固定在眼镜架的一侧，如图11。

借助这个装置，我们可以快速地从人群中筛选出那些体温超过正常值的人，避免病毒感染。

六、创新点

隐蔽式非接触体温侦测与预警装置小巧，装在眼镜架上，能随头部摆动测温，十分便利。

这个装置利用凸透镜成像原理自动进行温度补偿，可实现远距离测温，解决红外体温检测仪不能远距离测温的问题。同时能快速筛选高温人群，并振动报警，方便使用者不动声色地远离疑似体温异常者。

指导老师  张才友

作者关注社会热点，紧跟时代潮流，利用光学原理巧妙设计出隐蔽式非接触体温侦测与预警装置，方便使用者远离体温超过正常值的人，防止病毒交叉感染。他们运用的发明方法与原理值得中小学生借鉴。