一种基于健康码和体温同时检测自动放行系统

吴静冉　张萍　石皓宇　秦克蓉　王慧

摘要：2020年，新冠肺炎席卷全球。为防止疫情进一步扩散，地铁、商场、车站等大型公共场合急需筛查出入人流。传统的放行机器功能单一，且依赖人工控制，具有误差大、成本高、效率低等缺点，已经达不到当前疫情防控的要求。为控制疫情传播，减小实体经济的生存压力，该文以单片机技术为核心设计一套结合健康码识别和体温检测功能的自动放行系统。系统可以同时判定被测者的健康码和体温，当判定结果是合格时，控制闸机放行，判定结果是不合格时，发出光电警报。

关键词：温度检测;智能控制;单片机

中图分类号：TP399     文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）26-0066-03

中国作为世界强国，人口基数大，根据综合规划司发布的数据，2022年36个中心城市的公共交通客运量达到73.9亿人，人员流动频繁。面对严峻的疫情，公共场所根据中华人民共和国国家卫生健康委员会发布的《新冠肺炎疫情期间重点场所和单位卫生防护指南》，对进入场所的顾客和工作人员进行体温检测和健康码识别。传统的检测方式是分开检测体温和识别健康码，检测速度较慢。本系统将体温检测和健康码识别功能合二为一，并加入自动放行和自动报警功能，可以为公共场所提供成本更低，效率更高的检测方案。此方案不仅可以降低因为被测者长时间排队带来的疫情传播风险，还可以减轻工作人员的工作强度。

1 总体设计

1.1 设计架构

在疫情防控期间，公共场所筛查出入人员由安检人员检查被测者出示的健康码，再用红外线测温机器测量被测者体温。其中健康码的部分主要是人工检查，存在效率低下、易被不法分子利用等隐患。温度检测部分则使用红外线人体测温枪，仅仅做到了检测，无法做到及时地报警和限制通行。针对这些缺点，本文设计了一种检测系统。系统以51单片机为核心，包含温度检测模块、健康码模块、闸机放行模块、声光报警模块，各个模块相辅相成，相互联动，缺一不可。整个系统的结构如图1所示。

系统将温度检测器和健康码扫描设备内嵌入闸机，调整闸机内部布局，使被测者在健康码识别设备前出示健康码的同时，温度检测设备检测被测者露出的手腕，测得被测者身体温度后通过电子线路将健康码扫描比对的结果和温度检测的结果通过信号转换器转化为数字信号后输入单片机中，由单片机内部程序进行判定。根据判定结果，启用声光报警模块报警或给予放行。

2 硬件设计

2.1 温度检测模块

系统分为多个模块，其中温度检测模块主要使用专为1μA——10mA的电流水平范围内工作设计的LM334芯片。该芯片属于三端电流源，也可用作一个真正二端电流源。LM334芯片作为温度检测器具有成本低、无须精密电压放大冷端补偿、长距离传输而不损失等优点。该芯片拥有恒流源的特性以及与绝对温度成正比的敏感电压特性，这两处特性决定了它可以作为理想的温度传感器。它测量的范围是0°——+70°。需要注意的是長线的串接电阻并不会影响LM334芯片的测量精度，所以非常符合系统的温度检测模块对高精度测量和中端距离测量人体温度的需求。具体连接电路如图2所示。

根据实际需求，将Rset设定为227Ω，则由上式可推得绝对温度为T的值是274K，输出电流的值为273[μ]A，此时温度每增加1℃，输出的电流都会增加1[μ]A。由此可获得一个灵敏度为1[μ]A/℃的标准传感器[1]。传感器的作用是人体体温这一非电量转化为可被机器读取的电量，再经过信号转化器转化为单片机可读的信号。AT89C51单片机读取转化后的信号，得到人体温度，将其与事先设定好的数值对比，当人体温度大于预设的安全数值时，连同健康码的检测结果一起做出判定是否启动声光报警模块[2]。

2.2 声光报警模块

在声光报警模块中，采用压电式蜂鸣器和发光二极管作为报警装置。利用三极管的开关特性作为模块的控制装置。三极管的开关特性指的是当加在三极管发射结的电压小于PN结的导通电压时，三极管的基极电流为零，集电极电流和发射极电流均为零，使得三极管失去电流放大作用，此时集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，电流无法通过三极管。与之相反，当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压时，三极管的集电极电流处于某一定值附近保持不变，此时集电极和发射极之间相当于开关的导通状态，电流可以通过三极管[3]。将三极管和报警装置串联在一起，具体的连接电路如图3所示。

当单片机启动声光报警模块时，其P3.0口输出高电平，从而使三极管导通，电流流入压电式蜂鸣器和发光二极管。这时，蜂鸣器持续地发出“滴”的声音，同时使发光二极管发光。

2.3 健康码模块

健康码模块使用的是北京微光互联科技有限公司生产的扫码设备MX86，如下图4所示。MX86支持usb连接、有线连接、以太网等连接方式。它的识别能力优秀，可以在手机屏幕较暗时扫码识读，并且具有优秀的扫码速度，可以有效地提高通行效率。MX86的输出接口有两个，分别为5pin口和6pin口，本模块主要使用6pin口将扫描结果与后台数据库做对比，判定健康码是否合格。若合格，则单片机再结合温度检测模块的检测结果控制是否闸机放行;若不合格，则单片机控制声光报警模块发出警报[4]。

2.4 闸机放行模块

闸机放行模块使用的是桥式弧形翼闸。桥式弧形翼闸具有最高每分钟通行30人的通行速度，并且它对外接口统一，单片机控制方便。在运行过程中，单片机根据输入信号的判定结果决定是否启动闸机放行模块。单片机启动闸机放行模块时，闸机的主控面版单片机发送的放行信号，然后主控面板向方向指示器和电机发送对应信号，方向指示灯收到信号后转化为绿色箭头，同时限位开关控制电机运转角度，闸门转动使行人通行。桥式弧形翼闸自带的红外线传感器，可以检测行人位置并向主控面板发送信号至闸门，使闸门保持转动直至行人通过。这个装置可以有效地保护行人的通行安全，防止非法闯入。

2.5 核心设计

整个系统的核心是AT89C51单片机，这是一种带4K字节FLASH（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory） 存储器的CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）8位微处理器。它具有功能丰富、购买便捷、使用簡单和可靠性强等优点。系统将该芯片的P3口作为控制声光报警模块的主要引脚。P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可驱动4个TTL门电路。P3口作输入时，将“1”写入P3口，使其被内部上拉为高电平。当其被外部下拉为低电平，使得P3口被上拉，从而输出低电平。将其中P3.0、P3.1口与声光报警部分相连，利用高低电平对三极管产生的影响，从而控制声光报警模块。系统通过P2口和P3口的这些特性进行高低电平的调控，并结合三极管的开关特性，以达到控制其余模块的效果[5]。整个线路如图6所示。

3 流程设计

系统运行时，当扫描设备扫描被测者健康码时，测温设备同时检测被测者的体温。测得的数据经过信号转换后传输至单片机。当单片机判定健康码合格且体温低于预设的安全数值时，单片机控制闸机放行模块予以放行;否则，单片机控制声光报警模块发出警报，并向计算机发送信号，使其连接后台数据库并查找此人的出行轨迹，将其信息显示在显示屏上。具体流程如图5所示。

4 小结

本系统将健康码检测与体温检测相结合，相较于已有的放行系统，本系统极大地提高了检测效率。适用于人流量较大的公共场合，减少了被测者因为先后出示健康码和测量体温所带来的不便。本系统的研发对于控制疫情传播、保护人民生命安全、辅助交通正常运行、降低人力成本、提高大型公共场所经营企业的生存能力有着重要作用。

参考文献：

[1] 陈颐容.LM334的特殊应用[J].仪表技术与传感器，2006（12）：58-59.

[2] 周长彧.基于单片机的多功能温度检测系统的设计与研究[D].长春：吉林大学，2008.

[3] 徐淑华.电工电子技术[M].4版.北京：电子工业出版社，2017：104-106.

[4] 黄文淮.单片机原理及应用[M].西北：江西工业大学出版社，2020：31-32.

[5] 沙春芳.PROTEUS VSM在单片机系统仿真中的应用[J].现代电子技术，2004，27（24）：110-112.

【通联编辑：梁书】

收稿日期：2022-04-10

基金项目：国家级大学生创新创业训练项目“基于安康码和体温同时检测自动放行的系统”（项目编号202110959059） ;省级大学生创新训练项目“基于安康码和体温同时检测自动放行的系统”（项目编号202010959142）

作者简介：吴静冉（2001—） ，女，安徽合肥人，在读本科，研究方向为轨道交通信号与控制。