基于IoT的人员考勤及体温监测一体化系统的设计与实现

李重志，张俊豪，葛鑫越，刘佳佳，申海洋

（巢湖学院电子工程学院，安徽合肥 238024)

0 引言

在各类企事业单位的日常管理中，常通过打卡考勤的方式对员工的出勤情况进行跟踪，防止人员缺勤，脱岗。同时，由于各类传染病往往会伴随体温异常的现象，所以也会通过要求人员自主上报体温信息，再通过集中统计的方式来获取全体人员体温信息，以防传染病的扩散[1-2]。在日常工作中发现部分人员在考勤时存在代替他人考勤，谎报、漏报体温信息的现象，给管理工作带来风险[3]。

为解决这一问题，本文提出了一种基于IoT 的人员考勤及体温监测一体化系统的设计与实现方案，系统以LCS6260[4]模块为控制核心，同时结合指纹识别模块和温度传感器模块来实现系统的运作。具体实施方法如下：

1)通过指纹识别模块识别人员身份信息，信息无误后通过互联网自动帮助人员进行日常的打卡签到。在鉴别人员身份的同时，对人员的体温进行准确的测量。一并完成了打卡和体温检测工作；

2)在进行身份识别的同时，温度传感器将会采集人员的体温数据，并与身份信息数据通过无线网络传输到云端数据库当中；

3)完成采集后，云端MySQL数据库会同步接收信息数据，并将信息安全保存；

4)通过查看登录物联网应用平台，可以直观地对人员身份信息和体温数据进行审阅，异常数据将由不同颜色的字体显示。实现对人员打卡和体温数据集中存储、备份。方便管理人员，对全体人员动态进行综合分析、管控。

综上所述，本项目设计的系统具有较好的社会效益，可用在各类的单位日常考勤和流行病的防控中，具有一定的实际应用价值和商业价值，本系统已申请国家发明专利。

1 系统结构

1.1 系统总体结构设计

基于IoT 的人员考勤及体温监测一体化系统，包含了指纹身份识别模块、非接触式体温检测模块、无线网络传输、数据库系统和物联网应用平台。具体硬件设计以LCS6260 无线模块为核心，结合MAX30205温度传感器、AS60X指纹辨识模块，SSD1306显示模块构成。

AS60X指纹辨识模块用于识别用户身份信息，其功能在于可以通过指纹来准确辨别用户身份，避免了代签的情况发生。MAX30205温度传感器在识别人员身份的同时采集当前用户的体温数据。利用LCS6260 无线模块连接无线网络实现数据的传输和维持系统的正常运行[5]。本系统在数据库中录入所有用户人员的联系方式，所有的数据将与用户的联系方式以列表的形式储存，以便能够第一时间确定身体发生异常的人员，针对各种特殊情况能够及时进行处理[6]。系统的结构原理如图1所示。

图1 系统结构图

1.2 系统工作流程

首先，系统初始化，将所有用户的指纹信息、联系方式、姓名编号等信息提前录入到数据库当中。当系统连接上网络时，温度传感器和指纹识别模块将同时启用。采集到的数据将通过无线网络安全地传输到数据库中进行保存。所有的数据将会在下一次测量后进行更新，以保证数据的时效性和准确性。倘若出现人员体温信息异常或未成功测取的情况，系统会通过OLED 显示屏提示该名用户，用户可以再次使用系统进行重新测量。管理人员也可通过登录网站平台对信息进行监控管理，及时联系到身体状况发生异常的人员，为每一位人员提供一个相对安全的环境。系统流程图如图2所示。

图2 系统流程图

2 系统硬件设计

2.1 电源模块

综合系统整体性能，将采用常用的USB接口的方式进行供电，输出电压为3.3V/5V。为系统的运行提供了可靠保障。

2.2 指纹识别模块设计

AS60X功能模块，利用光的反射、折射原理，发射出的光源在指纹上折射的多个角度及反射回去的光线明暗变化会不一样。CMOS、CCD 等光学电子器件就会收到明暗程度不同的数据信息，进而实现指纹识别。该功能模块配备了USB 通信接口、串口，不必研究复杂的图像数据处理方法及指纹数据识别算法，只要进行简单的串口、USB 通信协议便对模块进行控制。AS608X指纹识别模块搭载的芯片具有DSP运算单元，集合了指纹识别算法，能稳定高效地收集图像数据并分析指纹的特征，性能安全可靠。

2.3 温度传感器模块设计

系统采用MAX30205温度传感器作为测温模块，高精度和低电压操作有助于减少测温出错的概率，利用高分辨率Σ-Δ 型模数转换器(ADC)将体温测量数据转换为数字形式。通过I2C兼容2线串行接口进行通信。I2C串行接口支持标准写字节、读字节、发送字节和接收字节命令，以便读取温度数据。传感器采用2.7V 至3.3V 供电电压范围、600μA 低供电电流，理论精度可以达到0.1℃，性能稳定，并且数字化功能更容易集成到其他的系统当中。

2.4 LCS6260

LCS6260 是一款小尺寸低成本串口Wi-Fi 模块，具有强大的片上处理和存储能力，符合802.11b/g/n 无线模块标准，同时支持UART-Wi-Fi以太网数据传输。该模块具有一个完整的Wi-Fi 网络体系，仅需要通过利用串口使用AT 指令控制，就可以满足大部分的网络功能需求。LCS626还支持拥有SW on-chip 完整的应用程序的超低功率设备的快速程序开发应用。通过与系统的体温检测模块、指纹识别模块相适应，实现了系统的稳定运行。

2.5 显示模块设计

系统采用SSD1306 作为显示模块的驱动芯片[7]，SSD1306 是一款单片CMOS OLED/PLED 驱动器。总体分辨率达到128×64，采用I2C 通信方式同LCS6260无线模块进行连接，具有良好显示效果和便携性特点，通过使用SSD1306,可便捷地使用UI 人机互动界面，引导用户完成采集工作。

系统实物及使用实例，如图3所示。

图3 系统实物及使用演示

3 系统软件设计

在服务器中利用MQTT协议功能与系统的感知层进行信息数据的相互交换，系统的感知层在完成信息采集之后，使用MQTT 协议对数据进行json格式编辑，通过网络传输到Web 平台。在设计过程中，鉴于社会的切实需要，对物联网应用平台服务器的安全性与稳定性有极高的标准，而阿里云物联网平台服务器广泛应用于工业和家庭物联网领域，具有很高的稳定性、可靠性保障。因此本系统的应用MQTT 服务器使用阿里云物联网服务器。同时配套设计出Web 应用平台，通过个人移动端便可登录，实现对信息数据的管理和监测功能。

3.1 物联网应用平台设计

基于阿里云物联网平台IoT Studio 开发了Web 应用平台，如图4 所示，通过登录该应用平台可直观地查看当前全部用户的身份和其体温信息。设计体温过高预警功能，当体温超过37.2℃时，体温用红色显示，并进行体温异常提醒。

图4 物联网应用平台页面

图5 数据库界面

3.2 MySQL数据库设计

基于云端Windows Server 2008R2 服务器，安装MySQL 服务器[8-9]后，创建并设计数据库表单，如图4所示，共有iduser_name emperature ime el_phone等五个字段,该MySQL用以对采集的信息数据进行存储。而数据库的建立，首先为温度补偿算法提供数据支持，同时也为流行病的防控提供可靠的数据支撑。

4 系统性能的测试分析

为验证系统在不同条件下的有效性和可靠性，我们以某高校宿舍为例进行了实际测试，本次系统的测试拟对多名人员的身份和体温信息进行采集。测试步骤如下：

1)录入被测对象人员的指纹信息。将被防控对象人员的指纹信息录入系统中，待后期使用时进行识别。

2)利用系统进行身份鉴别和体温采集。只需将手掌伸入到装置当中，用已经录取过信息的手指按压在指纹识别器上，手腕处会自然地贴在体温传感器上，等待OLED 上的显示的检测引导提示信息。指纹识别模块开始对人员身份进行识别，在进行人员身份识别的同时，手腕处的体温传感器获取当前人员体温。获取到的身份和体温信息后，LCS6260模块利用Wi-Fi 无线网络将采集的测量数据传送至MySQL 服务器。数据结果如图6所示。

图6 系统使用实测

为避免实验测量中的数据具有偶然性，将对人员进行多组的系统测量和人工测量对比。其次，针对不同时间段人体温度会发生变化这一问题，将在一天内的早中晚测量不同的实验数据，以此保证实验数据的可靠性。结果如表1所示。

表1 测量结果对比表

经过在不同环境、不同时间段的对比测试能够证明本系统实验数据的准确性，且能够保证不同环境下系统都能够正常执行。系统的有效性和可靠性都满足需求，在保证人员身份信息可靠的前提下，能够快速、准确地测量出每一位用户的体温数据，并将每个测试人员的准据准确无误地记录到对应的身份表格中，对数据进行存档[10]。

5 总结与展望

项目提出的基于IoT的人员考勤及体温监测一体化系统设计，实现了身份识别和准确测量体温的功能，数据传输到应用网站平台和云端数据库，有利于工作人员实现远程的管控和查看。

通过测试分析后，系统的性能指标均满足设计的实际需求：系统在对人员进行每日的考勤任务的同时检测当前人员的体温数据，数据通过无线网络传输至云端数据库，管理人员通过登录云端MySQL数据库实现对人员的考勤状况进行快速统计，大大提高了工作效率，同时体温监测功能也提供了日常的体温检测，为流行病防控提供了参考。

本系统系2022 安徽省高校物联网应用创新大赛获奖作品，并受到国家级大学生创新创业训练计划项目资助，项目已经申请国家发明专利。