基于PLC触摸屏技术的人体红外自动测温仪

关宏强

(辽东学院 工程技术学院，辽宁 丹东 118003)

近些年来，各种流行病毒层出不穷，如何防控这些疾病的传播更是成为全世界共同探讨的问题。如今新型冠状病毒的爆发更加要求我们做好防控。这些种类的病毒都有一个共同特点，就是多数发病期间都有体温发热高烧等症状，因此流动人群体温测量显得尤为重要。特别是一些人群流量大的公共场所，如车站、码头、学校、办事大厅、工厂、大型超市等都需要大量的体温检测。目前红外体温枪测量额温的方式比较流行[1]，但有检测速度慢，工作人员与检测人员距离近易产生交叉感染、检测人员防护要求高等缺点。红外线热成像传感器虽然可以快速无接触检测但由于价格昂贵而给使用者增加经济负担。因此，设计一款能无接触、准确、快速、低成本解决流动人员体温检测的控制装置，具有十分重要的社会意义和实用价值。

1 系统方案

设计的测温装置要很好的解决了上述难题，最大限度降低对工作人员病毒感染的几率并减少成本。测温装置可安装到人员通道附近，超温报警，可联动闸机禁止进入。设计的装置主要由 MLX90614红外温度传感器，环境温度传感器，变送模块，PLC触摸屏一体机，电源模块，报警接口，门禁接口等组成。测温装置可安装到人员通道附近，可联动闸机禁止进入。采用非接触式红外测温方法，测定人体额头温度，并通过修正额温与体温的温差来得到人体精确的体温。Melexis公司生产的MLX90614红外线测温模块，测温方式为非接触高精度红外线测量，在温度范围为32～42℃时，测量的绝对精度为±0.2℃。采用PLC触摸屏一体机进行信号采集处理显示，7寸彩色液晶屏，交互式页面，具有显示输入设置报表等功能为一体，方便用户使用，可做到维护简便和软件优化升级灵活等优点。

1.1 硬件设计

传感器采用Melexis公司生产的MLX90614ESF-DIC-000-TU数字传感器。这是一种医疗传感器，由红外热电堆传感器，低噪声放大器，17位ADC和功能强大的DSP单元组成。如图1所示[2]。该传感器使用内部热电堆将收集的红外辐射转换为电信号，该信号被低噪声放大器放大并发送到AD转换器。由AD转换器输出的数字信号在经过FIR / IIR低通滤波器调节后被发送到数字信号处理器。数字信号处理器处理数字信号并输出测量结果，并将其保存在MLX90614内部RAM中。它可以通过SMBus或PWM。该模式由主控CPU单元读取。

MLX90614传感器本身具有在宽温度范围内具有高精度，高分辨率，可调节发射功率以及与SMBus兼容的数字接口的优点，而医用MLX90614ESF-DIC-000-TU在温度范围为32～42℃时，测量的绝对精度为±0.2℃。MLX90614广泛用于高精度非接触温度测量，医疗器械和多温段控制。

PLC触摸屏一体机采用国产7寸中达优控一体机，该型号PLC软件兼容三菱PLC，共有6个输入点、8个输出点、2路AD。它采用进口的32位工业级CPU和内部总线设计；可以适应高电磁干扰的工业环境； 触摸配置屏幕支持字体选择功能； 大型显示信息，支持TFT真彩色，HMI尺寸选择为7.0英寸，尺寸适中；指示符启/停图片可替换为任何图片，有着很好的可视化界面；寄存器编号和文本以及汉字显示可以自由选择各种字体；支持多种格式的图片文件，动态图片功能可以实现256张图片的切换显示。用组态来进行体温测量提示和体温温度的显示、超温报警等。

图2是一体机整体控制电气图。为了降低成本，运用简单可靠的方式进行电路设计，SB1和SB2为开始和停止按钮。按下SB1程序开始运行，按下停止数据停止采集计算和显示，整机处于待机状态。AD0和AD1分别采集由90614红外温度传感器采集的人体温度信号和由PT100传感器采集的环境温度，并送入PLC进行模数转换。Y0和Y1用于控制开机和停止的灯控制，对应开机和停止待机状态显示。Y2接入声光报警器，当检测到的人体温度超过报警温度后，Y2输出，报警器声光报警，屏幕同时报警显示。

输出控制接口预留4路继电器接口Z1、Z2、Z3、Z4，可以控制任何联动设备，如通道闸机、远程报警器等。

1.2 软件设计

组态屏界面设计。组态界面采用YouKong Soft5.5软件来进行设计，界面设计为图3所示，主要分为主显界面(见图4)，参数设置界面和人员报表界面。主显界面主要显示环境温度，检测额头温度，计算修正后的体温温度和声光报警状态显示。参数设置界面用于设置校对时间，设置报警温度，温度修正系数和体温上下限设定以及报警时长设定。人员报表显示发热报警的人员信息(日期时间体温等)，用于排查和统计。通过人数和报警人数是分别统计体温正常的检测人数和发热人数，便于检测人员日常管理和记录。

PLC程序设计。PLC一体机兼容三菱FX1s型号的PLC软件编程，采用GX Works2软件直接梯形图编程。

PLC需完成数据AD转换采集，采集到红外线探头信号和环境温度探头信号后与参数变量进行比较，根据参数进行数组分段温度修正，以保持红外线检测线性来保证输出结果的精度。如果检测结果温度高于设定的报警温度，声光报警器报警，辅助继电器动作，提醒检测人员进行下一步防疫处理。如果检测结果温度在正常体温的上下限内，提示“体温正常”，绿色指示灯亮起，如果接入通道闸机，可联动闸机开启人员放行。图5为整个PLC红外线人体测温流程图。

2 系统调对

系统调对是所有工作最繁琐的，也是最重要的，对于检测精度至关重要。首先要进入触摸屏设置界面，设置当前日期时间，设置正常温度显示的上下限一般设置32.00～42.00℃，设置修正参数表，以保证输出精度在检测范围内保持精度最高，修正参数表的值，来源于温度校正黑体，反复测量实际值与检测值进行记录分段进行修正，最后形成数组添加到参数表里，采用软件修正，具体方法在这里不再赘述[4]。最后查验结果，反复在不同环境下实际测量不同人员体温，然后与水银体温计测量体温进行对比，对比结果如见表1。

结果表明，体温计测得读数与测温装置测得数据十分接近，误差能控制到±0.2℃以内，可以满足检测要求。上述数据是在温度变化不大的场合，如室内环境。室外环境由于影响因素大，测量方法等因素会造成测量误差增大。

影响红外人体测温的因素有：

(1)环境因素：测温装置在温度变化较大的情况下，需要待各项指标稳定后，才能保证测量精度，由于MLX90614红外传感器内置温度补偿电路，可以实现准确测温。

(2)测温距离因素：固定的物距比下，不同距离测量目标的有效直径不同，因此在测量人体额头温度时要尽量靠近传感器探头，测量距离不大于0.5m。

(3)背景高温或存在强光：探头正对强光，测量误差会增大，所以要用物体遮挡直射探头的太阳光和其他强光，以免产生干扰。

表1 装置测量温度与体温计温度对比表

3 结 论

本文介绍的红外线人体测温装置的设计本着快速开发的原则，使用硬件少、结构简单、低成本的特点进行设计。软件开发和硬件接口的可扩展性强，便于以后改进和软件升级优化，便于疫情期间的普及和利用，减少使用单位采购费用，节约成本，提高检测效率和准确性，降低检测人员感染风险。非常适合中小单位复工人员体温检测，学校学生复学体温日常检测，快速排查发热人员，最大程度降低聚集性传播的风险，具有较大的实用价值。同时也可增加多点红外传感器，进一步提高排查效率和检测的准确性。该装置可广泛应用于以下场景：

(1)红外测温门： 本检测装置可安装到人员通道附近， 无需工作人员接触被检人群， 非接触自动检测体温， 超温报警， 可联动闸机禁止进入，这样能最大限度的对工作人员病毒感染的几率。

(2)社区无人自助测温站： 将本装置摆放至检测点，固定传感器，即可测量人体温度。人员接近传感器即可测温，并发热报警，对社区流动人员进行筛查。

(3)学校楼宇大厅自助测温区： 将本装置安装至楼宇大厅内，固定测温传感器，学生经过后自助1s测温，发热报警，快速便捷筛查发热学生，降低聚集性传染病毒的风险。

(4)其他车站，机关，工厂等密集人员通过的地方。