基于Zigbee的幼儿园儿童体温实时监控系统

梁贵芹

摘 要：针对幼儿园儿童属于易生病群体，现行幼儿园经常因为管理不够细致，无法及时发现儿童体温异常问题，设计了一种通过周期性地采集幼儿园儿童体温来实现对在园儿童体温状况进行实时监控的系统。该系统通过MLX90614来实时采集儿童体温，然后借助Zigbee网络将采集到的体温数据传送到系统监控中心进行解析，通过体温数据的异常检测，及时发现儿童健康问题。该系统性能稳定，具有较好推广价值。

关键词：体温；Zigbee；MLX90614；STM32

中图分类号：TH776 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）09-0029-03

Abstract： To solve the problem that current kindergartens are often unable to catch sight of abnormal temperature of children in time for the lack of meticulous management. A system was designed to monitor children's temperature in kindergartens by periodically collecting children's body temperature. The system used MLX90614 sensors to collect the children's temperature in real time， then the temperature data collected was transmitted by the Zigbee network to the system monitoring center to be parsed， and finally it helped to discover children's health problems in time by the detection of abnormal temperature data. The study shows that the system works well and has a good promotion value.

Keywords： human-body temperature； Zigbee； MLX90614； STM32

引言

如今，隨着二胎政策的开放，越来越多的父母由于工作等原因，幼儿上幼儿园的年龄已经从原先的三岁，提前到两岁半或两岁，而幼儿园儿童属于易生病群体，近年来因幼儿园管理不够细致，儿童在园期间因突然疾病，却因幼儿园管理人员未能及时发现，贻误就医时机而造成的伤亡事件不断发生[1]，幼儿在幼儿园的健康监护问题已经成为社会关注的一个大问题。目前关于幼儿园安全问题的研究[2-3]也仅限于幼儿接送安全方面，在此为了加强幼儿在幼儿园的实时健康监护问题，设计了一种基于Zigbee的幼儿园体温实时监控系统。

1 系统总体设计

系统总体结构框图如图1所示，该体温监控系统由系统控制中心（包含Zigbee协调器）和分别作为儿童体温采集手环、监护教师手环的Zigbee终端节点构成。

系统通过儿童体温采集手环内的MLX90614传感器来实时采集在园儿童的实时体温信息，再通过Zigbee网络将采集到的体温数据上报给Zigbee协调器，协调器将收集到的体温数据，通过SPI接口发送给STM32F103ZE单片机。系统控制中心功能是将收集到的体温数据包进行解析，如果出现有异常的体温数据，则通过Zigbee协调器向监护教师手环发送出现异常的儿童的相关数据（如儿童的编号，姓名等），方便监护教师及时找到该儿童，并进行处理；同时通过GSM通信模块告知体温异常儿童的监护人。控制中心的显示模块用于显示当前在园儿童体温状态的统计信息，当有儿童体温异常时，则显示体温异常儿童的相关信息以及是否已经被监护教师处理。此外，为了方便日后查询，控制中心还将接收到的体温数据通过串口传送到PC端进行存储。

2 系统硬件设计

2.1 系统控制中心硬件设计

系统控制中心采用STM32单片机为MCU，与Zigbee协调器通过SPI接口直接相连，用于接收来自Zigbee协调器的体温数据帧，并解析出接收到的体温数据帧中的体温数据状态码，如果是状态码为正常体温数据，则直接将收到的数据帧通过串口转发到PC端进行解析与存储。否则将体温异常儿童的信息通过协调器转发到监护教师手环，同时将体温异常信息通过GSM模块，以短信形式发送给该儿童监护人。LCD显示模块用于显示体温数据统计结果和处理情况。

2.2 儿童体温采集手环硬件设计

儿童体温采集手环用于采集佩戴手环儿童的实时体温信息，通过MLX90614传感器采集儿童体温数据[4]，并通过CC2530模块[5]将采集到的体温数据发送给Zigbee协调器，还可接收来自协调器下发的控制指令。当采集到的体温数据在设置阈值之外时，会触发声光报警，方便监护教师迅速找到该儿童，并进行及时处理。当处于儿童休息时间时，会屏蔽掉声音报警，监护教师可通过儿童手环上的报警灯闪烁以及教师手环收到的体温异常儿童信息来及时找到体温异常儿童。

儿童手环上有两种功能按键：设置按键用于设置儿童体温采集周期以及报警体温阈值，并可用于输入报警消除教师工号；报警消除按钮用于确认监护教师到场对体温异常儿童的报警进行处理。儿童体温采集手环硬件结构框图如图3所示。

2.3 监护教师手环硬件设计

监护教师手环用于接收控制中心通过Zigbee协调器下发的体温异常儿童信息，方便监护教师及时找到体温异常儿童，并进行及时处理。教师手环上的按钮用于教师对接收到体温异常儿童信息的确认，当教师处理了体温异常学生后，则可通过按键输入处理方式，STM32单片机会根据输入信息，连同其处理的儿童的信息，处理完成时间以及教师信息，通过Zigbee网络传送到Zigbee协调器，进而与Zigbee协调器的STM32单片机进行数据包处理，然后上传到PC上，方便日后查询。

3 系统软件设计

3.1 系统控制中心軟件设计

系统控制中心用于接收来自zigbee协调器的体温数据包，并解析出体温数据包中的体温数据状态码，如果体温数据状态码为01（即体温数据异常），则解析出体温数据包中的体温异常儿童信息，并将该信息发送到监护教师手环，等待监护教师进行信息确认后，然后将体温异常儿童的信息、处理异常的教师以及处理方式等信息，通过GSM模块，发送到该儿童的监护人手机上。对于体温正常的数据包，控制中心则直接转发到PC端进行解析与存储。系统控制中心软件流程图如图5所示。

3.2 儿童体温采集手环软件设计

儿童体温采集手环用于采集佩戴手环儿童的实时体温，设置佩戴儿童的信息、体温报警阈值以及体温采集周期。并将定期采集到的体温数据进行简单处理，如果采集到的体温数据不在阈值范围内，则触发声光报警，并将数据打包后，加上体温异常状态码（0x01），否则加体温正常状态码（0x00），发送到与控制中心相连的Zigbee协调器上。儿童体温采集手环软件流程图如图6所示。

3.3 监护教师手环软件设计

监护教师手环主要给当班教师佩戴，用于接收体温异常儿童的信息，并通过手环上的确认按钮向协调器发送已收到体温异常儿童信息，并进行处理，同时通过教师手环上来反馈对体温异常儿童采取的处理方式，方便日后查询。监护教师手环软件流程图如图7所示。

4 结束语

本文设计了一个基于Zigbee的幼儿园儿童体温实时监控系统，该系统通过MLX90614传感器采集实时儿童体温数据，并借助Zigbee构建的无线通信网络进行数据传输，同时借助GSM通信模块，将体温异常儿童的体温数据实时传送给监护教师以及儿童监护人，使体温异常儿童及时得到救治。经测试，该系统运行稳定，安装方便，具有较好的应用空间。

参考文献：

[1]刘金.论幼儿在幼儿园的安全问题[J].教育科学，2017（4）：83.

[2]陈维立，陈向东，李志霞.基于ZigBee的幼儿园无线指纹识别接送系统设计[J].现代电子技术，2014（21）：1-4.

[3]赵筱赫，张春强.指纹识别在幼儿园接送管理系统中的应用[J].数字技术与应用，2013（6）：97.

[4]张菁.基于单片机的红外体温计设计[J].数字技术与应用，2017（3）：171-172.

[5]陈晨.基于CC2530的无线测温系统的设计与实现[D].南京邮电大学，2015.

[6]穆峥，戚伟.便携式人体健康状况监控系统设计[J].信息通信，2016（3）：154-155.

[7]夏候凯顺，曾宪金，胡立坤，等.基于MLX90614和ZigBee技术的体温实时监控系统的设计[J].自动化与仪表，2011，26（11）：23-26.

[8]钟君，蔡黎明，于涌.基于MLX90614的无线温度采集系统设计[J].传感器与微系统，2015，34（3）：87-89.