任务名称
2020年_F题:简易无接触温度测量与身份识别装置
任务要求
难度

一、任务

设计并制作一个简易无接触温度测量与身份识别装置,该装置包括无接触温度测量模块、身份识别模块、处理器模块和电源等,装置组成框图如图 1 所示。装置中无接触温度测量模块可以无接触测量人体体温和容器中液态水的温度。测试时,应有光标指示被测点,当被测温度超过设定值时,应有报警功能;身份识别模块负责辨别被测人身份、是否符合防疫要求(如佩戴口罩)等。 

二·、要求

  1. 非接触温度测量功能,测试距离 1cm~4cm;测量误差绝对值 2℃ 。 (30 分)
  2. 温度测量范围:28℃ ~48℃,并具有温度超标报警功能 。报警温度阈值在30℃ ~46℃范围内可设置,报警方式自定。 (15 分)
  3. 身份识别功能:被测人身份识别和身份不符报警功能。 (20 分)
  4. 被测人是否符合防疫要求(如佩戴口罩)判别功能。 (10 分)
  5. 现场被测人身份特征学习与身份识别功能,学习时间10 分钟。 (20 分)
  6. 其他 (5 分)
  7.  设计报告 (20 分)

三·、说明

  1. 该装置不能采用市售产品,否则无分。作品不能使用 PC 机,且测试中不能借助网络资源。
  2. 温度测量项。该装置的测量温度范围将超出人体温度范围,测试对象为现场人员和装在容器中的液态水,并采用相应标准温度测量设备作为测量误差对比装置。温度测量功能评测时,测量误差以作品测量数据与标准温度测量装置测量数据之差为准。作品测试时,参赛学生可自带容器和标准温度测量设备。
  3. 距离测量项。选作品测量误差对应的测试点,测量起始距离在 1cm~4cm 之间任选,在保持其误差水平的基础上,距离越远越好。
  4. 身份识别功能项。识别对象为参赛队 3 名队员,识别方法采用面部识别,识别结果可自选方式表示。
  5. 要求(4)可仅判断被测人是否符合佩戴口罩的防疫要求。
  6. 要求(5)在测量现场的准备阶段完成学习过程,学习对象为现场的工作人员,要求经过现场学习,能准确识别学习对象的身份。
参考答案

GPT-4o给出的设计方案:


一、方案描述与选择:

  1. 无接触温度测量模块:

    • 选用红外测温传感器,这种传感器可以非接触式测量人体温度,如MLX90614,它具有高精度和快速响应等特点。
  2. 身份识别模块:

    • 选用指纹识别传感器或人脸识别摄像头,指纹识别传感器如R307模块,人脸识别摄像头如OV7670。根据具体需求选择合适的模块。
  3. 处理器模块:

    • 使用STM32系列微控制器作为主控单元,处理温度传感器和身份识别模块的数据,进行数据分析和控制。
  4. 显示与提醒模块:

    • 配备LCD显示屏显示温度,LED灯提示识别通过或警报。
    • 蜂鸣器用于发出声响提示高温警报。
  5. 电源模块:

    • 使用锂电池及电源管理模块,提供稳定电压。

二、设计与论证

测量方法与识别方法描述及参数计算:

  1. 温度测量:

    • 采用MLX90614红外传感器,该传感器测量距离1 cm-4 cm,温度测量精度为±0.2℃。
    • 测量范围设置为30℃-46℃,通过传感器采集的温度数据,在处理器模块上进行校准和温度范围判断。
  2. 身份识别:

    • 选用R307指纹传感器,人脸识别采用Dlib或OpenCV进行人脸检测与识别。
    • 授权身份在系统中进行存储,读取数据并比对。

三、电路及程序设计

系统组成与电路设计:

  1. 温度测量电路:

    • MLX90614传感器连接到STM32的I2C接口,持续采集温度数据。
  2. 身份识别电路:

    • 指纹识别模块独立供电与数据传输,人脸识别模块使用摄像头接口连接STM32。
  3. 显示与提醒电路:

    • LCD显示屏通过SPI或I2C接口连接显示温度和识别状态。
    • LED和蜂鸣器分别连接IO口,通过触发信号来提示用户。
  4. 电源电路:

    • 锂电池通过稳压模块给STM32及其他模块供电,确保系统稳定运行。

四、控制算法与程序设计:

  1. 温度采集程序:

    • 初始化I2C接口,实时读取温度传感器数据。
    • 温度校准并判断是否超过设定阈值。若超过,触发警报。
  2. 身份识别程序:

    • 指纹或人脸数据采集并进行比对。
    • 对比身份数据库,身份通过触发LED提示。
  3. 显示与警报程序:

    • 将采集的数据和比对结果显示在LCD屏幕上。
    • 温度超标或身份未通过,触发蜂鸣器及LED警报。

五、测试方案与测量结果

测试方案:

  1. 模拟不同温度条件下,验证温度传感器精度。
  2. 在已知温度条件验证温度测量精度应用在人体测量上。
  3. 测试不同用户进行身份识别的准确性和响应时间。
  4. 高温条件下触发系统警报,验证警报系统有效性。

测量结果分析:

  1. 记录并比较温度测量的实际值与传感器读数之间的误差。
  2. 统计识别模块对用户身份识别的准确率和时间。
  3. 测试并记录警报触发的及时性和准确性。
  4. 分析所有测试数据,提出改进措施。

六、设计报告结构及规范性

摘要: 简要描述设计任务、实施方法及最终结果。

报告正文:

  1. 引言:
    • 设计背景、目的与意义。
  2. 系统设计:
    • 详细说明硬件与软件设计方案。
  3. 理论分析:
    • 描述各模块功能及相互关系,并进行相关计算。
  4. 硬件电路设计:
    • 提供详细的电路图和模块说明。
  5. 软件设计:
    • 描述系统程序的逻辑流程和具体实现方法。
  6. 测试与分析:
    • 详细记录测试过程及结果,提出分析和优化建议。
  7. 总结与展望:
    • 汇总设计成果,提出改进措施和未来工作方向。

 


这个题目考察的知识点:

  1. 传感器应用:无接触温度测量模块的选择与使用,要求熟悉红外测温传感器(如MLX90614)的工作原理、测量精度和范围。
  2. 身份识别技术:掌握指纹传感器或人脸识别摄像头的应用,了解基本的身份识别算法和数据匹配过程。
  3. 处理器与编程:基于STM32或类似微控制器的系统设计,包括I2C、SPI接口编程、数据采集和处理、逻辑控制和输出展示。
  4. 系统集成:设计电路集成温度测量与身份识别模块,电源管理,确保系统稳定供电,并通过LCD屏、LED灯和蜂鸣器进行信息显示和异常提示。
  5. 项目测试与优化:制定测试方案,验证系统准确性,分析结果并优化设计,以确保系统在实际应用中的可靠性和精度。
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