基于ZigBee和RFID技術(shù)的非接觸體溫測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、 目 錄第一章 緒論11.1研究背景11.2課題研究的目的及意義11.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.4主要內(nèi)容3第二章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)42.1 相關(guān)技術(shù)介紹42.2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)42.3 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)52.4 體溫測(cè)量系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)52.5 本章小結(jié)5第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)63.1 硬件電路圖的設(shè)計(jì)63.2 硬件結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)83.3 本章小結(jié)9第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)104.1 開發(fā)需要的平臺(tái)104.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)104.3 系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)114.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)124.5 系統(tǒng)軟件功能模塊的實(shí)現(xiàn)134.6下位機(jī)程序設(shè)計(jì)174.7 本章小結(jié)18第五章 系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)與測(cè)試195.1 硬件方面測(cè)試195.2 系統(tǒng)功

2、能模塊測(cè)試205.3 本章小結(jié)22第六章 總結(jié)與展望236.1 總結(jié)236.2 展望23參考文獻(xiàn)：24致謝26摘 要：對(duì)于大型傳染病期間，工人復(fù)工，學(xué)生回校，在路途中難免會(huì)出現(xiàn)交叉感染。為了實(shí)現(xiàn)在開學(xué)期間對(duì)學(xué)生體溫進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生體溫異?，F(xiàn)象，設(shè)計(jì)了基于ZigBee和RFID技術(shù)的非接觸體溫測(cè)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)及時(shí)、準(zhǔn)確對(duì)學(xué)生進(jìn)行體溫監(jiān)測(cè)，同時(shí)又能夠減少人員的直接接觸、降低傳染的機(jī)率。系統(tǒng)以學(xué)校學(xué)生的體溫為監(jiān)測(cè)對(duì)象，使用ZigBee技術(shù)完成組網(wǎng)功能，將終端節(jié)點(diǎn)連接RFID模塊安裝在教室前門，并通過刷卡來確定是否是本校學(xué)生，是則提醒測(cè)量體溫，測(cè)量完成后將體溫值無線傳輸給協(xié)調(diào)器

3、。協(xié)調(diào)器連接在教室的電腦上，協(xié)調(diào)器將體溫值和學(xué)生姓名等傳輸給系統(tǒng)軟件，系統(tǒng)軟件顯示出學(xué)生姓名和體溫值并且存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)某個(gè)學(xué)生體溫異常時(shí)進(jìn)行報(bào)警。對(duì)于本文中的系統(tǒng)軟件，主要采用VS2017軟件平臺(tái)，采用SQL Sever數(shù)據(jù)庫。通過串口控件接收協(xié)調(diào)器發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析顯示在界面上，同時(shí)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中。關(guān)鍵詞：ZigBee技術(shù)；RFID技術(shù)；非接觸體溫測(cè)量；SQL Server第一章 緒論1.1研究背景對(duì)于一個(gè)正常人來說，體溫一般比較恒定。因?yàn)楫?dāng)身處的環(huán)境不同時(shí)，體內(nèi)主要通過散熱和產(chǎn)熱來維持身體體溫的恒定，提高自身對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力。大多數(shù)人的體溫一般保持在37攝氏度左右，不隨環(huán)境的改變而變。

4、但是當(dāng)人體出現(xiàn)病變，人體體溫將會(huì)出現(xiàn)一些變化，變高或者變低。體溫的高低，決定我們是否健康，并且給醫(yī)生提供一個(gè)判斷病人是否康復(fù)的重要依據(jù)，及時(shí)測(cè)量體溫，能預(yù)防一些疾病的發(fā)生，保持我們身體的健康。1.2課題研究的目的及意義1.2.1課題研究的目的眾所周知，近幾年來，我國發(fā)生幾次重大的傳染性疾病，列如：傳染性非典肺炎(Severe AcuteRespiratory Syndromes,SARS)，這些疾病一般通過飛沫傳播，直接接觸傳播，或者接觸患病者的分泌物進(jìn)行傳播。檢測(cè)是否患有這幾種傳染病，首要條件就是通過檢測(cè)人體的溫度來判斷是否需要進(jìn)一步進(jìn)行檢查或者隔離。為了控制傳染性疾病的傳播源，需要對(duì)特定的

5、人群進(jìn)行體溫檢測(cè)，從而控制傳染病大面積傳播。隨著科學(xué)技術(shù)不斷地進(jìn)步，非接觸測(cè)量體溫越來越多，當(dāng)進(jìn)行非接觸測(cè)量體溫時(shí)，不但避免了人與人之間直接接觸，還能控制一定的傳播。本課題利用傳感器檢測(cè)技術(shù)、ZigBee技術(shù)、RFID技術(shù)、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)設(shè)計(jì)出一套非接觸體溫測(cè)量系統(tǒng)。1.2.2課題研究的意義人群居住比較緊密的地方容易爆發(fā)傳染性疾病。如果有一個(gè)人攜帶傳染性疾病，就有可能大面積傳染。當(dāng)發(fā)現(xiàn)可疑人物時(shí)，傳統(tǒng)的方式主要集中人群，一一進(jìn)行體溫檢測(cè)，這種方式即消耗大量財(cái)力，浪費(fèi)時(shí)間，耽誤治療，并且直接接觸，人與人之間更容易感染。如果在學(xué)?；蛘呷巳好芗幼〉牡胤桨惭b上非接觸體溫測(cè)量系統(tǒng)，當(dāng)大型傳染病發(fā)

6、生時(shí)，可以及時(shí)測(cè)量學(xué)生體溫，及時(shí)治療，降低感染風(fēng)險(xiǎn)。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著科技技術(shù)的不斷發(fā)展，非接觸體溫檢測(cè)逐漸在日常生活中廣泛使用，不同的非接觸體溫檢測(cè)，使用著不同的技術(shù)。本文主要基于ZigBee和RFID技術(shù)，完成一套非接觸體溫檢測(cè)系統(tǒng)。1.3.1 ZigBee的研究現(xiàn)狀隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正在逐漸遍布世界。加上生產(chǎn)硬件的技術(shù)越來越成熟，硬件成本不斷地降低，在需要監(jiān)測(cè)環(huán)境中布置大量的節(jié)點(diǎn)，讓實(shí)施監(jiān)控成為可能。在1999年，美國商業(yè)周刊中，將無線傳感器列為最具有影響力的十項(xiàng)技術(shù)之一。2003年，無線傳感器在美國依然是未來新興技術(shù)中的十大技術(shù)之首；在英國的石油公司，他們利用無

7、線傳感器技術(shù)，完成高效自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；在2001年成立的ZigBee聯(lián)盟，迅速推動(dòng)了無線傳感器發(fā)展。對(duì)比與我國，我國的無線傳感器發(fā)展比較晚，但其應(yīng)用研究卻是與發(fā)達(dá)國家同時(shí)起步的。在2001年，微系統(tǒng)研究與發(fā)展中心在中科院成立；2006年，國家中長期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃(20062020)將無線傳感器列入其中；2010年，我國提交自行研發(fā)的WSN標(biāo)準(zhǔn)體系。1.3.2 射頻技術(shù)的研究現(xiàn)狀1948年哈克斯托克曼在發(fā)表“利用反射功率的通訊”的報(bào)告，標(biāo)志著以無線射頻感應(yīng)技術(shù)為代表的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開始進(jìn)入研究人員的視線。直至1999年，麻省理工學(xué)院KevinAshton以無線傳感網(wǎng)絡(luò)和RFID技術(shù)為中心提出了

8、“物聯(lián)網(wǎng)”的概念。從此，國內(nèi)外研究人員圍繞硬件生產(chǎn)、信息標(biāo)準(zhǔn)化、信號(hào)防沖突計(jì)算、中間件開發(fā)、立體化數(shù)據(jù)庫、信息安全及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等方面開始研究。2010至今為止，以射頻感應(yīng)技術(shù)為代表的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于安全監(jiān)管領(lǐng)域、交通等領(lǐng)域、智能領(lǐng)域，保證人們的交通、運(yùn)輸、安全、財(cái)產(chǎn)等方面，影響到我們生活的方方面面。在我國，RFID作為信息化建設(shè)的核心技術(shù)之一，研究及應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)展開廣泛應(yīng)用。相對(duì)于國外，我國的RFID技術(shù)大多是處于應(yīng)用階段，對(duì)RFID技術(shù)的理論研究大多在高校研究，很多企業(yè)使用RFID技術(shù)做應(yīng)用，但是對(duì)專業(yè)的中間件技術(shù)研究，專業(yè)的清洗技術(shù)應(yīng)用還較少。1.3.3非接觸體溫測(cè)量研究現(xiàn)狀為了避免測(cè)量體

9、溫時(shí)，人與人之間直接接觸，大部分人都會(huì)選擇非接觸體溫測(cè)量儀。這些年以來，紅外測(cè)溫不斷迅速發(fā)展，技術(shù)人員研制出了多種多樣的測(cè)溫儀，功能和性能也大大提高了很多，同時(shí)具備很好的準(zhǔn)確性。隨著紅外測(cè)溫儀應(yīng)用市場(chǎng)不斷地?cái)U(kuò)大，很大程度上加快了世界的發(fā)展。國外在很早以前就開始研究紅外測(cè)溫儀，早在上世界60年代時(shí)，美國就已經(jīng)制定了紅外測(cè)溫的標(biāo)準(zhǔn)，并且進(jìn)行紅外測(cè)量鼓膜溫度，再通過算法計(jì)算人體體溫。使用紅外測(cè)量鼓膜溫度時(shí)，通過熱電堆探測(cè)器來采集人體的鼓膜溫度，將紅外輻射能量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過計(jì)算算法得到人體溫度。1.4主要內(nèi)容本文將詳細(xì)介紹基于ZigBee和RFID技術(shù)的非接觸體溫測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)詳細(xì)過程，從總體

10、設(shè)計(jì)、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、到他們的實(shí)現(xiàn)，最后完成系統(tǒng)的測(cè)試和總結(jié)全文。第1章是緒論，主要是講解研究背景，如課題研究的目的及意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，每一章的內(nèi)容簡(jiǎn)介。第2章是系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是描述系統(tǒng)的總體功能，及實(shí)現(xiàn)的方法和相關(guān)技術(shù)。第3章是系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，主要介紹硬件電路圖及選擇合適的硬件模塊。第4章是系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，主要介紹系統(tǒng)的運(yùn)行圖及部分代碼的分析。第5章是系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)與測(cè)試，對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行測(cè)試。第6章主要是對(duì)本文總結(jié)。第二章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)本文以低功耗的ZigBee技術(shù)和RFID技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)基于ZigBee和RFID技術(shù)的非接觸體溫測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以滿足對(duì)學(xué)生進(jìn)行非

11、接觸體溫測(cè)量，實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)學(xué)生，本章節(jié)主要是設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。2.1 相關(guān)技術(shù)介紹2.1.1 ZigBee技術(shù)ZigBee是一種速度低、傳輸距離短的無線網(wǎng)上協(xié)議，適用于傳輸范圍短，并且數(shù)據(jù)傳輸速率低的電子元器件之間。ZigBee無線通信技術(shù)是基于蜜蜂相互間聯(lián)系的方式而研發(fā)生成的一項(xiàng)應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)通信的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，底層是采用IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。主要特色有速度低、耗電量低、成本低等。2.1.2 RFID技術(shù)RFID可以自動(dòng)識(shí)別物體，其傳輸方式主要以無線射頻方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。在RFID的實(shí)際應(yīng)用中，將RFID標(biāo)簽附著在被識(shí)別物體的表面或內(nèi)部，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入RFID閱讀器的可識(shí)別區(qū)域時(shí)，閱

12、讀器自動(dòng)感應(yīng)標(biāo)簽中預(yù)定的識(shí)別信息，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別物品屬性的功能。2.2 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本文利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建體溫測(cè)量系統(tǒng)的模型。在硬件方面，主要采取ZigBee技術(shù)完成組網(wǎng)功能，RFID進(jìn)行身份信息的識(shí)別，CC2530F256作為該系統(tǒng)的核心芯片，控制整個(gè)系統(tǒng)，采取DS18B20溫度傳感器進(jìn)行測(cè)溫。2.2.1 ZigBee組網(wǎng)步驟當(dāng)進(jìn)行ZigBee組網(wǎng)時(shí)，主要分為兩個(gè)步驟：網(wǎng)絡(luò)初始化、節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)在初始化時(shí)，首先查看ZigBee節(jié)點(diǎn)是否滿足組網(wǎng)的要求，如ZigBee節(jié)點(diǎn)是否是FFD（Full Function Device）節(jié)點(diǎn)，是否具備ZigBee協(xié)調(diào)器能力；節(jié)點(diǎn)沒有與任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連

13、接。滿足這兩個(gè)條件，就可以開始初始化。第一步初始化，第二步網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，第三步信道掃描，最后設(shè)置網(wǎng)絡(luò)ID。初始化完成后，進(jìn)行節(jié)點(diǎn)加入，節(jié)點(diǎn)都是通過協(xié)調(diào)器加入網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)的步驟為：第一步查找網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、第二步發(fā)送關(guān)聯(lián)請(qǐng)求命令、第三步等待協(xié)調(diào)器處理、第四步發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求命令、第五步回復(fù)，至此，完成ZigBee的組網(wǎng)。2.2.2 硬件連接步驟（1）首先準(zhǔn)備兩塊CC2530F256模塊，其中一塊連接電腦，作為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，另外一塊安裝在教室門口，作為終端節(jié)點(diǎn)。（2）將RFID模塊與終端節(jié)點(diǎn)連接，將識(shí)別到的信息通過終端傳給協(xié)調(diào)器。（3）將終端與溫度傳感器相連接，將測(cè)量的溫度通過終端上傳到協(xié)調(diào)器。通過以上

14、步驟，硬件連接完成。2.3 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在軟件方面，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生信息進(jìn)行管理和體溫信息顯示。（1）學(xué)生信息模塊學(xué)生信息模塊主要是對(duì)學(xué)生信息進(jìn)行管理，在學(xué)生信息模塊中，可以添加學(xué)生信息、注銷該學(xué)生等操作。（2）體溫信息模塊在體溫信息模塊上，連接串口，正確顯示溫度及進(jìn)行身份的識(shí)別。2.4 體溫測(cè)量系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)根據(jù)系統(tǒng)需求，首先需要完成組網(wǎng)功能。其次使用終端節(jié)點(diǎn)連接RFID模塊安裝在教室門口，讓學(xué)生將飯卡放在RFID模塊上，進(jìn)行身份的識(shí)別。如果是本校學(xué)生，提醒學(xué)生測(cè)量體溫，通過DS18B20模塊對(duì)學(xué)生進(jìn)行溫度的測(cè)量，測(cè)量的溫度會(huì)傳給終端，終端通過無線網(wǎng)絡(luò)將測(cè)到的溫度上傳到與電腦連接的協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)

15、器通過串口的方式，將溫度顯示在軟件系統(tǒng)上，并同時(shí)將溫度值存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)溫度超過正常體溫時(shí)，將會(huì)進(jìn)行語音提示。對(duì)于非本校學(xué)生，刷卡無效，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示。圖2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.5 本章小結(jié)本章節(jié)主要介紹了非接觸體溫測(cè)量系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)所需要的技術(shù)，ZigBee技術(shù)和RFID技術(shù)。在硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，介紹了ZigBee組網(wǎng)步驟，硬件的連接步驟。在軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，介紹了軟件結(jié)構(gòu)的模塊功能，最后詳細(xì)介紹本系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，構(gòu)建系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本文主要涉及的硬件主要有RFID、CC2530F256、DS18B20等。RFID實(shí)現(xiàn)了刷卡識(shí)別并且判斷是否是本校同學(xué)；CC

16、2530F256是本系統(tǒng)的核心，完成了與DS18B20溫度傳感器的連接，實(shí)現(xiàn)ZigBee無線網(wǎng)的傳輸；DS18B20完成體溫的測(cè)量。3.1 硬件電路圖的設(shè)計(jì)3.1.1 CC2530電路圖本文選擇CC2530F256芯片為系統(tǒng)的核心模塊，下圖是CC2530F256的電路圖。圖3.1CC2530電路圖對(duì)于CC2530來說，每一個(gè)引腳的都有自己的功能，AVDD1AVDD4主要是模擬電源連接；DCOUPL為數(shù)字電源去耦，不用使用外部電路供應(yīng)；GND主要是接地；P0_1P0_7到P1_0P1_7為數(shù)字I/O端口；P2_0P2_2為數(shù)字I/O模擬端口，P2_3P2_4為數(shù)字模擬端口；RBIAS是模擬I/O

17、參考電流的外部精密偏置電阻；RESET_N為數(shù)字輸入復(fù)位；RF_N為I/O期間負(fù)RF輸入信號(hào)到LNA；XOSC_Q1XOSC_Q2為模擬I/O晶振引腳。3.1.2 DS18B20溫度傳感器在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，DS18B20是我們常用的數(shù)字溫度傳感器，它輸出的是數(shù)字信號(hào)。其特點(diǎn)是體積小、購買便宜，不宜受外界干擾，測(cè)量體溫精度高，并且適用于各種場(chǎng)合。在本文電路圖設(shè)計(jì)中，它主要與核心芯片CC2530F256中的P0_7引腳相連接，如下圖。圖3.2DS18B20電路圖3.1.3 RFID電路圖在本文中，對(duì)于RFID模塊，其引腳主要與CC2530F256中的P0_4P_07、P2_0引腳相連接，如下圖所示。

18、圖3.3RFID電路圖3.1.4 AMS1117-3.3與CH340G模塊（1）AMS1117-3.3是輸出電壓為3.3V的低壓降穩(wěn)壓器，IN表示輸入、OUT表示輸出、GND表示接地。C27是輸入電容，作用是當(dāng)斷電后，防止電壓倒置。C26是輸出濾潑電容，主要是為了抑制自激振蕩。圖3.4AMS1117-3.3電路圖（2）CH340是USB總線的轉(zhuǎn)接芯片。電源從VCC端輸入；公共接地端是GND；晶體振蕩的輸入端為XI；晶體振蕩的輸出端為XO；D+主要連接總線的D+數(shù)據(jù)線；D-主要連接總線的D-數(shù)據(jù)線；串行數(shù)據(jù)輸出是TXD；RXD是串行數(shù)據(jù)輸入（如下圖所示）。其中TXD和RXD分別與CC2530F2

19、56核心芯片中的P0_2、P0_3連接。圖3.5CH340G電路圖3.2 硬件結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)3.2.1 硬件模塊的選?。?）主控芯片選取本文選擇的主控芯片為CC2530F256，如圖3.6所示。圖3.6 CC2530F256芯片CC2530結(jié)合了RF收發(fā)器良好的性能，提供MCU和無線設(shè)備之間的接口。它具有四種不同的版本（CC2530F32/64/128/256）。本文選擇CC2530F256作為本系統(tǒng)的核心芯片。（2）RFID選取本文選擇RFID-RC522芯片進(jìn)行身份的識(shí)別，如圖3.7所示。圖3.7 RFID-RC522芯片（3）溫度傳感器的選取本文選擇DS18B20作為溫度的測(cè)量，如圖3.8所

20、示。圖3.8 DS18B20芯片3.3 本章小結(jié)本小節(jié)介紹各部分硬件電路圖的設(shè)計(jì)，介紹CC2530F256電路圖各個(gè)引腳的功能，DS18B20溫度傳感器與主電路圖相連接的過程，RFID與主電路圖相連接的過程,介紹AMS1117-3.3和CH340功能和其作用 。第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本章節(jié)主要介紹系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，包括系統(tǒng)的功能模塊、用戶使用系統(tǒng)的流程、后臺(tái)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)及開發(fā)需要的軟件平臺(tái)。4.1 開發(fā)需要的平臺(tái)4.1.1 IAR Embedded Workbench概述IAR Embedded Workbench 是IAR公司著名的產(chǎn)品，是一個(gè)有效的集成開發(fā)環(huán)境。大多數(shù)適用于微處理器和微控

21、制器。當(dāng)重建新項(xiàng)目時(shí)，開發(fā)的環(huán)境也是自己所熟悉的環(huán)境，開發(fā)起來，非常方便。提供方便快捷的窗口，便于用戶使用。由于嵌入式IAR Embedded Workbench的存在，提高開發(fā)人員的工作效率，在很大程度上節(jié)省了許多時(shí)間。4.1.2 Visual Studio 2012概述Microsoft Visual Studio，簡(jiǎn)稱VS，是美國微軟公司的開發(fā)產(chǎn)品，它具有完整的開發(fā)工具集，對(duì)于一個(gè)軟件生命周期開發(fā)所需要的工具它都具有，列如集成開發(fā)環(huán)境、UML工具等。4.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本文的軟件設(shè)計(jì)為：系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)、下位機(jī)程序設(shè)計(jì)。其中，系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)又分為學(xué)生信息模塊設(shè)計(jì)、體溫信息模塊設(shè)計(jì)。下位

22、機(jī)程序設(shè)計(jì)分為協(xié)調(diào)器程序設(shè)計(jì)和終端程序設(shè)計(jì)，如圖4.1所示。圖4.1系統(tǒng)功能圖4.2.1 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)主要分為兩部分，學(xué)生信息模塊設(shè)計(jì)，體溫信息模塊設(shè)計(jì)。（2）學(xué)生信息模塊設(shè)計(jì)用戶登錄此系統(tǒng)，進(jìn)入到學(xué)生信息模塊，該模塊的功能主要有：對(duì)學(xué)生信息進(jìn)行添加、查詢學(xué)生信息、修改學(xué)生信息、注銷學(xué)生信息及數(shù)據(jù)庫的設(shè)置。（3）體溫信息模塊用戶登陸此系統(tǒng)，進(jìn)入到體溫信息模塊，該模塊的功能主要有：對(duì)串口的設(shè)置、測(cè)量學(xué)生體溫、查詢測(cè)量過的學(xué)生體溫信息。4.2.2 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)對(duì)于本文來說，下位機(jī)程序主要有如下兩部分：（1）協(xié)調(diào)器程序設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)器主要任務(wù)是接受終端傳過來的數(shù)據(jù)，通過串口方式上傳到

23、上位機(jī)，通過上位機(jī)把數(shù)據(jù)顯示出來并把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中。（2）終端程序設(shè)計(jì)對(duì)于終端來說，其主要任務(wù)是接受卡信息和溫度信息，通過ZigBee技術(shù)將這些信息上傳到協(xié)調(diào)器。通過程序?qū)C卡進(jìn)行識(shí)別（每一張IC卡都對(duì)應(yīng)唯一的序列號(hào)），將尋到的IC序列號(hào)與數(shù)據(jù)庫中的信息對(duì)比，進(jìn)行身份的識(shí)別。對(duì)于溫度的測(cè)量，主要是通過后臺(tái)程序，進(jìn)行溫度的讀取。4.3 系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)本系統(tǒng)將設(shè)置兩類用戶：超級(jí)管理員用戶、一般管理員用戶。管理員輸入各自的用戶名和密碼來訪問此系統(tǒng)時(shí)，當(dāng)驗(yàn)證信息通過以后，分別進(jìn)入到相應(yīng)的操作。對(duì)于超級(jí)管理員來說，登錄成功以后，進(jìn)入到學(xué)生信息模塊，對(duì)學(xué)生信息進(jìn)行添加、刪除、修改等操作。對(duì)于一般管理

24、員來說，登錄成功以后，進(jìn)入到體溫信息模塊，該模塊實(shí)現(xiàn)了測(cè)量學(xué)生的溫度，體溫測(cè)量系統(tǒng)的流程圖如圖4.2所示。圖4.2系統(tǒng)流程圖4.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)本文使用的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是SQL Server 2008，它是微軟提供的一個(gè)可信、效率高的數(shù)據(jù)平臺(tái)軟件，能夠滿足本文對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和維護(hù)。4.4.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)對(duì)于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，如果設(shè)計(jì)的表合理，那么在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)上，不僅能夠避免冗余、臟數(shù)據(jù)，還能夠便于管理。具體信息如下表所示。（1）學(xué)生信息表，存儲(chǔ)學(xué)生的信息，具體信息如表4.1所示。表4.1學(xué)生信息表字段名說明數(shù)據(jù)類型長度主鍵null值IC卡號(hào)nchar10是否name姓名nchar10否是xuehao

25、學(xué)號(hào)nvarchar50否是banji班級(jí)nchar10否是phone電話nvarchar11否是（2）體溫信息表，存儲(chǔ)測(cè)量學(xué)生的體溫，具體信息如表4.2所示。表4.2體溫信息表字段名說明數(shù)據(jù)類型長度主鍵null值timer時(shí)間datetime0否否name姓名nchar10否是tiwen溫度nchar10否是4.5 系統(tǒng)軟件功能模塊的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件功能模塊主要有兩個(gè)模塊：學(xué)生信息模塊、體溫信息模塊。當(dāng)用戶進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)，則進(jìn)入到登錄界面（如圖4.3所示）。圖4.3系統(tǒng)登錄界面4.5.1 學(xué)生信息模塊當(dāng)用戶使用超級(jí)管理員進(jìn)行登錄時(shí)，進(jìn)入到學(xué)生信息模塊。（1）在該模塊中，點(diǎn)擊打開數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的連

26、接（如下圖所示）。圖4.4數(shù)據(jù)庫連接界面（2）數(shù)據(jù)庫連接后，我們可以注冊(cè)學(xué)生信息，學(xué)生信息包括：卡號(hào)、姓名、學(xué)號(hào)、班級(jí)、電話等信息，點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)按鈕進(jìn)行注冊(cè)學(xué)生信息。圖4.5注冊(cè)學(xué)生信息界面（3）在此系統(tǒng)中，我們可以根據(jù)學(xué)生的卡號(hào)進(jìn)行查詢他們的信息（如圖4.6所示）。圖4.6查詢學(xué)生信息界面（4）除了注冊(cè)學(xué)生信息，還可以修改學(xué)生信息、刪除此學(xué)生等操作，如圖4.7、4.8所示。圖4.7 修改學(xué)生信息界面圖4.8 注銷學(xué)生信息界面4.5.2 體溫信息模塊當(dāng)用戶使用一般管理員身份登錄此系統(tǒng)時(shí)，進(jìn)入到體溫信息模塊，該模塊主要實(shí)現(xiàn)與硬件連接，對(duì)學(xué)生體溫進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量成功后，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，方便查詢學(xué)生

27、溫度。（1）在測(cè)量體溫的時(shí)候，選擇相應(yīng)的串口和波特率，本系統(tǒng)選擇的串口為COM3、波特率為115200。打開串口，進(jìn)行體溫測(cè)量（如圖4.9所示）。圖4.9 串口打開界面（2）當(dāng)串口打開成功時(shí)，可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行測(cè)量溫度。在硬件上，使用刷卡來識(shí)別學(xué)生信息，如果是本校學(xué)生或者本班學(xué)生，則顯示學(xué)生信息，否則顯示刷卡無效，如圖4.10所示。圖4.10 校驗(yàn)學(xué)生身份界面（3）識(shí)別學(xué)生身份有效后，手接觸溫度傳感器，溫度傳感器將測(cè)到的溫度上傳到終端，終端通過ZigBee技術(shù)，將溫度上傳給與電腦連接的協(xié)調(diào)器，通過串口方式將溫度上傳到界面顯示并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，其結(jié)果如圖4.11所示。圖4.11測(cè)量學(xué)生體溫界面（4）

28、當(dāng)測(cè)量的體溫高于正常體溫時(shí)，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行語音提示，點(diǎn)擊查詢記錄按鈕，會(huì)將學(xué)生體溫以及測(cè)量時(shí)間存儲(chǔ)在文檔上，方便管理員及時(shí)觀察學(xué)生體溫信息，如圖4.12所示。圖4.12體溫信息界面4.6下位機(jī)程序設(shè)計(jì)本文下位機(jī)程序設(shè)計(jì)主要為兩部分：終端設(shè)計(jì)、協(xié)調(diào)器設(shè)計(jì)。終端通過程序?qū)?shù)據(jù)信息發(fā)送給協(xié)調(diào)器，由協(xié)調(diào)器將數(shù)據(jù)信息上傳給上位機(jī)，上位機(jī)將信息顯示出來，部分代碼設(shè)計(jì)如下：（1）溫度讀取函數(shù)本文的溫度主要是通過程序讀取，核心代碼如下：（2）將溫度發(fā)送給協(xié)調(diào)器將讀到的溫度上傳給協(xié)調(diào)器，代碼如下：4.7 本章小結(jié)本章節(jié)主要介紹非接觸體溫測(cè)量系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。軟件設(shè)計(jì)分為系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)和下位機(jī)程序設(shè)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)

29、的開發(fā)技術(shù)選用強(qiáng)大的工具軟件Microsoft Visual Studio 2012。選擇SQL Server 2008作為本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的數(shù)據(jù)表，最后結(jié)合硬件對(duì)學(xué)生進(jìn)行體溫測(cè)量。第五章 系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)與測(cè)試本章節(jié)將對(duì)非接觸體溫測(cè)量系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行測(cè)試，主要進(jìn)行系統(tǒng)功能的測(cè)試。5.1 硬件方面測(cè)試（1）組網(wǎng)測(cè)試為了能使數(shù)據(jù)正常進(jìn)行傳輸，首先進(jìn)行組網(wǎng)測(cè)試，將協(xié)調(diào)器與電腦連接，給終端供電，選擇串口與波特率，隔1s給終端發(fā)送 “abcdefg”，界面顯示發(fā)送的次數(shù)，如圖5.1所示。圖5.1 組網(wǎng)測(cè)試圖（2）RFID測(cè)試使用IC卡（銀行卡、飯卡等均可）放置在RFID芯片上，通

30、過上位機(jī)查看，是否識(shí)別IC卡，由于在數(shù)據(jù)庫表中，沒有對(duì)應(yīng)的卡號(hào)，結(jié)果為刷卡無效，如圖6.2（a）（b）所示。（a）RFID模塊測(cè)試 （b）系統(tǒng)結(jié)果顯示圖5.2 IC卡識(shí)別5.2 系統(tǒng)功能模塊測(cè)試為了測(cè)量本系統(tǒng)各個(gè)模塊功能的情況，進(jìn)入到該系統(tǒng)的登錄界面，使用管理員的身份，進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。（1）登錄模塊測(cè)試首先對(duì)登錄模塊進(jìn)行測(cè)試，利用此系統(tǒng)設(shè)定好的用戶名和密碼：用戶名“user”，密碼“admin”登錄此系統(tǒng)，當(dāng)輸入錯(cuò)誤的賬號(hào)和密碼時(shí)，不能進(jìn)入此系統(tǒng)。再次點(diǎn)擊確定時(shí)回到登錄界面，如下圖所示。圖5.3 登錄測(cè)試界面（2）學(xué)生信息測(cè)試?yán)霉芾韱T身份進(jìn)入系統(tǒng)，對(duì)于超級(jí)管理員來說，進(jìn)入到學(xué)生信息模塊，

31、在此模塊對(duì)各個(gè)功能進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)數(shù)據(jù)庫沒有打開時(shí)，只能查詢數(shù)據(jù)，不能注冊(cè)、修改、注銷學(xué)生信息。測(cè)試方式一樣，此測(cè)試結(jié)果按照注冊(cè)功能來測(cè)試，如圖5.4所示所示。圖5.4注冊(cè)學(xué)生信息測(cè)試界面當(dāng)點(diǎn)擊打開數(shù)據(jù)庫按鈕，對(duì)學(xué)生信息進(jìn)行注冊(cè)，則注冊(cè)成功，如圖5.5（a）（b）所示。（a）“數(shù)據(jù)庫連接成功”提示 （b）“學(xué)生信息注冊(cè)成功”提示圖5.5學(xué)生信息測(cè)試界面（3）體溫信息測(cè)試用一般管理員賬號(hào)登錄此系統(tǒng)，進(jìn)入到體溫信息界面，當(dāng)沒有點(diǎn)擊打開按鈕時(shí)，無論是刷卡識(shí)別學(xué)生身份信息，還是測(cè)量體溫時(shí)，系統(tǒng)都都沒有如何反應(yīng)，如圖5.6所示。圖5.6體溫測(cè)量提示界面當(dāng)選擇相應(yīng)的串口、波特率，點(diǎn)擊打開按鈕時(shí)，才能夠進(jìn)行刷卡

32、識(shí)別學(xué)生信息和測(cè)量學(xué)生溫度，如圖5.7所示。圖5.7體溫測(cè)量提示界面（4）退出系統(tǒng)測(cè)試當(dāng)點(diǎn)擊退出按鈕時(shí)，將退出此系統(tǒng)，回到登錄界面。5.3 本章小結(jié)本章節(jié)主要是對(duì)硬件方面和軟件方面的測(cè)試，首先對(duì)組網(wǎng)進(jìn)行測(cè)試，觀看網(wǎng)絡(luò)是否正常通信。其次對(duì)RFID進(jìn)行刷卡測(cè)試。最后是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的功能模塊進(jìn)行測(cè)試。測(cè)量每一個(gè)環(huán)節(jié)是否到達(dá)預(yù)期的效果，經(jīng)測(cè)量，每一個(gè)環(huán)節(jié)幾乎能到達(dá)預(yù)期效果，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的想法。 第六章 總結(jié)與展望6.1 總結(jié)本文通過ZigBee技術(shù)和RFID技術(shù)完成非接觸體溫測(cè)量系統(tǒng)，首先確定ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其次選擇合適的傳感器、主控單片機(jī)、RFID等硬件，最后完成溫度的測(cè)量和身份的識(shí)別。本文主

33、要從硬件方面和軟件方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)中，首先設(shè)計(jì)好硬件電路圖，選擇合適的硬件器件。其次進(jìn)行各部分硬件的測(cè)試，測(cè)量終端是否能把數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器能否通過串口方式將信息上傳給軟件界面，RFID能否正確識(shí)別學(xué)生身份。在軟件設(shè)計(jì)中，通過C#語言編寫軟件界面，完成整個(gè)系統(tǒng)。對(duì)于此系統(tǒng)來說，最困難的是溫度的校驗(yàn)，其次是IC序列號(hào)怎么與數(shù)據(jù)庫信息綁定，最后是復(fù)雜的ZigBee組網(wǎng)。對(duì)于溫度校驗(yàn)，我們使用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)測(cè)量的溫度與傳感器測(cè)量的溫度進(jìn)行比較，找出它們之間的數(shù)學(xué)模型，最后通過數(shù)學(xué)模型完成溫度校驗(yàn)。通過讀卡程序，將卡片信息與數(shù)據(jù)庫信息進(jìn)行綁定。由于ZigBee組網(wǎng)比較復(fù)雜，使用中斷方式對(duì)每一

34、個(gè)過程進(jìn)行調(diào)試，最后完成組網(wǎng)。6.2 展望本課題還存在很多的不足之處，本課題將進(jìn)一步如下研究：（1）本課題軟件功能比較不足，將擴(kuò)大軟件部分功能，使用戶方便使用。（2）本課題登錄安全性比較差，繼續(xù)加強(qiáng)系統(tǒng)登陸的安全性。（3）本課題對(duì)于不是本校的學(xué)生，只在軟件界面顯示刷卡無效，并沒有進(jìn)行報(bào)警。將修改為刷卡時(shí)，對(duì)于不是本校學(xué)生，進(jìn)行語音報(bào)警。（4）外界環(huán)境容易影響溫度傳感器的測(cè)量，設(shè)計(jì)一個(gè)方案，在測(cè)溫時(shí)，將外界環(huán)境影響降到最低。參考文獻(xiàn)：1程智君,游雨云.基于ZigBee的農(nóng)業(yè)種植現(xiàn)場(chǎng)傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.南方農(nóng)機(jī),2018(9):29-32.2蔣崢崢,王汝傳,孫力娟.基于移動(dòng)Agent無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)

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41、網(wǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)D.蘭州大學(xué),2019.28鈕紹芳,文家玲.基于.NET框架的Web程序設(shè)計(jì)課程的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)J.科技資訊,2010(28):181.29張俊蓮.Microsoft Visual Studio.NET 2005在學(xué)生信息處理終端系統(tǒng)中的應(yīng)用J.現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)信息,2018(02):458.30ShiftLeft Inc.; ShiftLeft Announces Code-Informed Runtime Protection for Microsofts .Net FrameworkJ. Computers, Networks & Communications,2018.31Seb

42、astian Anthony. Gadgeteer: Microsofts open-source .NET alternative to ArduinoJ. ExtremeT,2011.Design and implementation of non-contact temperature measurement system based on ZigBee and RFID technologyYangLiAbsrtact: during the period of large infectious diseases, workers return to work and students return to school, and cross infection will inevitably occur on the way. To realize the real-time collection and monitoring of students body temperature during the school term and to find the abnormal p