基于新型家居安全系統的體溫監測功能設計及應用

王北一WANG Bei-yi；梁俊銘LIANG Jun-ming；林偉杰LIN Wei-jie；李啟文LI Qi-wen；顏鈺婷YAN Yu-ting

（①廣東職業技術學院，佛山 528500；②智研創學技術咨詢（佛山市）有限責任公司，佛山 528500）

0 引言

研究背景和動機：

隨著全球范圍內疫情的爆發，對個人健康和安全的關注日益增加。在家庭生活中，特別是在疫情期間，對體溫監測的需求變得尤為重要。傳統的體溫計存在使用不便、實時監測能力有限等問題，因此需要新型家居安全系統來解決這一問題。此外，新型家居安全系統還可以在日常生活中提供更廣泛的安全保障，如火災監測、入侵偵測等，因此對于研究新型家居安全系統的體溫監測功能具有重要意義。

新型家居安全系統不僅具備體溫監測功能，而且還可以提供更廣泛的安全保障。除了對體溫的實時監測，這種多功能性使得新型家居安全系統成為了家庭安全的守護者。

研究目的和意義：

本研究的目的是基于新型家居安全系統，設計一種有效的體溫監測功能，并將其應用于家庭生活中。通過研究，可以為家庭提供一種便捷、準確的體溫監測方案，為疫情防控和健康管理提供安全可靠的支持。

通過將體溫監測功能與其他智能家居設備進行集成，我們可以開發出更加智能化、個性化的家居安全系統。

通過設計新型家居安全系統中的體溫監測功能，為家庭提供便捷、準確的體溫監測方案，為疫情防控和健康管理提供安全可靠的支持。同時，本研究還將為智能家居安全系統的發展提供創新的思路和解決方案，促進智能家居產業的進一步發展。

研究方法和數據來源：

本研究將采用實驗研究方法，設計并實現一種新型家居安全系統，整合體溫傳感器和數據采集設備，對其進行性能測試及穩定性驗證。研究數據主要來源于實驗數據和用戶反饋，以驗證體溫監測功能的準確性和可靠性。同時為避免由環境以及其他因素導致的實驗誤差，我們將實驗場地以及實驗設備進行了多組對照，為實驗數據的準確性以及有效性增添多了保障。通過科學的實驗設計和數據分析，我們將為家居安全領域的發展做出積極的貢獻。

1 相關研究綜述

1.1 體溫監測技術及其應用領域

體溫監測技術[1]是用于測量和記錄人體體溫的技術手段。隨著科技的發展，體溫監測技術得到了不斷的改進和創新。下面將介紹幾種常見的體溫監測技術及其應用領域：

無接觸紅外測溫技術：無接觸紅外測溫技術是通過紅外線傳感器測量人體的體表溫度，無需直接接觸人體。這種技術在公共場所、機場、車站等人流密集場所的體溫篩查中得到廣泛應用。它具有測量速度快、非侵入性、安全衛生等優點，適合于大規模人群的體溫監測。

體溫監測技術廣泛應用于醫療、健康管理、疾病預防等領域。在醫療領域，體溫監測是常規的生命體征監測之一，用于幫助醫生判斷患者的健康狀況和疾病進展情況。在健康管理領域，體溫監測可以幫助用戶實時了解自身的健康狀況，及時采取措施預防疾病。而在疫情防控期間，體溫監測是早期發現疫情傳播的重要手段，被廣泛用于機場、車站、學校等公共場所的體溫篩查。

1.2 目前已有的家庭體溫監測系統研究

家庭體溫監測系統是指用于在家庭環境下實現體溫監測和健康評估的系統。在當前的科技環境下，已經涌現出許多家庭體溫監測系統的研究。以下是幾個目前已有的研究方向：

無接觸紅外測溫技術結合智能家居系統：一些研究嘗試將無接觸紅外測溫技術與智能家居系統相結合，實現家庭體溫監測。通過在家中不同位置設置紅外傳感器，可以實時測量家庭成員的體溫，并將數據傳輸到智能家居系統進行分析。

家庭體溫監測平臺[1]：另外一些研究著眼于開發全面的家庭體溫監測平臺，通過整合多種體溫監測設備和數據分析手段，提供全面的健康管理功能。這些平臺可以接收來自多樣化的體溫監測設備的數據，并根據用戶的個性化需求進行分析和展示。用戶可以通過平臺查看個體的體溫趨勢、健康評估結果，并與醫療機構或家庭醫生進行遠程協商和咨詢。

2 新型家居安全系統的體溫監測功能設計

2.1 系統架構與組成部分

新型家居安全系統的體溫監測功能設計需要考慮系統的整體架構和各個組成部分。一種可行的系統架構如下：

①控制模塊：控制整個系統的運行和功能。負責命令傳輸、數據處理和決策等。

②測溫模塊：使用紅外線人體溫度傳感器，負責接收人體體溫數據。

③預警模塊：包括蜂鳴器和提示音箱等，一旦檢測到體溫異常，發出警報和提示信號。

④隔離模塊：使用喇叭形隔絕器，防止噪音和干擾對系統正常運行的影響。

⑤人體位置傳感模塊：通過激光測距傳感器、位移傳感器，實時監測人體的位置和距離信息。

⑥安裝有測溫模塊的人體位置跟蹤模塊：確保測溫模塊與人體之間的準確接觸，提供準確的體溫數據。（圖1、圖2）

圖1 控制關系結構示意圖

圖2 整體俯視圖

2.2 功能設計工作過程及原理（實施案例）

工作時，每隔一段時間（10min）首先橫移電機工作帶動橫向螺桿轉動，橫向螺桿轉動帶動滑動架左右移動，同時滑塊位于滑動架上的最高位置，當橫移電機帶動滑動架移動時，激光測距傳感器感應的距離信息等于房間本體寬度或者是距離房間本體內擺設的距離時（擺設物品時輸入物品的距離參數，在此時不觸發），縱移電機帶動縱向螺桿轉動進而帶動滑塊向下移動一段距離（10cm），然后橫移電機帶動滑動架反向運動，當感應距離信息仍不變時，重復執行上述過程，當距離信息發生變化時，控制器采集縱向位移傳感器和橫向位移傳感器以及激光測距傳感器的測距參數信息，進而判斷出人體最高處也就是頭部的空間位置信息，進而通過計算（具體計算方法屬于現有技術），控制器控制橫轉電機進而帶動門型架橫向轉動，進而帶動熱電堆溫度傳感器朝向人體方向，同時縱轉電機帶動轉動塊轉動，進而使得熱電堆溫度傳感器朝向人體方向，進而控制器采集熱電堆溫度傳感器的溫度信息，當溫度過高時，控制器控制預警模塊發出警報信息。

擋圈可對熱電堆溫度傳感器感應方向之外的熱源信息進行遮擋，進而防止受到干擾，增加穩定性。通過對兩個熱電堆傳感器采集的溫度值進行收集比對，進而得到較為準確的溫度值。（圖3、圖4）

圖3 局部正剖視圖

圖4 人體位置跟蹤模塊結構示意圖

3 體溫監測功能的應用場景與算法設計

3.1 溫度異常檢測算法選擇與邏輯設計

溫度監控與異常檢測成為了至關重要的環節。由于環境復雜多變，單一的檢測算法往往難以應對各種突發狀況和不確定性。為了克服這一挑戰，在進行本系統的算法選擇和邏輯設計時，我們選擇采用加權自融合算法，通過結合多個子算法的優勢，顯著提高了溫度異常檢測的準確性和魯棒性。

本功能在設計時采用接入團隊家居安全系統進行設計（基于應用物聯網的家居安全系統設計[4]），其中自研的家居安全系統通過加權自融合算法而實現的。加權自融合算法是一種綜合多個異常檢測算法的方法，通過對每個算法的結果進行加權融合，提高異常檢測的準確性和魯棒性。下面是一個基于加權自融合算法的溫度異常檢測算法設計框架：

①數據預處理：從測溫模塊收集到的溫度數據首先需要進行預處理。這包括去除噪聲、平滑處理和歸一化等操作，以確保數據的質量和一致性。

②加權自融合算法：根據已有的子算法結果，通過加權融合的方式綜合多個子算法的輸出結果。加權融合的權重可以根據每個子算法的性能、穩定性和可靠性等進行確定?？梢圆捎煤唵蔚募訖嗥骄蚴褂酶鼜碗s的方法（如基于距離、信息熵、模糊邏輯等）進行融合。

③異常判斷與報警：根據融合后的異常檢測結果，判斷當前溫度是否異常。如果異常，觸發報警機制，如發出警報聲、發送警報通知等。

④系統實時更新與反饋：監測系統應該實時更新算法和參數，以適應不斷變化的環境和個體差異。同時，用戶反饋也應該作為一個重要的因素，對算法進行校正和優化。

在實際應用中，加權自融合算法可以根據不同的生產環境和溫度特性，靈活調整各子算法的權重。例如，在高溫環境中，可以增加對熱敏感子算法的權重，而在低溫環境中，則可以增加對冷敏感子算法的權重。這樣，算法能夠在不同場景下都能保持較高的檢測準確性。

加權自融合算法的核心思想在于將多個子算法的輸出結果進行加權融合，以充分利用各子算法在不同場景下的優勢。這種算法不僅考慮了各子算法本身的性能，還根據實際需求和實驗結果，通過調整權重分配策略，進一步優化了溫度異常檢測的性能。

3.2 基于體溫數據的健康狀況評估與預警

基于體溫數據的健康狀況評估與預警涉及多個技術方面，包括數據采集、數據預處理、模型構建和預警系統設計。為了實現基于體溫數據的健康狀況評估與預警，首先需要采集可靠的體溫數據?？梢允褂皿w溫傳感器或智能穿戴設備等硬件設備來收集體溫數據。這些設備可以通過藍牙或其他無線通信方式與移動設備或云平臺進行連接。

采集到的體溫數據需要進行預處理，以確保其準確性和一致性。預處理步驟可以包括去除噪聲、平滑處理和歸一化等操作。去除噪聲可以通過濾波算法[5]（如均值濾波或中值濾波）來實現。平滑處理可以通過加權平均或指數平滑等技術來減小體溫數據的波動。歸一化操作可以將體溫數據轉換為標準范圍內的值，以便后續處理和比較。

該系統可以根據模型的輸出結果和事先設定的閾值來判斷體溫是否異常，并觸發相應的預警機制。預警機制可以通過聲音、震動、通知消息等方式向用戶發出警報。同時，預警系統應該能夠記錄和存儲體溫數據和預警信息，以便用戶和醫療專業人員進行查看和分析，并通過多種方式向用戶發出預警，從而幫助人們更好地管理自己的健康狀況。

4 結論

在現代社會，隨著科技的不斷進步，人體位置跟蹤與體溫監測功能已經成為保障人員安全和預防疾病的重要手段。本設計的人體位置跟蹤與體溫監測功能，實現了對人體的精準定位與體溫的實時監測。通過加權自融合算法，提高了異常檢測的準確性和魯棒性，為健康狀況評估提供了有力支持。同時，該系統還為用戶提供了直觀、用戶友好的界面和交互功能，使用戶能夠方便地了解自己的健康狀況并獲得及時的預警信息。本設計的人體位置跟蹤與體溫監測功能在保障人員安全、預防疾病等方面具有顯著的優勢和實際應用價值。未來，我們將繼續優化算法和界面設計，提高系統的穩定性和可靠性，以滿足更多場景下的應用需求。