基于四旋翼无人机的非接触体温测量装置
技术领域
本实用新型涉及一种基于四旋翼无人机的非接触体温测量装置。
背景技术
人体体温是反映一个人是否健康的重要指标。常用的测温方法有水银温度计和手持式红外测温仪测温法，这两种测温方法均为近距离接触或非接触式测温方法。
然而在某些特殊情况下，例如为了防止传染病的传播，需要采用远距离非接触式测温方法测量人体体温，尤其是待测数量较多、位置较分散的人群。
传统的测温方法不仅费时费力，而且因为是近距离接触，工作人员有被恶性传染病传染的风险。因此，在以上情况下，近距离测温方法已无法满足测温需求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种基于四旋翼无人机的非接触体温测量装置，以避免因人群的相互接触造成病毒的失控和传播，同时利于提高测温的工作效率。
本实用新型为了实现上述目的，采用如下技术方案：
基于四旋翼无人机的非接触体温测量装置，包括：
四旋翼无人机本体、防护圈、红外测温传感器以及手持终端；
四旋翼无人机本体包括机架、主控单元、激光测距传感器、红外测距传感器以及摄像头；
其中，防护圈安装于机架的外侧周圈；
在防护圈的周向上设有六个传感器安装孔；
其中，红外测距传感器有四个，激光测距传感器和红外测温传感器分别有一个；
每个红外测距传感器以及激光测距传感器、红外测距传感器分别安装于一个传感器安装孔内，且安装后各个红外测距传感器分别位于防护圈的一个四等分点位置上；
主控单元安装于机架的中心上部位置，摄像头安装于机架的中心下部位置；
激光测距传感器、红外测距传感器、摄像头以及红外测温传感器通过线缆分别与主控单元相连；主控单元与手持终端通过无线通信模块连接。
优选地，防护圈包括由内向外依次设置的铝合金圈、海绵胶带圈以及反光贴圈；其中，各个传感器安装孔依次穿过铝合金圈、海绵胶带圈以及反光贴圈。
优选地，铝合金圈的内侧表面设有四个插座；
每个插座位于铝合金圈的内侧表面的一个四等分点位置上；
每个插座上设有一个竖向的安装插孔；
机架还包括四个横梁，每个横梁被配置为安装一个电机；每个横梁的最外端分别安装一个方向向上的定位销，且各个安装插孔分别安装到一个定位销上。
优选地，插座是由铝合金材料制成的，且通过焊接的方式安装于铝合金圈上。
优选地，无线通信模块包括4G或5G。
优选地，摄像头通过相机旋转云台安装于机架的中心下部位置。
优选地，测量装置还包括语音播报单元；
语音播报单元通过线缆与主控单元连接，且安装于机架的中心上部位置。
与现有测温技术相比，本实用新型具有如下优点：
①本实用新型装置利用四旋翼无人机搭载红外测温传感器的方法进行人体测温，充分利用了四旋翼活动范围广、能够悬停等优点，以实现远距离、非接触式测温。
②与常规的手持式红外测温仪相比，本实用新型装置具有效率高、测温范围广，不受人群所处位置限制，有效避免了操作人员因接触复杂人群而患病的风险。
③本实用新型装置各个组成部分均采用模块化设计，便于升级维护。
④本实用新型装置利用手持终端能够自动记录测温数据、自动比较测温结果，不需要人工干预和监测，利于减轻工作人员的劳动强度、提高工作效率。
附图说明
图1为本实用新型实施例中基于四旋翼无人机的非接触体温测量装置的结构框图。
图2为本实用新型实施例中基于四旋翼无人机的非接触体温测量装置的安装示意图；
图3为本实用新型实施例中基于四旋翼无人机的非接触体温测量装置的俯视图；
图4为本实用新型实施例中防护圈的结构示意图；
图5为本实用新型实施例中红外测温传感器的安装示意图。
其中，1-四旋翼无人机本体，2-防护圈，3-红外测温传感器，4-手持终端，5-机架，6-主控单元，7-激光测距传感器，8-红外测距传感器，9-摄像头，10-语音播报单元；
11-横梁，12-电机，13-定位销，14-铝合金圈，15-海绵胶带圈，16-反光贴圈，17-插座，18-安装插孔，19-传感器安装孔，20-螺栓，21-螺帽，22-相机旋转云台，23-无线通信模块。
具体实施方式
本实用新型的基本思想为：
为了适应和满足大范围、位置分散，非接触式的人体测温需求，本实施例利用四旋翼无人机搭载测温传感器，以实现远距离非接触式测量人体体温的目的。
此外，为了满足四旋翼在狭小空间飞行测温需求，四旋翼对障碍物的避障以及自主规划路径的能力有较高要求。四旋翼距离过近，容易伤及人体；距离过远，则测温不准确。
基于此，本实施例对测温和测距传感器的安装位置、安装方式以及选型都有一定的要求。下面结合附图详细描述本实施例中非接触体温测量装置的结构组成和工作原理。
如图1和图2所示，基于四旋翼无人机的非接触体温测量装置，包括四旋翼无人机本体1、防护圈2、红外测温传感器3以及手持终端4。其中：
四旋翼无人机本体1包括机架5、主控单元6、激光测距传感器7、红外测距传感器8、摄像头9、语音播报单元10。防护圈2安装于机架5的外侧周圈。
防护圈2能够有效防止四旋翼无人机本体1因为惯性作用碰撞周围物体造成自身损坏，同时作为红外测温传感器3、激光测距传感器7和红外测距传感器8的安装支架。
在机架5上设有四个横梁11，每个横梁上安装一个电机，例如电机12。通过四个电机12分别驱动对应的螺旋桨，能够共同控制四旋翼无人机的飞行动作。
本实施例中每个电机12分别安装于对应横梁11的中部靠外的位置，例如横梁11的2/3长度位置，以保证该电机12驱动的螺旋桨的旋转范围不会超出防护圈2的防护范围。
如图3所示，在每个横梁11的最外端分别安装一个方向向上的定位销，例如定位销13。
定位销13的作用在于实现防护圈2的安装。
如图4所示，本实施例中防护圈2优选采用轻质弹性防护圈，其结构例如为：
防护圈2包括由内向外依次设置的铝合金圈14、海绵胶带圈15以及反光贴圈16。其中，铝合金圈14的作用在于保证防护圈2的重量较轻，且强度较高。
海绵胶带圈15则能够使得防护圈2具有一定的缓冲效果，避免整个装置与其他物体发生硬接触，造成测温装置的损坏。反光贴圈16则能够保证装置比较容易被发现。
如图4所示，在铝合金圈14的内侧表面设有四个插座，例如插座17。每个插座17位于铝合金圈14的内侧表面的一个四等分点位置上。
本实施例中插座17优选是采用铝合金材料制成的，插座17通过焊接的方式安装于铝合金圈14的内表面上。至于插座17的形状，例如呈C形，本实施例不作限制。
在每个插座17上设有一个竖向的安装插孔18。
在安装时，将防护圈2水平向下，让每个定位销13分别穿过一个安装插孔18，通过定位销13和安装插孔18配合实现防护圈2与四旋翼无人机本体1(机架5)的固定。
在防护圈2的周向上设有六个传感器安装孔，例如传感器安装孔19。其中，各个传感器安装孔19(由内向外)依次穿过铝合金圈14、海绵胶带圈15以及反光贴圈16。
本实施例中红外测温传感器3和激光测距传感器7分别有一个，红外测距传感器8有四个，各个测距传感器以及测温传感器分别安装于一个传感器安装孔19内。
以红外测温传感器3的安装为例进行说明，如图5所示：
在一个传感器安装孔19内设置(内部)中空的螺栓20，红外测温传感器3位于该螺栓20内并通过与螺栓20适配的螺帽21完成红外测温传感器3的安装。
需要说明的是，以上安装方式为已有安装方式，本实施例并不局限于采用上述安装方式。
另外，本实施例中激光测距传感器7以及各个红外测距传感器8的安装方式与上述红外测温传感器3的安装方式相同，此处不再一一赘述。
安装后各个红外测距传感器8分别位于防护圈2的一个四等分点位置上，如图3所示。
为了保证测距准确，本实施例采用激光测距+红外测距的组合测距方法。
其中，激光测距传感器7优选采用GY-530VL53L0X激光测距模块，GY-530VL53L0X激光测距模块能够实现0.2-2米的精确测距，具有I2C等多种通信方式。
红外测距传感器8优选采用GP2Y0A21YK0F红外测距模块，其中，GP2Y0A21YK0F红外测距模块能够实现距离可调的(可调距离范围为10-80CM)的非接触测距功能。
本实施例中激光测距传感器7与红外测距传感器8协同配合，其协同作用过程为：
正常工作时，以激光测距传感器7数据为主，红外测距传感器8为辅，只有两种测距传感器测量的距离数据差值在允许的范围内，才能进行四旋翼无人机下一步的移动。
如果数据差值很大，停止四旋翼的移动，同时报警，提醒操作人员注意，防止因为测距失误伤及人体，实现四旋翼与人体距离的精准测量，满足红外测温距离要求和人体安全需求。
更进一步，本实施例对以上两种测距传感器数量以及安装位置进行了设置。
分析原因如下：为了保障四旋翼无人机能够在狭小的空间进行飞行和测距，需要从多角度感知周围的环境，防止因碰撞障碍物损坏飞行器或者伤及人体。
而本实施例选用的红外测距传感器8的优点是便宜、易制、安全，缺点是精度低，距离近。因此，为了降低成本，在防护圈2的四个位置分别装有一个红外测距传感器8。
红外测距传感器8分别安装在四旋翼无人机本体1的前、后、左、右四个位置上。
而激光测距传感器7具有反应速度快、精度高、稳定性强等优点，但价格较高。
因此，本实施例只在四旋翼无人机本体1的前侧安装一个激光测距传感器7，通过与上述各个红外测距传感器8进行配合测距，能够保证测温装置的安全性和精确性。
如图2所示，主控单元6安装于机架5的中心上部位置。
本实施例中主控单元6优选采用STM32F407以及R5F100LEA两块控制板进行飞行控制数据处理，能够很好的发挥出STM32F407和R5F100LEA各自的优点。
其中，RL78/G13 MCU板(芯片型号R5F100LEA)是瑞萨公司的一款非常优秀的单片机，它具备的性能能够符合四悬翼无人机飞行控制的要求。
而STM32F407集成了新的DSP和FPU指令，拥有多重AHB总线矩阵和多通道DMA，控制算法的执行速度和代码效率高，具有强大的处理能力。
本实施例利用STM32F407作为装置的核心，RL78/G13 MCU板作为飞行控制数据处理模块，能够减轻每个控制板的运算量，实现控制的低延时、执行速度的提高。
语音播报单元10也安装于机架5的中心上部位置，且通过线缆与主控单元6连接。本实施例中语音播报单元10优选采用双向语音播报系统，例如AP280-78TR4模块。
AP280-78TR4模块是硅传推出的一款433MHz远距离数字音频对讲模块，传输距离1～3公里，自动播报提示注意语音，操作人员通过摄像头9观察待测人员的状态。
摄像头9通过相机旋转云台22安装于机架5的中心下部位置。相机旋转云台22通过线缆与主控单元6相连，并由主控单元6控制相机旋转云台22的转动。
本实施例中相机旋转云台22采用已有的相机旋转云台。
此外，激光测距传感器7、红外测距传感器8以及红外测温传感器3也分别通过线缆与主控单元6相连；主控单元6与手持终端4通过无线通信模块23连接。
无线通信模块23优选采用4G或5G。
本实施例中红外测温传感器3优选采用GYMCU90640测温模块。GYMCU90640是一款低成本非接触红外点阵测温模块，工作电压3～5V。
GYMCU90640测温模块有两种方式读取数据，即串口(TTL电平)或者I2C(芯片本身)。
GYMCU90640测温模块有多种通信波特率，有连续输出与询问输出两种方式，能够适应不同的工作环境，能够与所有的单片机及电脑连接。
此外，为了随时了解四旋翼无人机的位置和周围的环境，避免无人机的损坏和对周围事物的影响，本实施例中测温装置还装载有成熟的GPS定位模块和摄像头9。
其中，GPS定位模块采用的是Risym公司的ATK1218-BD。
摄像头9采用的是TELESKY品牌的OV5640。
通过加载以上部件，有效的拓展了无人机的环境感知能力，保证了无人机的安全性。
当然，本实施例中的测温装置还包括飞行姿态传感系统。
其中，飞行姿态传感系统的核心是MPU9150传感器模块，MPU9150模块(三轴陀螺仪+三轴加速度计+三轴磁场计)，其供电电源为3～5V。
MPU9150将三轴加速度计和三轴陀螺仪采集回来的数据经过R5F100LEA传送给STM32F407，经过STM32F407处理，得出姿态角和角速度。
STM32F407通过控制各个电机12的转速，从而达到控制四旋翼无人机飞行姿态的目的。
飞行姿态传感系统和GPS定位模块也安装于机架5的中心上部位置(未示出)。
本实施例将主控单元6、语音播报单元10、无线通信模块23以及飞行姿态传感系统和GPS定位模块等均安装于机架5的中心上部位置，有助于信号的传输和重心的稳定。
安装有摄像头9的相机旋转云台22位于机架5的中心下部位置，能够避免四旋翼无人机本体1的螺旋桨遮挡视角，同时通过云台的转动扩大摄像头9的视角。
此外，主控单元6位于四旋翼无人机本体1的中心，方便安装和布线。
本实施例中基于四旋翼无人机的非接触体温测量装置的大致工作过程如下：
首先，主控单元6中的RL78/G13 MCU板读取手持终端4处操作人员的控制命令和传感器数据并进行处理，得到导航信息后传递给STM32F407MCU主控板。
STM32F407MCU结合飞行姿态传感系统控制飞行器的飞行姿态。
在飞行的过程中，随时通过GPS定位模块和激光测距传感器7、红外测距传感器8检测四旋翼无人机具体位置信息和环境信息，自主选择最优路径进行避障飞行。
四旋翼无人机的位置和与周围障碍物的距离信息实时显示在手持终端4的显示屏上。
与此同时，操作人员能够随时发出控制命令，通过相机旋转云台22的转动和摄像头9，随时了解四旋翼无人机周围的环境信息，STM32F407MCU采集的图像信息根据用户需要可将图像通过无线通信模块23远传(至手持终端4)或者就地存入SD卡。
当四旋翼无人机飞近待测人体时，首先通过语音播报单元10自动播报提示注意语音，操作人员可以通过摄像头9观察待测人员的状态，待待测人员有语音回应或者手势回应后，操作人员发出测温命令，四旋翼无人机自主缓慢飞近待测人员。
在这一过程中，激光测距传感器7实时测量并回传距离数据，当到红外测温传感器3最佳测温距离时(0.1～0.5米)，四旋翼无人机从多角度对待测人员进行体温测试。
将体温测试结果通过无线通信模块23自动上传至手持终端4。如果多角度测温数据差值在允许范围内，则认为测温正确，否则提示操作人员，是否重新测量。
在测温过程中操作人员通过语音播报单元10提醒被测人员进行肢体的配合。
本实施例中测温装置在完成人体体温测量后自主飞离。在这一过程中，操作人员通过摄像头9可全程观察待测人员状态，并随时人工干预四旋翼无人机的飞行。
本实用新型通过利用四旋翼无人机搭载高精度的红外测温传感器3，利于实现大范围、非接触式的人体测温，能够有效降低因近距离接触传染疾病的风险，
当然，本实用新型还适用于对环境温度以及其他物体的温度进行测量，原理相同。
当然，以上说明仅仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本实用新型的保护。
