基于STM32单片机设计的红外测温仪（带人脸检测）

由于医学发展的需要，在很多情况下，一般的温度计己经满足不了快速而又准确的测温要求，例如：车站、地铁、机场等人口密度较大的地方进行人体温度测量。

当前设计的这款红外非接触式测温仪由测温硬件+上位机软件组合而成，主要用在地铁、车站入口等地方，可以准确识别人脸进行测温，如果有人温度超标会进行语音提示并且保存当前人脸照片。

1、 硬件选型与设计思路

(1). 设备端

主控单片机采用STM32F103C8T6，人体测温功能采用非接触式红外测温模块。

(2). 上位机设计思路

上位机采用Qt5设计，Qt5是一套基于C++语言的跨平台软件库，性能非常强大，目前桌面端很多主流的软件都是采用QT开发。比如: 金山办公旗下的-WPS，字节跳动旗下的-剪映，暴雪娱乐公司旗下-多款游戏登录器等等。Qt在车联网领域用的也非常多，比如，哈佛，特斯拉，比亚迪等等很多车的中控屏整个系统都是采用Qt设计。

在测温项目里，上位机与STM32之间采用串口协议进行通信，上位机可以打开笔记本电脑默认的摄像头，进行人脸检测；当检测到人脸时，控制STM32测量当前人体的实时温度实时，再将温度传递到上位机显示；当温度正常时，上位机上显示绿色的提示字样“温度正常”，并有语音播报，语音播报的声音使用笔记本自带的声卡发出。如果温度过高，上位机显示红色提示字样“温度异常，请重新测量”，并有语音播报提示。温度过高时，会自动将当前人脸拍照留存，照片存放在当前软件目录下的“face”目录里，文件的命名规则是“38.8_2022-01-05-22-12-34.jpg”，其中38.8表示温度值，后面是日期(年月日时分秒)。

(3) 上位机运行效果

上位机需要连接STM32设备之后才可以获取温度数据，点击软件上的打开摄像头按钮，开启摄像头，让检测到人脸时，下面会显示当前测量的温度。如果没有连接STM32设备，那么默认会显示一个正常的固定温度值。界面上右边红色的字，表示当前处理一帧图像的耗时时间，电脑性能越好，检测速度越快。

(4) 拿到可执行文件之后如何运行？

先解压压缩包，进入“测温仪上位机-可执行文件”目录，将“haarcascade_frontalface_alt2.xml”拷贝到C盘根目录。

然后双击“FaceTemperatureCheck.exe”运行程序。

未连接设备，也可以打开摄像头检测人脸，只不过温度值是一个固定的正常温度值范围。

二、上位机设计

2.1 安装编译环境

如果需要自己编译运行源代码，需要先安装Qt5开发环境。

下载地址: https://download.qt.io/official_releases/qt/5.12/5.12.0/

下载之后，先将电脑网络断掉(不然会提示要求输入QT的账号)，然后双击安装包进行安装。

安装可以只需要选择一个MinGW 32位编译器就够用了，详情看下面截图，选择“MinGW 7.3.0 32-bit”后，就点击下一步，然后等待安装完成即可。

2.2 软件代码整体效果

如果需要完整的工程，可以在这里去下载：
https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/85892490

打开工程后(工程文件的后缀是xxx.pro)，点击左下角的绿色三角形按钮就可以编译运行程序。

2.3 UI设计界面

2.4 人脸检测核心代码

//人脸检测代码
bool ImageHandle::opencv_face(QImage qImage)
{
    bool check_flag=0;

    QTime time;
    time.start();
    static CvMemStorage* storage = nullptr;
    static CvHaarClassifierCascade* cascade = nullptr;

    //模型文件路径
    QString face_model_file = QCoreApplication::applicationDirPath()+"/"+FACE_MODEL_FILE;

    //加载分类器：正面脸检测
    cascade = (CvHaarClassifierCascade*)cvLoad(face_model_file.toUtf8().data(), 0, 0, 0 );
    if(!cascade)
    {
        qDebug()<<"分类器加载错误.\n";
        return check_flag;
    }

    //创建内存空间
    storage = cvCreateMemStorage(0);

    //加载需要检测的图片
    IplImage* img = QImageToIplImage(&qImage);

    if(img ==nullptr )
    {
        qDebug()<<"图片加载错误.\n";
        return check_flag;
    }

    double scale=1.2;

    //创建图像首地址，并分配存储空间
    IplImage* gray = cvCreateImage(cvSize(img->width,img->height),8,1);

    //创建图像首地址，并分配存储空间
    IplImage* small_img=cvCreateImage(cvSize(cvRound(img->width/scale),cvRound(img->height/scale)),8,1);
    cvCvtColor(img,gray, CV_BGR2GRAY);
    cvResize(gray, small_img, CV_INTER_LINEAR);
    cvEqualizeHist(small_img,small_img); //直方图均衡
    /*
     * 指定相应的人脸特征检测分类器，就可以检测出图片中所有的人脸，并将检测到的人脸通过矩形的方式返回。
     * 总共有8个参数，函数说明：
    参数1：表示输入图像，尽量使用灰度图以加快检测速度。
    参数2：表示Haar特征分类器，可以用cvLoad()函数来从磁盘中加载xml文件作为Haar特征分类器。
    参数3：用来存储检测到的候选目标的内存缓存区域。
    参数4：表示在前后两次相继的扫描中，搜索窗口的比例系数。默认为1.1即每次搜索窗口依次扩大10%
    参数5：表示构成检测目标的相邻矩形的最小个数(默认为3个)。如果组成检测目标的小矩形的个数和小于 min_neighbors - 1 都会被排除。如果min_neighbors 为 0, 则函数不做任何操作就返回所有的被检候选矩形框，这种设定值一般用在用户自定义对检测结果的组合程序上。
    参数6：要么使用默认值，要么使用CV_HAAR_DO_CANNY_PRUNING，如果设置为CV_HAAR_DO_CANNY_PRUNING，那么函数将会使用Canny边缘检测来排除边缘过多或过少的区域，因此这些区域通常不会是人脸所在区域。
    参数7：表示检测窗口的最小值，一般设置为默认即可。
    参数8：表示检测窗口的最大值，一般设置为默认即可。
    函数返回值：函数将返回CvSeq对象，该对象包含一系列CvRect表示检测到的人脸矩形。
    */
    CvSeq* objects = cvHaarDetectObjects(small_img,
                                           cascade,
                                           storage,
                                           1.1,
                                           3,
                                           0/*CV_HAAR_DO_CANNY_PRUNING*/,
                                           cvSize(50,50)/*大小决定了检测时消耗的时间多少*/);

    qDebug()<<"人脸数量:"<<objects->total;

    //遍历找到对象和周围画盒
    QPainter painter(&qImage);//构建 QPainter 绘图对象
    QPen pen;
    pen.setColor(Qt::blue); //画笔颜色
    pen.setWidth(5); //画笔宽度
    painter.setPen(pen); //设置画笔

    CvRect *max=nullptr;

    for(int i=0;i<(objects->total);++i)
    {
        //得到人脸的坐标位置和宽度高度信息
        CvRect* r=(CvRect*)cvGetSeqElem(objects,i);

        if(max==nullptr)max=r;
        else
        {
            if(r->width > max->width || r->height > max->height)
            {
                max=r;
            }
        }
    }

    //如果找到最大的目标脸
    if(max!=nullptr)
    {
        check_flag=true;
        //将人脸区域绘制矩形圈起来
        painter.drawRect(max->x*scale,max->y*scale,max->width*scale,max->height*scale);
    }

    cvReleaseImage(&gray);  //释放图片内存
    cvReleaseImage(&small_img);  //释放图片内存
    cvReleaseHaarClassifierCascade(&cascade); //释放内存-->分类器
    cvReleaseMemStorage(&objects->storage); //释放内存-->检测出图片中所有的人脸

    //释放图片
    cvReleaseImage(&img);

    qint32 time_ms=0;
    time_ms=time.elapsed();

    //耗时时间
    emit ss_log_text(QString("%1").arg(time_ms));

    //保存结果
    m_image=qImage.copy();

    return check_flag;
}

2.5 配置文件(修改参数-很重要)

参数说明：

如果电脑上有多个摄像头，可以修改配置文件里的摄像头编号，具体的数量在程序启动时会自动查询，通过打印代码输出到终端。

如果自己第一次编译运行源码，运行之后，

（1）需要将软件源码目录下的“haarcascade_frontalface_alt2.xml” 文件拷贝到C盘根目录，或者其他非中文目录下，具体路径可以在配置文件里修改，默认就是C盘根目录。

（2）需要将软件源码目录下的“OpenCV-MinGW-Build-OpenCV-3.4.7\x86\mingw\bin”目录里所有文件拷贝到，生成的程序执行文件同级目录下。

这样才能保证程序可以正常运行。

报警温度的阀值范围，也可以自行更改，在配置文件里有说明。

2.6 语音提示文件与背景图

语音提示文件，背景图是通过资源文件加载的。

源文件存放在，源代码的“FaceTemperatureCheck\res”目录下。

自己也可以自行替换，重新编译程序即可生效。

2.7 语音播报与图像显示处理代码

//图像处理的结果
void Widget::slot_HandleImage(bool flag,QImage image)
{
    bool temp_state=0;

    //检测到人脸
    if(flag)
    {
        //判断温度是否正常
        if(current_temp<MAX_TEMP && current_temp>MIN_TEMP)
        {
            temp_state=true;
            //显示温度正常
            ui->label_temp->setStyleSheet("color: rgb(0, 255, 127);font: 20pt \"Arial\";");
            ui->label_temp->setText(QString("%1℃").arg(current_temp));
        }
        else //语音播报,温度异常
        {
            temp_state=false;
            //显示温度异常
            ui->label_temp->setStyleSheet("color: rgb(255, 0, 0);font: 20pt \"Arial\";");
            ui->label_temp->setText(QString("%1℃").arg(current_temp));
        }

        //获取当前ms时间
        long long currentTime = QDateTime::currentDateTime().toMSecsSinceEpoch();

        //判断时间间隔是否到达
        if(currentTime-old_currentTime>AUDIO_RATE_MS)
        {
            //更改当前时间
            old_currentTime=currentTime;
            //温度正常
            if(temp_state)
            {
                //语音播报,温度正常
                QSound::play(":/res/ok.wav");
            }
            //温度异常
            else
            {
                //语音播报,温度异常
                QSound::play(":/res/error.wav");

                //拍照留存
                QString dir_str = QCoreApplication::applicationDirPath()+"/face";

                //检查目录是否存在，若不存在则新建
                QDir dir;
                if (!dir.exists(dir_str))
                {
                    bool res = dir.mkpath(dir_str);
                    qDebug() << "新建目录状态:" << res;
                }

                //目录存在就保存图片
                QDir dir2;
                if (dir2.exists(dir_str))
                {
                    //拼接名称
                    QDateTime dateTime(QDateTime::currentDateTime());
                    //时间效果: 2020-03-05 16:25::04 周一
                    QString qStr=QString("%1/%2_").arg(dir_str).arg(current_temp);
                    qStr+=dateTime.toString("yyyy-MM-dd-hh-mm-ss-ddd");
                    image.save(qStr+".jpg");
                }
            }
        }
    }
    else  //不显示温度
    {
        ui->label_temp->setStyleSheet("color: rgb(0, 255, 127);font: 20pt \"Arial\";");
        ui->label_temp->setText("----");
    }

    //处理图像的结果画面
    ui->widget_player->slotGetOneFrame(image);
}

2.8 STM32的温度接收处理代码

//刷新串口端口
void Widget::on_pushButton_flush_uart_clicked()
{
    QList<QSerialPortInfo> UartInfoList=QSerialPortInfo::availablePorts(); //获取可用串口端口信息
    ui->comboBox_ComSelect->clear();
    if(UartInfoList.count()>0)
    {
        for(int i=0;i<UartInfoList.count();i++)
        {
             if(UartInfoList.at(i).isBusy()) //如果当前串口 COM 口忙就返回真，否则返回假
             {
                   QString info=UartInfoList.at(i).portName();
                   info+="(占用)";
                   ui->comboBox_ComSelect->addItem(info); //添加新的条目选项
             }
             else
             {
                  ui->comboBox_ComSelect->addItem(UartInfoList.at(i).portName()); //添加新的条目选项
             }
        }
    }
    else
    {
        ui->comboBox_ComSelect->addItem("无可用COM口"); //添加新的条目选项
    }
}

//连接测温设备
void Widget::on_pushButton_OpenUart_clicked()
{
    if(ui->pushButton_OpenUart->text()=="连接测温设备")  //打开串口
    {
        ui->pushButton_OpenUart->setText("断开连接");

        /*配置串口的信息*/
        UART_Config->setPortName(ui->comboBox_ComSelect->currentText());  //COM的名称
        if(!(UART_Config->open(QIODevice::ReadWrite)))      //打开的属性权限
        {
            QMessageBox::warning(this, tr("状态提示"),
                                           tr("设备连接失败!\n请选择正确的COM口"),
                                           QMessageBox::Ok);
                ui->pushButton_OpenUart->setText("连接测温设备");
                return;
        }
    }
    else //关闭串口
    {
        ui->pushButton_OpenUart->setText("连接测温设备");
        /*关闭串口-*/
        UART_Config->clear(QSerialPort::AllDirections);
        UART_Config->close();
    }
}

//读信号
void Widget::ReadUasrtData()
{
    /*返回可读的字节数*/
    if(UART_Config->bytesAvailable()<=0)
    {
        return;
    }

    /*定义字节数组*/
    QByteArray rx_data;

    /*读取串口缓冲区所有的数据*/
    rx_data=UART_Config->readAll();

    //转换温度
    current_temp=rx_data.toDouble();
}