基于STM32单片机的测温仪（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

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(boolflag,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         longlong 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

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

//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(); }