技术详情
1.1.1 项目背景
当前新冠肺炎已列入“乙类乙管”，从疫情变为普通感染，变异毒株
的毒性也显著降低。但普通轻症患者数量也有上升，为防止交叉感染（包
括二次感染）以及病毒扩散，每个人的体温检测就显得尤为重要，尤其是
实现一种体外非接触式测温可以有效降低测温过程中的病毒传染率。
非接触式测温需求也在医疗和工业发展中大幅上升。需要这种快速、
准确、安全可靠、方便的体温测量装置，不仅实时记录和上报温度数据
，还能够有效降低医生和其他非患者受感染的风险。
疫情发生以来，全国多地采用线上授课的方式进行教学，停课不停
学，共同实施并保障在疫情防控期间的线上教学工作。各高校的部分课程
也开启了线上与线下相结合的模式。但线上教学的效果远不如线下教学
，教师无法和学生建立直接的沟通桥梁，无法得到学生听课效果的反馈。
效率直线下降，过程化考核缺少数据支持。且在疫情防控形态之下，难以
准确获取学生日常的体温数据，常态化疫情防控难度较大。
1.1.2 国内外研究现状
由于医用红外测温仪的特殊要求，红外测温仪在工业领域应用广泛。
热释电耳道式温度计从1989年开始用于体温测量才获得成功，1991年之后
该产品开始在欧美市场销售。这方面我们国家起步是比较晚的。
在疾病预防检测中，测量人数众多，时间紧迫。传统体温计由于测量
时间长、读数麻烦、干扰物体的温度场等缺点，已不能满足人们的测温需
求。红外测温仪主要由响应时间短、不接触、不干扰被测温场、易读数、
寿命长、操作方便等一系列优点的光学系统、光电探测器、信号处理、显
示输出等部分组成。红外温度计提供了快速有效的非接触式人体体温检测
手段，可在人群密集的医院、机场、海关、车站等地广泛应用[1]。
目前国内教育行业市场中虽有非常多的线上直播课堂软件，但形式
都过于单一化，仅能完成老师的教学工作和课堂回放功能。学生的听课程
度和课堂听课效率数据严重不足，绝大多数的国内线上课堂学生也不会开
启摄像头，老师在课堂中犹如唱独角戏，效率直线下降。关于疫情防控方
面，师生基本的日常体温监测上报也难以做到及时、准确、全员性，给排
查工作带来困难。
1.1.3 可行性分析
①技术支持：当前人工智能技术正在逐渐发展迈向成熟，利用人工智
能技术，在课堂期间对学生进行面部识别、行为分析，将学生听课效果反
馈于老师，提供过程化考核依据。
②成本较低：进行体温检测的模块使用的是51芯片单片机，价格低功
能强，且能够实现准确的数据采集并自动上报。
③人员分工：本团队成员来自电子信息专业，相关技术专业对口，专
业知识掌握能力强，且团队成员均有课题研究与实践经历，动手能力强
，团队协作能力强。团队成员接受过系统的创新创业培训，也有相关创业
知识基础。
1.2 课题内容
本项目产品设计研发“智控护航——基于人工智能的课堂监测服务
”的产品可搭建于钉钉、腾讯课堂、腾讯会议、学习通等网课平台，主要
应用基于单片机的体温监测模块和基于与人工智能的人脸识别模块两部分
对课堂质量进行监测。体温监测模块利用51系列单片机和MLX90614等模块
实现远程非接触红外式体温检测，并将数据通过串口实时上报至教师终端
。人脸识别模块搭建利用opencv库和dlib库以及numpy库等，实现对人脸状
态的检测。通过采集学生课堂状态、面部表情、心理状态等进行行为分析
，并将相对分析后的学生课堂听课质量数据传送至教师页面。本项目的前
端页面展示的是模拟教师端接受的各项体温及听课质量数据，并对班级整
体情况进行可视化的图表分析展示[2]。
测温产品部分：MLX90614非接触式红外模块，使用LCD1602显示屏模
块显示实时温度，同时通过串口给上位机也实时上报数据。当测量体温模
式时，电源复位后，利用DYSV17F语音播模块提示“请测温”的语音，靠
近测温模块（非接触）进行温度采集，在环境测温和体温测量模式下可设
置一个临界温度范围值，一旦超过蜂鸣器报警，该临界值可以随时改变。
实现：给出各部分电路，搭建实物测量电路，并使其可通过屏幕和上
位机都能实时显示体温。
8.1 项目特色与创新
①将人工智能技术监测课堂质量和利用51单片机进行体温检测并实时
上报功能相结合，高效解决当前高校线上网课的困难点。
②技术创新。人工智能结合OpenCV和face_recognition进行Python编程
技术实现课堂监测功能。使用STCSTC89C51芯片配合MLX90614非接触式红
外模块、LCD1602显示模块、DYSV17F语音播模块和USB与TTL下载模块等
实现语音提示与体温检测功能。
③本项目对前端页面进行模拟，利用Python语言和pyqt库构建图形界
面，初步展示采集到体温、学生课堂效率、身份等信息后的可视化结果分
析。
8.2 论文发表与专利申请
基于本产品已在国家级期刊《中国新产品新技术》发表论文一篇，目
前论文已收录，等待登刊。
基于本产品申请软件著作权登记1项--《基于基于嵌入式单片机的模拟
仿真训练平台系统》（申请人为学校，发明人均为本项目成员）。专利已
经过申请接收和备案，等待审核下证。
8.3 社会效益
本次设计制作的测温系统适用于当下情况，在医学、工业和教育等领
域都有很好的发展前景，具有现实意义。
（1）本产品将有效填补市场空白。市场中出现过学生课堂监控和测温
计的发明，但无法解决疫情上网课期间学生的上课效率监测情况和体温直
接上报的功能，我们的产品十分新颖，专业性强，产品竞争优势大。
（2）本产品适应市场的发展趋势，前景广阔。因疫情影响，网课将逐
渐成为常态。因此，研发此装置是顺应市场的发展趋势，以减少疫情所带
来的影响。引领教育，带动就业。
（3）本产品价格低廉，具有较大市场价格优势，且能满足消费者的购
买力。上课效率检测程序不需要购买额外产品，只需学校支付相关费用即
可，而测温计价格低廉，在五元左右，可直接购买。
（4）本产品满足市场需求，考虑周全。本产品分短期和长期两种，短
期对镜头前的学生进行人脸识别，分析学生的低头率、低头时手上的状态
、眼球的活动情况等，长期方面，运用基于心理学及数据分析的心理及行
为分析系统，根据学生的心理情况进行行为分析，分析学生长期的学习状
态。
