基于新型家居安全系统的体温监测功能设计及应用

王北一WANG Bei-yi；梁俊铭LIANG Jun-ming；林伟杰LIN Wei-jie；李启文LI Qi-wen；颜钰婷YAN Yu-ting

（①广东职业技术学院，佛山 528500；②智研创学技术咨询（佛山市）有限责任公司，佛山 528500）

0 引言

研究背景和动机：

随着全球范围内疫情的爆发，对个人健康和安全的关注日益增加。在家庭生活中，特别是在疫情期间，对体温监测的需求变得尤为重要。传统的体温计存在使用不便、实时监测能力有限等问题，因此需要新型家居安全系统来解决这一问题。此外，新型家居安全系统还可以在日常生活中提供更广泛的安全保障，如火灾监测、入侵侦测等，因此对于研究新型家居安全系统的体温监测功能具有重要意义。

新型家居安全系统不仅具备体温监测功能，而且还可以提供更广泛的安全保障。除了对体温的实时监测，这种多功能性使得新型家居安全系统成为了家庭安全的守护者。

研究目的和意义：

本研究的目的是基于新型家居安全系统，设计一种有效的体温监测功能，并将其应用于家庭生活中。通过研究，可以为家庭提供一种便捷、准确的体温监测方案，为疫情防控和健康管理提供安全可靠的支持。

通过将体温监测功能与其他智能家居设备进行集成，我们可以开发出更加智能化、个性化的家居安全系统。

通过设计新型家居安全系统中的体温监测功能，为家庭提供便捷、准确的体温监测方案，为疫情防控和健康管理提供安全可靠的支持。同时，本研究还将为智能家居安全系统的发展提供创新的思路和解决方案，促进智能家居产业的进一步发展。

研究方法和数据来源：

本研究将采用实验研究方法，设计并实现一种新型家居安全系统，整合体温传感器和数据采集设备，对其进行性能测试及稳定性验证。研究数据主要来源于实验数据和用户反馈，以验证体温监测功能的准确性和可靠性。同时为避免由环境以及其他因素导致的实验误差，我们将实验场地以及实验设备进行了多组对照，为实验数据的准确性以及有效性增添多了保障。通过科学的实验设计和数据分析，我们将为家居安全领域的发展做出积极的贡献。

1 相关研究综述

1.1 体温监测技术及其应用领域

体温监测技术[1]是用于测量和记录人体体温的技术手段。随着科技的发展，体温监测技术得到了不断的改进和创新。下面将介绍几种常见的体温监测技术及其应用领域：

无接触红外测温技术：无接触红外测温技术是通过红外线传感器测量人体的体表温度，无需直接接触人体。这种技术在公共场所、机场、车站等人流密集场所的体温筛查中得到广泛应用。它具有测量速度快、非侵入性、安全卫生等优点，适合于大规模人群的体温监测。

体温监测技术广泛应用于医疗、健康管理、疾病预防等领域。在医疗领域，体温监测是常规的生命体征监测之一，用于帮助医生判断患者的健康状况和疾病进展情况。在健康管理领域，体温监测可以帮助用户实时了解自身的健康状况，及时采取措施预防疾病。而在疫情防控期间，体温监测是早期发现疫情传播的重要手段，被广泛用于机场、车站、学校等公共场所的体温筛查。

1.2 目前已有的家庭体温监测系统研究

家庭体温监测系统是指用于在家庭环境下实现体温监测和健康评估的系统。在当前的科技环境下，已经涌现出许多家庭体温监测系统的研究。以下是几个目前已有的研究方向：

无接触红外测温技术结合智能家居系统：一些研究尝试将无接触红外测温技术与智能家居系统相结合，实现家庭体温监测。通过在家中不同位置设置红外传感器，可以实时测量家庭成员的体温，并将数据传输到智能家居系统进行分析。

家庭体温监测平台[1]：另外一些研究着眼于开发全面的家庭体温监测平台，通过整合多种体温监测设备和数据分析手段，提供全面的健康管理功能。这些平台可以接收来自多样化的体温监测设备的数据，并根据用户的个性化需求进行分析和展示。用户可以通过平台查看个体的体温趋势、健康评估结果，并与医疗机构或家庭医生进行远程协商和咨询。

2 新型家居安全系统的体温监测功能设计

2.1 系统架构与组成部分

新型家居安全系统的体温监测功能设计需要考虑系统的整体架构和各个组成部分。一种可行的系统架构如下：

①控制模块：控制整个系统的运行和功能。负责命令传输、数据处理和决策等。

②测温模块：使用红外线人体温度传感器，负责接收人体体温数据。

③预警模块：包括蜂鸣器和提示音箱等，一旦检测到体温异常，发出警报和提示信号。

④隔离模块：使用喇叭形隔绝器，防止噪音和干扰对系统正常运行的影响。

⑤人体位置传感模块：通过激光测距传感器、位移传感器，实时监测人体的位置和距离信息。

⑥安装有测温模块的人体位置跟踪模块：确保测温模块与人体之间的准确接触，提供准确的体温数据。（图1、图2）

图1 控制关系结构示意图

图2 整体俯视图

2.2 功能设计工作过程及原理（实施案例）

工作时，每隔一段时间（10min）首先横移电机工作带动横向螺杆转动，横向螺杆转动带动滑动架左右移动，同时滑块位于滑动架上的最高位置，当横移电机带动滑动架移动时，激光测距传感器感应的距离信息等于房间本体宽度或者是距离房间本体内摆设的距离时（摆设物品时输入物品的距离参数，在此时不触发），纵移电机带动纵向螺杆转动进而带动滑块向下移动一段距离（10cm），然后横移电机带动滑动架反向运动，当感应距离信息仍不变时，重复执行上述过程，当距离信息发生变化时，控制器采集纵向位移传感器和横向位移传感器以及激光测距传感器的测距参数信息，进而判断出人体最高处也就是头部的空间位置信息，进而通过计算（具体计算方法属于现有技术），控制器控制横转电机进而带动门型架横向转动，进而带动热电堆温度传感器朝向人体方向，同时纵转电机带动转动块转动，进而使得热电堆温度传感器朝向人体方向，进而控制器采集热电堆温度传感器的温度信息，当温度过高时，控制器控制预警模块发出警报信息。

挡圈可对热电堆温度传感器感应方向之外的热源信息进行遮挡，进而防止受到干扰，增加稳定性。通过对两个热电堆传感器采集的温度值进行收集比对，进而得到较为准确的温度值。（图3、图4）

图3 局部正剖视图

图4 人体位置跟踪模块结构示意图

3 体温监测功能的应用场景与算法设计

3.1 温度异常检测算法选择与逻辑设计

温度监控与异常检测成为了至关重要的环节。由于环境复杂多变，单一的检测算法往往难以应对各种突发状况和不确定性。为了克服这一挑战，在进行本系统的算法选择和逻辑设计时，我们选择采用加权自融合算法，通过结合多个子算法的优势，显著提高了温度异常检测的准确性和鲁棒性。

本功能在设计时采用接入团队家居安全系统进行设计（基于应用物联网的家居安全系统设计[4]），其中自研的家居安全系统通过加权自融合算法而实现的。加权自融合算法是一种综合多个异常检测算法的方法，通过对每个算法的结果进行加权融合，提高异常检测的准确性和鲁棒性。下面是一个基于加权自融合算法的温度异常检测算法设计框架：

①数据预处理：从测温模块收集到的温度数据首先需要进行预处理。这包括去除噪声、平滑处理和归一化等操作，以确保数据的质量和一致性。

②加权自融合算法：根据已有的子算法结果，通过加权融合的方式综合多个子算法的输出结果。加权融合的权重可以根据每个子算法的性能、稳定性和可靠性等进行确定。可以采用简单的加权平均或使用更复杂的方法（如基于距离、信息熵、模糊逻辑等）进行融合。

③异常判断与报警：根据融合后的异常检测结果，判断当前温度是否异常。如果异常，触发报警机制，如发出警报声、发送警报通知等。

④系统实时更新与反馈：监测系统应该实时更新算法和参数，以适应不断变化的环境和个体差异。同时，用户反馈也应该作为一个重要的因素，对算法进行校正和优化。

在实际应用中，加权自融合算法可以根据不同的生产环境和温度特性，灵活调整各子算法的权重。例如，在高温环境中，可以增加对热敏感子算法的权重，而在低温环境中，则可以增加对冷敏感子算法的权重。这样，算法能够在不同场景下都能保持较高的检测准确性。

加权自融合算法的核心思想在于将多个子算法的输出结果进行加权融合，以充分利用各子算法在不同场景下的优势。这种算法不仅考虑了各子算法本身的性能，还根据实际需求和实验结果，通过调整权重分配策略，进一步优化了温度异常检测的性能。

3.2 基于体温数据的健康状况评估与预警

基于体温数据的健康状况评估与预警涉及多个技术方面，包括数据采集、数据预处理、模型构建和预警系统设计。为了实现基于体温数据的健康状况评估与预警，首先需要采集可靠的体温数据。可以使用体温传感器或智能穿戴设备等硬件设备来收集体温数据。这些设备可以通过蓝牙或其他无线通信方式与移动设备或云平台进行连接。

采集到的体温数据需要进行预处理，以确保其准确性和一致性。预处理步骤可以包括去除噪声、平滑处理和归一化等操作。去除噪声可以通过滤波算法[5]（如均值滤波或中值滤波）来实现。平滑处理可以通过加权平均或指数平滑等技术来减小体温数据的波动。归一化操作可以将体温数据转换为标准范围内的值，以便后续处理和比较。

该系统可以根据模型的输出结果和事先设定的阈值来判断体温是否异常，并触发相应的预警机制。预警机制可以通过声音、震动、通知消息等方式向用户发出警报。同时，预警系统应该能够记录和存储体温数据和预警信息，以便用户和医疗专业人员进行查看和分析，并通过多种方式向用户发出预警，从而帮助人们更好地管理自己的健康状况。

4 结论

在现代社会，随着科技的不断进步，人体位置跟踪与体温监测功能已经成为保障人员安全和预防疾病的重要手段。本设计的人体位置跟踪与体温监测功能，实现了对人体的精准定位与体温的实时监测。通过加权自融合算法，提高了异常检测的准确性和鲁棒性，为健康状况评估提供了有力支持。同时，该系统还为用户提供了直观、用户友好的界面和交互功能，使用户能够方便地了解自己的健康状况并获得及时的预警信息。本设计的人体位置跟踪与体温监测功能在保障人员安全、预防疾病等方面具有显著的优势和实际应用价值。未来，我们将继续优化算法和界面设计，提高系统的稳定性和可靠性，以满足更多场景下的应用需求。