快速开发一个带APP的红外体温检测枪（基于AliOS Things Inside的Wi-Fi模组）

2022-05-24 23:35:35

1. 简介

非接触红外测温在医疗，环境监测、个人健康等领域得到越来越广泛的应用。本文将向大家介绍如何通过AliOS-Things inside的WiFi模组，快速完成体温检测，流程涵盖从传感器数据采集，到阿里云IoT智能生活平台接入，以及快速构建App完成监控。希望通过阿里云IoT提供的从设备端到云端应用的全套解决方案，快速帮助智能设备厂商，构建出可以替代人力的自动化人体测温设备和方案，在防控中降低人员接触风险，提升排查效率。

2. 软硬件环境

2.1 软件平台

云端 -- 阿里云IoT智能生活平台（飞燕平台）
生活物联网平台提供了设备接入能力、移动端的SDK以及免开发的公版App和界面，开发者基于该平台可快速实现设备的智能化。
移动端 -- 云智能（公版App）
云智能是生活物联网平台提供的公版App，无需额外开发，下载后可直接对设备进行配网和控制。支持在全球主流应用商店中搜索“云智能”下载；
设备端 -- AliOS Things 3.0.0版本
AliOS Things作为轻量级物联网OS，已支持多款芯片，可以方便的集成温度传感器，并通过设备端SDK连接生活物联网平台；这里选用其最新发布的3.0.0版本。

2.2 硬件平台

硬件平台
硬件平台选用ESP8266 nodeMCU，支持Wifi连接，带有I2C、UART等接口，并且带有按键（FLASH按键），可用于触发体温检测上报。

传感器--MLX90614ESF-DCI-000-TU（I2C接口）
这颗传感器是一款红外的非接触温度计，支持I2C通信协议，主要用到SDA和SCL两条线，可以很方便的连接到ESP8266开发板上。

说明如下：

硬件连接
开发板与传感器的接线引脚对应关系如下：

开发板	传感器
D1 (GPIO_05)	SCL
D2 (GPIO_04)	SDA
3.3V	Vcc
GND	GND

硬件连接图，右键可打开大图

3. 云端配置

智能生活平台上创建产品及设备之前，请先确保以下两点：

已经注册了阿里云账号，并完成实名认证。注册操作请参见阿里云账号注册流程。
已开通生活物联网平台服务。

3.1 产品创建

在控制台上已创建项目、产品，并完成产品的功能定义，可参见概述完成这部分的操作。功能定义时，需要注意以下两点：

产品类型选择“体温计”，标准功能中已经包含了“人体温度”，这里只需要修改数据定义中的取值范围为0~99。
如上图所示，设备端上报温度使用的标识符，需要与云端的配置保持一致（如上图“人体温度”所对应的标识符）；

3.2 测试设备添加

添加测试设备，记录设备的激活凭证（ProductKey、ProductSecret、DeviceName、DeviceSecret，如下图红框处），后续需要将激活凭证配置到设备端。

3.3 App配置使用

公版App的参数配置及流程如下所示：

打开公版App的控制开关，详细参见配置App交付终端。
设置App参数，其中选择产品面板、多语言管理、配网引导为必填参数，详细请参见设置App参数。
下载公版App（云智能），具体参考公版App介绍；
扫描配网二维码，绑定设备后调试，具体二维码参见获取配网二维码。

4. 代码移植

获取参考代码（如图所示），并按以下步骤集成。

4.1 ESP8266单板适配

针对上述选用的ESP8266开发板，为保证按键中断、I2C等功能正常运行，需要做以下修改：

FLASH按键对应的GPIO引脚修改；
I2C总线对应的引脚修改；
8266不支持C99编译的适配；

具体修改可参考附件中的补丁文件（001-aos-3-0-0-esp8266.patch，基于AliOS Things 3.0.0版本生成）。将其拷贝到AliOS Things 3.0.0根目录下，通过以下命令打入补丁：

patch -p1 < ./001-aos-3-0-0-esp8266.patch

4.2 驱动移植

MLX90614是一款用于非接触式温度测量的红外温度计，这里主要介绍其使用方法。MLX90614的EEPROM主要用来做参数配置，具体可参考官方手册：

MLX90614的RAM为只读属性，用户可以读取温度等数据，例如，通过RAM上的Tobj1可以获取被检测物体的温度数据。

I2C总线通过设备地址0X5A（MLX90614出厂设置）来访问传感器。访问RAM和EEPROM时，操作命令的对应关系如下所示：

例如访问EEPROM上0X4的地址（Emissivity correction coefficient ），其操作可以通过以下方式得到：

访问的是EEPROM，其操作码高3位为0b001
后5位为访问的地址，该地址为0X4，二进制表示为0b00100
按照上图的方式组合，操作命令为 0b00100100，即0X24

按照同样的方式，通过RAM读取被测物体温度寄存器(Tobj1)数据的操作码为0X7。
被测物体温度读取的驱动代码（位于drv_temp_melexis_mlx90614.c 中）参考如下：

static int drv_temp_melexis_mlx90614_read(void *buf, size_t len)
{
    int                 ret = 0;
    size_t              size;
    uint8_t             data[2];
    int32_t             temp;
    uint32_t            value;
    temperature_data_t *pdata = (temperature_data_t *)buf;
    if (buf == NULL) {
        return -1;
    }

    size = sizeof(temperature_data_t);
    if (len < size) {
        return -1;
    }

    /* 通过I2C读取RAM上的Tobj寄存器 
         MLX90614_ctx.config.dev_addr为设备地址0X5A
       MLX90614_TOBJ1为访问Tobj1的操作码0X07 */
    ret = hal_i2c_mem_read(&MLX90614_ctx, MLX90614_ctx.config.dev_addr, MLX90614_TOBJ1, I2C_REG_LEN, data,
                           2, I2C_OP_RETRIES);
    value = data[0] | (data[1]<<8);
    if (unlikely(ret)) {
        return -1;
    }
    /* 寄存器的值转换成温度数据，单位为0.01℃ */
    temp = ((int32_t)value * 2) - 27315;
    pdata->t = temp;
    pdata->timestamp = aos_now_ms();

    return (int)size;
}

下面介绍如何集成驱动，将驱动文件drv_temp_melexis_mlx90614.c拷贝到driverssensordrv目录下，并且在driverssensordrv.mk的第一行添加编译配置。

    ifeq ($(AOS_SENSOR_TEMP_MELEXIS_MLX90614),y)
    $(NAME)_SOURCES += drv/drv_temp_melexis_mlx90614.c
    endif

4.3 用例移植

将用例代码（thermometer文件夹）拷贝到appexample目录下，并且在appexampleConfig.in中添加用例编译配置。

source "app/example/thermometer/Config.in"
if AOS_APP_THERMOMETER
    config AOS_BUILD_APP
        default "thermometer"
endif

用例初始化流程如下所示，具体请参考入口函数application_start：

ESP8266的按键中断相关代码在mcuesp8266bspkey.c中，按下按键后，中断回调函数会根据按键按下的时间（短按、2秒钟长按、6秒钟长按），触发不同的event（通过aos_post_event）。application_start中注册的按键回调，会响应上述事件，按键回调代码如下：

/* 按键回调函数 */
void linkkit_key_process(input_event_t *eventinfo, void *priv_data)
{
    if (eventinfo->type != EV_KEY) {
        return;
    }

    if (eventinfo->code == CODE_BOOT) {
        if (eventinfo->value == VALUE_KEY_CLICK) {
            /* 短按(>40ms)，触发一次体温检测，并上报云端 */
            app_sensor_test();
        } else if (eventinfo->value == VALUE_KEY_LTCLICK) {
            /* 长按(>2s)， 触发系统进入配网模式 */
            do_awss_active();
        } else if (eventinfo->value == VALUE_KEY_LLTCLICK) {
            /* 长按(>6s)，会清除配网信息，并复位系统 */
            do_awss_reset();
        }
    }
}

体温数据检测、上报流程请参考相关代码，检测低于正常人体温度范围（34~42℃），则上报数据0，高于正常人体温度范围，则上报数据99：

/* 读取温度数据并上报云端 */
void app_sensor_test()
{
    int ret;
    char param[128];
    temperature_data_t temp;
    double data = 0.0;

    /* 读取温度传感器数据 */
    ret = sensor_hal_read(TAG_DEV_TEMP, 0, &temp, sizeof(temp));
    if(ret <= 0){
        printf("\nSensor data read fail \n");
        return;
    }

    data = (double)temp.t;
    data = data/100.0;

    /* 人体温度数据校准 */
    data = data - (data * data * data *data * data* data) * 0.000125 +
           (data * data * data *data * data) * 0.0283429488 -
           (data * data * data *data ) * 2.67004808 +
           (data * data * data ) * 133.762569 -
           (data * data ) * 3758.41829 +
           (data ) * 56155.4892 -
           348548.755;

    if (data < 34.0) {
        data = 0.0;
        printf("\nNot the normal range of human body temperature (34 ~ 42℃ ) \n");
    }
    else if (data > 42.0) {
        data = 99.0;
        printf("\nNot the normal range of human body temperature (34 ~ 42℃ ) \n");
    }
    
    /* 网络连接检测 */
    if (!app_conect_check()) {
        printf("\nNetwork is not connected\n");
        return;
    }

    memset(param, 0, 128);

    /* 构建上报云端的payload */
    sprintf(param, PROP_POST_FORMAT_TEMP, data);

    /* 上报体温数据到云端 */
    if (app_init_check() != 0) {
        ret = IOT_Linkkit_Report(app_device_get(), ITM_MSG_POST_PROPERTY, (unsigned char *)param, strlen(param) + 1);
        if (ret == -1) {
            LOG("%s %d fail\n", __func__,__LINE__);
        }
    }
}

4.4 四元组修改

将3.2节中记录的设备的激活凭证（四元组）更新到设备端（appexamplethermometer目录下的app_entry.h中）：

#define PRODUCT_KEY    "xxxxxxxxxxx"
#define PRODUCT_SECRET "xxxxxxxxxxxxxxxx"
#define DEVICE_NAME    "xxxxxxxxxxxxxx"
#define DEVICE_SECRET  "xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx"

4.5 标识符确认

参考3.1节，确保设备端上报体温对应的功能标识符（appexamplethermometer目录下的app_entry.h中）与云端的配置一致：

#define PROP_POST_FORMAT_TEMP "{\"BodyTemperature\":%.1f}"

5. 编译运行

5.1 编译

在OS目录下执行以下命令，完成编译
make thermometer@esp8266 -c config

aos make

编译生成的固件thermometer@esp8266.bin在outthermometer@esp8266binary目录下
通过ESP8266的Flash下载工具（FLASH_DOWNLOAD_TOOLS）烧录

5.2 运行

开发板参考如下：

复位单板后，长按"FLASH"键（>2s），开启配网流程，APP端参考官方文档中的“公版App使用流程”完成。
配网成功后，短按"FLASH"键（>40ms），可以触发一次温度采集，并上传云端，同时推送到手机侧云智能APP。

需要注意的是，用例中增加了校准，检测温度的的范围是34 ~ 42℃，低于这个范围，上报数据为0；高于这个范围，上报数据为99。

6. 附录

问题交流、技术支持群：

码农公寓