Система автоматизированного температурно-пропускного контроля (САТПК)

Актуальность

За всю свою историю человечество не раз сталкивалось с пандемиями и эпидемиями различных болезней, начиная от бубонной чумы в XV веке и заканчивая лихорадкой Эбола 2014 года.

В очередной раз мир столкнулся с проблемой новой болезни и повсеместного её распространения с марта 2020 года. В России было установлено множество ограничительных мер по профилактике заражения COVID-19. Одной из таких мер стал контроль температуры людей в общественных местах, в том числе в учебных учреждениях.

Цель

Автоматизировать процесс замера температуры учащихся и сократить риски потенциального заражения персонала путём создания модели системы автоматизированного температурно-пропускного контроля (САТПК) на базе Arduino.

Задачи

1. Провести предпроектное исследование, изучив информацию о платформе Arduino, необходимых составляющих, а также настройки и создания Telegram-ботов.
2. Проанализировать данные, полученные в ходе предпроектного анкетирования.
3. Придумать и выбрать лучший вариант САТПК, производящего идентификацию личности, замер температуры и пропуск человека.
4. Разработать вариант работы устройства.
5. Собрать макет САТПК, производящего идентификацию личности, замер температуры и пропуск человека.
6. Написать программное обеспечение для работы САТПК на базе платформы Arduino.
7. Провести тестирование макета САТПК, производящего идентификацию личности, замер температуры и пропуск человека.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Arduino Nano
• Модуль Wi-Fi ESP8266 (ESP-01)
• Модуль датчика расстояния HC-SR04 для Arduino
• RFID-модуль RC522
• Светодиодная RGB матрица Troyka-RGB Led 4x4
• Инфракрасный датчик температуры MLX90614
• Фанера
• Аналоговый сервомотор постоянного вращения MTR-SERVO-FS90R
• Смартфон (ОС – Android)

Описание

На начальном этапе работы над проектом авторы выяснили, что в образовательной организации уже используется система контроля и управления доступом. Изучив принцип работы используемой системы, авторы обнаружили, что она не оснащена термодатчиками. В связи с этим решили создать систему автоматизированного температурно-пропускного контроля (САТПК) на базе платформы Arduino, оснащённую RFID- и Wi-Fi-модулями, передающими родителям в Telegram-бот данные о проходе в здание учащегося и его самочувствии.

Далее авторы провели анкетирование среди сотрудников нашей школы, чтобы выяснить, насколько комфортно и быстро они проводят замеры температуры учащихся. В анкетировании приняли участие 60 человек из персонала школы и 40 учащихся (итого 100 человек). Проанализировав данные, авторы выяснили: использование бесконтактных термометров не занимает слишком много времени, но оно всё равно приводит к созданию очередей и повышает вероятность заражения.

Исходя из исследований на следующем этапе, авторы разработали конструкцию и электронную схему будущего устройства. Корпус модели САПТК создали из деревянной фанеры толщиной 7 мм, поролона, окрасили экологичной краской на водной основе. В электронную схему, собранную на Arduino, встроили модули Wi-Fi и RFID-модуль.

Принцип действия устройства сводится к следующему. При поднесении RFID-метки к RFID-модулю происходит считывание UID, если уникальный идентификатор совпадает с одним из записанных в имитированной базе данных UID, то в действие приводятся светодиодные RGB-матрицы 4×4, загорающиеся белым цветом. Далее происходит замер температуры инфракрасным датчиком температуры. Если температура соответствует допустимым значениям (34,5 °С – 37,3 °С), в действие приводятся светодиодные RGB-матрицы 4×4, загорающиеся зелёным цветом, а аналоговый сервомотор постоянного вращения поднимает шлагбаум, который держится до момента, пока модуль датчика расстояния не засечёт дистанцию более 15 см, подразумевающую отсутствие препятствий под шлагбаумом. Telegram-бот отправляет сообщение «Температура в норме!!!»

Если температура не соответствует допустимым значениям, в действие приводятся светодиодные RGB-матрицы 4×4, загорающиеся красным цветом, а аналоговый сервомотор постоянного вращения не поднимает шлагбаум. Telegram-бот отправляет сообщение «!!!Заберите ребёнка домой!!!»

К RFID-метке привязывается чат-ID человека, который можно узнать, используя уже существующий бот (@getmy_idbot). Поэтому при прикладывании определённой RFID-метки, Telegram-бот отправляет сообщение конкретному человеку.

САТПК можно использовать с любым блоком питания постоянного напряжения с выходным напряжением 5В и током 2А.

С точки зрения экономической эффективности предлагаемого устройства, компоненты системы автоматизированного температурно-пропускного контроля (САТПК) имеют приемлемую цену и небольшое энергопотребление (не более 17,4 Вт в месяц, что составляет 0,8 руб.).

Макет системы автоматизированного температурно-пропускного контроля со встроенными модулями был собран и протестирован. Процесс сборки и приобретения необходимых деталей показал, что данная модель является бюджетной и доступной для широкого распространения, во время тестирования система доказала свою эффективность по сравнению с используемыми бесконтактными термометрами.

Результаты работы/выводы

Авторам удалось решить все задачи для достижения поставленных целей, а также создать действующий макет системы автоматизированного температурно-пропускного контроля, который является универсальной и экономически выгодной системой.

Перспективы использования результатов работы

В будущем авторы планируют создать базу данных, которая позволит упростить программный код и облегчит внесение корректив в данные владельцев RFID-меток, а также позволит внедрить САТПК в систему школы, что облегчит организацию пропускного режима и снимет лишнюю нагрузку с сотрудников.