Самодельный автомат для мониторинга здоровья учащихся и работников образовательных учреждений по QR-коду



Целью работы является разработать автомат для мониторинга здоровья учащихся и работников ОУ по QR-коду. Объект: процесс создания самодельного автомата для мониторинга здоровья учащихся и работников ОУ по QR-коду . Предмет: самодельный автомат для мониторинга здоровья посредством подручных материалов. Методы исследования: обзор; анализ; разработка, сборка, тестирование.

Ключевые слова: автомат, мониторинг здоровья, QR-код, тестирование.

Введение

Актуальность: во время пандемии корона вируса Сovid-19 стало актуальным проведение ежедневных мониторингов состояния здоровья учащихся и работников ОУ и утренняя термометрия на входе в образовательное учреждение.

Проблема : В данное время в школе обучается 240 учащихся в две смены. Общее количество работников гимназии — 57 человек. Термометрию проводят дежурные учителя и инструктор по гигиене с помощью двух ручных измерителей температуры с 8:00 до 9:15 и с 12:45 до 13:40. С января 2022 года охрану объекта проводит ведомственная охрана. Для решения проблемы объективной термометрии мы предлагаем разработку самодельного автомата для мониторинга здоровья учащихся и работников ОУ по QR-коду.

Цель: разработать автомат для мониторинга здоровья учащихся и работников ОУ по QR-коду.

Объект: процесс создания самодельного автомата для мониторинга здоровья учащихся и работников ОУ по QR-коду .

Предмет: самодельный автомат для мониторинга здоровья учащихся и работников ОУ по QR-кодупосредством подручных материалов.

Задачи:

— обзор информации по данной теме;

— изучить виды считывалей QR-кодов;

— собрать самодельный автомат для мониторинга здоровья учащихся и работников ОУ по QR-коду;

— протестировать и сравнить самодельный автомат для мониторинга здоровья учащихся и работников с заводскими аналогами.

Практическая значимость заключается в том, что созданный нами самодельный автомат для мониторинга здоровья учащихся и работников ОУ по QR-коду можно собрать из подручных материалов, затратив минимальный бюджет и время на сборку.

Методы исследования:

— обзор, анализ, разработка, сборка, тестирование.

Основное содержание

Для того, чтобы добиться поставленных целей и задач, мы составили план исследования:

1) сделать обзор информации по данной теме;

2) изучить измерители температуры, имеющиеся в школе;

3) выполнить принципиальную схему самодельного автомата для мониторинга здоровья учащихся и работников ОУ по QR-коду;

4) подборка частей самодельного автомата для мониторинга здоровья учащихся и работников ОУ по QR-коду;

5) рассчитать бюджет самодельного автомата для мониторинга здоровья учащихся и работников ОУ по QR-коду;

6) сборка автомата;

7) создание QR-кода для учащихся и работников гимназии;

8) апробация действующей модели автомата;

9) разработка заключения.

1. Измерители температуры

Высокая температура — один из симптомов вирусного заболевания. Контроль температуры учащихся и работников образовательного учреждения перед входом в здание позволяет снизить скорость распространения вирусных заболеваний и уменьшить риск приостановки работы в связи с карантином.

Для измерения температуры используют:

— Терминалы распознавания лиц со встроенным термометром;

— Инфракрасный термометр (пирометр);

— Измерители температуры.

Терминал распознавания лиц R20-Face Thermometer функционирует в бесконтактном режиме. Достаточно приблизить лицо к дисплею терминала на доли секунды. Расстояние идентификации можно настроить в диапазоне 0,5–4 метра. Прибор сравнивает изображение пользователя с базой и при положительном результате измеряет температуру бесконтактным инфракрасным термометром в области лба. Максимально допустимая температура, как и другие параметры, устанавливается непосредственно в самом терминале или дистанционно по локальной сети. Во втором случае возможна централизованная настройка и управление всеми терминалами одновременно [1] (рис.1, приложение).

Тепловизоры мгновенно измеряют температуру в потоке людей без создания очередей и факторов, которые приводят к распространению вирусных инфекций. Тепловизионный контроль может стать частью системы доступа на предприятия, в социальные учреждения, ведомства и на массовые мероприятия.

Комплексы в автоматическом режиме с высокой скоростью измеряют температуру и сохраняют результаты в едином центре мониторинга. В любой момент можно проанализировать общую статистику и провести проверку по каждому случаю обнаружения повышенной температуры.

Тепловизор измеряет температуру сразу у нескольких людей в потоке на проходной, в коридоре или небольшом помещении

Оператор удаленно наблюдает за системой по внешнему монитору или через интернет в облачной платформе. При обнаружении человека с высокой температурой тепловизор подает сигнал и отправляет уведомление оператору.

Инфракрасный термометр (пирометр) безопасен и прост в использовании. Он состоит из оптических компонентов, датчиков температуры, усилителей сигнала, цепей обработки и жидкокристаллического дисплея. Может измерять температуру по Цельсию и по Фаренгейту [2] (рис.2, приложение).

Бесконтактный термометр QQZM TF-600 разработан для быстрого измерения температуры тела. Он широко используется на предприятиях, в организациях и быту. Устройство абсолютно безопасное в эксплуатации, поскольку измерения не требуют непосредственного контакта с телом [3] (рис.3, приложение).

2. Что такое QR-код

Кью ар код ( QR - код ) — это изображение с матричным кодом быстрого реагирования. Буквально означает «Quick Response» или «Быстрый ответ».

Изобрели необычную кодировку на территории Японии в 90-х годах. Первоначально он предназначался для маркировки товаров, и использовался как более продвинутый штрих-код, содержащий больше информации о том или ином товаре [4].

При наведении камеры современного смартфона на QR-код у пользователя открывается сайт или приложение, которое зашифровано в черно-белом квадрате.

Таблица 1

Различия QR-кода и штрих-кода

№	QR-код	Штрих-код
1	Позволяет зашифровать более 4000 символов	Позволяет зашифровать лишь 20–30 цифр
2	Можно передавать не только цифры и буквы, но и другую информацию	Позволяет передать только цифры
3	QR-код шифруется «квадратиками»	Штрих-код шифруется «палочками»

QR-код можно использовать для быстрого перехода на сайт, ознакомления с новой информацией. Не каждый пользователь будет вводить адрес веб-сайта, а навести камеру смартфона на QR-код быстро и легко.

В изображении можно закодировать текст, картинку, ссылку и т. д. Подобную кодировку используют даже на архитектурных и исторических памятниках, чтобы туристы могли получить больше информации.

Сейчас QR-коды применяют для получения скидок в магазинах; перехода по ссылке; скачивания файла; шифровки адреса веб-сайта; получения электронных билетов; предоставления визиток; кодирования продукции, то есть в качестве более продвинутого штрих-кода.

Чтобы получить зашифрованную информацию, достаточно запустить камеру смартфона и навести ее на матричный код. Мобильное устройство автоматически откроет ссылку, картинку или предоставит другую закодированную информацию.

Не все мобильные устройства могут считать QR-код. Для таких устройств были разработаны специальные приложения, которые распознают закодированную информацию. Таких приложений много: например — «Сканер штрих-кода».

Считывание QR-кода с помощью смартфона

1. Запустите камеру мобильного телефона или специальное приложение.
2. Наведите объектив на QR-код таким образом, чтобы он сфокусировался на центре изображения.
3. Как только объектив поймает фокус, пользователь будет перенаправлен по закодированному адресу.

Считывание QR-кода на ПК

Считать любое изображение с компьютера можно с помощью специальных онлайн-сервисов, например, такого как qr.smartbobr.ru/skanirovat-qr-kod.html. Этот сайт предлагает воспользоваться веб-камерой ноутбука, или загрузить заранее скачанную картинку (4, там же).

Кроме того, можно установить программу «CodeTwo QR Code Desktop Reader». Она абсолютно бесплатна, занимает мало места и обладает хорошим функционалом. С ее помощью можно считать QR-код на сайте, сфотографировать его через веб-камеру, или загрузить заранее скачанное изображение. Закодированная в изображении информация может быть полезна при создании визиток; привлечении новых посетителей на сайт; рекламной рассылке; ведении социальных сетей; оформлении исторических памятников.

QR-код позволяет быстро перенаправить потенциального клиента, пользователя, покупателя на нужный информационный ресурс. Матричный код за пару кликов создается на специальных онлайн-сервисах. Например: qrcoder.ru; the-qrcode-generator.com; smartbobr.ru; tec-it.com.

Все что требуется от пользователя, написать желаемый текст, ссылку или вставить картинку, которую он планирует закодировать в QR-код.

3. Считыватели по QR -коду

Существуют различные считыватели по QR-коду. Рассмотрим некоторые из них.

Сканер QR-кодов ТЕРМО-02-QR может провести бесконтактную проверку QR-кодов, встроенную проверку через «Госуслуги», интеграцию в турникеты, проходные (СКУД), проводить проверку подлинности QR-кода, подключаться к сети внутри помещения [5] (рис.4, приложение).

Мультибиометрический терминал ProFace X [TI] ZKTeco проверяет куар коды, измеряет температуру, проверяет наличие маски, ведет учет посетителей, пропускает сотрудников по лицу (рис.5, приложение).

Бесконтактный датчик BioSmart Thermoscan F имеет диапазон измерения температуры от 30 до 45 °С, разрешение датчика — 32*32 или 1024 пикселя, предел допускаемой погрешности ± 0,3 °С, расстояние измерения температуры до лица 30–70 см, интерфейс взаимодействия USB.

4. Программы для считывания QR -кода

QR Code Desktop Reader & Generator — программа для считывания различными способами и генерации QR-кодов по введенному пользователем тексту. Программа распространяется бесплатно, подходит для операционных систем Windows XP и выше (32/64 бит), имеет англоязычный интерфейс.

Для считывания (раскодирования) QR-кодов пользователи программы QR Code Desktop Reader & Generator могут использовать один из 4 способов:

1. Считывание с экрана компьютера. Для этого достаточно просто выделить мышью область экрана с изображением QR-кода.
2. Считывание QR-кода с веб-камеры. Функция работает по аналогии со считыванием QR-кодов при помощи камеры смартфона.
3. Считывание QR-кода из файла (изображения). В программу QR Code Desktop Reader & Generator можно загрузить изображение с QR-кодом (например, скопированное с сайта или из почтового сообщения), и она сразу отобразит закодированный в нем текст. Поддерживаются изображения различных форматов.
4. Считывание QR-кода из буфера обмена. Пользователь может просто скопировать (например, с сайта) изображение с QR-кодом в буфер обмена, а затем запустить соответствующую функцию программы, чтобы прочитать закодированный текст.

Приложение QR Code Desktop Reader & Generator позволяет представить в виде графического QR-кода текст длиной до 1024 символов — его достаточно вписать вручную либо вставить из буфера обмена в соответствующее текстовое поле.

Программа позволяет кодировать различные типы символов, включая буквы и иероглифы на многих языках, а также спецсимволы. Сгенерированные в QR Code Desktop Reader & Generator QR-коды пользователи могут использовать в самых различных целях — от кодирования ссылок веб-сайтов и вплоть до их распечатки и последующего вывешивания в общественных местах для информирования людей о чем-либо.

В приложении QR Code Desktop Reader & Generator QR имеются несколько вспомогательных функций генерации QR-кодов: копирование созданного QR-кода в буфер обмена в виде изображения для последующей его вставки в электронные документы или графические редакторы; сохранение QR-кодов в виде изображений формата JPG и PNG.

Возможность масштабирования сгенерированного QR-кода с указанием размера вручную (полезно при кодировании объемных текстов) [6].

5. Экономическое обоснование проекта

На рынке представлены разные модели терминалов для считывания QR-кодов, измерителей температуры, сканеров QR-кода. Их стоимость колеблется от нескольких сотен до десятков тысяч рублей.

Таблица 2

Данные измерителей температуры, приобретенных Вилюйской гимназией

№	Наименование	Единица измерения	Количество	Цена за единицу, руб.	Сумма, руб.
1	Беcконтактный инфракрасный термометр ENDEVER TEMP-03	Шт	2	1090	2180

Таблица 3

Стоимость необходимой техники для проведения мониторинга здоровья учащихся и работников ОУ по QR -коду на рынке

№	Наименование	Единица измерения	Количество	Цена за единицу, руб.
1	Терминал распознавания лиц R20-Face Thermometer	Шт	1	13992
2	Бесконтактный термометр QQZM TF-600	Шт	1	1190
3	Сканер QR-кодов ТЕРМО-02-QR	Шт	1	1 972, 26
	Итого			17154, 45

Из таблицы 3 видно, что на приобретение медицинской техники для проведения мониторинга здоровья учащихся и работников ОУ по QR-коду необходимо 17154 руб. 45 коп. А если мы сами соберем автомат для проведения мониторинга здоровья учащихся и работников ОУ по QR-коду, то это нам обойдется гораздо дешевле.

Экономия средств выходит 17154,45 – 7058,65 = 10095,35 руб. Получается, что создание самодельного автомата для проведения мониторинга здоровья в образовательном учреждении обойдется значительно дешевле, чем покупка готового аналога.

1. Действуя по плану исследования, мы сделали обзор техники в данной области. Производством такой техники занимается Китай. Цены зависят от транспортных расходов. Учитывая географическое положение нашего региона, поставщики выбирают более дешевые.
2. Затем мы изучили термометры, имеющиеся в школе. В школе имеется всего два измерителя температуры — беcконтактные инфракрасные термометры ENDEVER TEMP-03. Один из них находится на вахте, с его помощью проводятся термометрии для двух смен. Второй термометр находится у инструктора-гигиениста, которая проводит повторную термометрию уже при обходе классов. Дежурным учителям приходится измерять температуру сначала у 153 учащихся в первую смену, затем у 96 — во вторую. Кроме этого, измеряют температуру у 57 работников. Мы заметили, что градусник дает объективный замер только 4–5 раз, потом начинает сбиваться. Например, может показать значение температуры 11 °С.

Поэтому мы решили собрать самодельный автомат для мониторинга здоровья учащихся и работников ОУ по QR-коду.

3. Мы начали с разработки принципиальной схемы самодельного автомата для мониторинга здоровья учащихся и работников ОУ по QR-коду (рисунок 1).

Рис. 1. Принципиальная схема самодельного автомата для мониторинга здоровья учащихся и работников ОУ по QR-коду

Как видно из рисунка 1, автомат состоит из корпуса, внутри которого расположены FPV-камера с монитором, веб-камера, инфракрасного термометра. Автомат подсоединен к ноутбуку, где установлена программа QR Code Desktop Reader & Generator QR.

К автомату подходит ученик со своим определенным QR-кодом и подносит изображение QR-кода, который был заранее выполнен и распечатан, к стеклу сканера. Сканер идентифицирует ученика — определяет фамилию и имя ученика, класс, образовательное учреждение. На мониторе компьютера, высвечивается фамилия, имя ученика — в единую ежедневную базу ОУ.

После определения QR-кода, учащийся должен пройти тест по определению температуры тела. Температура ученика автоматически заносится в однодневную базу ОУ. Тем самым проводится ежедневный мониторинг здоровья.

Следующий шаг — ученик проходит дезинфекцию рук из сенсорного дозатора антисептика, который прикреплен к корпусу автомата.

4. Подборка частей автомата для мониторинга здоровья по QR-коду

Таблица 4

Составные части автомата

№	Название детали	Характеристики
1	FPV камера с монитором	ЖК-дисплей 5,8 ГГц, 48 каналов, 4,3 дюйма, 480X221, 16:9, NTSC/PAL встроенная батарея для радиоуправляемого самолета, FPV дрона, запчасти «сделай сам»
2	Веб-камера Defender C-090	Общее количество пикселей — 0,3 МПикс Качество видео — 720p Макс. Разрешение видео — 1280x1024 Макс. Разрешение фото — 640x480 Интерфейсы — USB, 3.5 мм Угол обзора, градусов -54 Звуковая схема микрофона — Стерео Размеры, мм — 65x80x40
3	Медицинский инфракрасный термометр-пирометр UNI-T UT30H 00–00005633	Элементы питания — AAA/мизинчиковая (R03;LR03;FR03) Количество и напряжение элементов питания – 2 х1.5B Время отклика, с — 0,25 Измеряемая температура, °С — от 0 до 100 Рабочая температура, °С — от 15 до 35 Температура хранения, °С — от -20 до 60 Max точность, °С — ± 0.2 Точность — ± 0,2℃ Время работы на одном заряде — 20 Рабочая влажность, % — 85 Габариты без упаковки, мм — 141x90x36
4	Корпус из ЛДСП, мм	140 х 430 х 150

5. Расчет бюджета проекта

Таблица 5

Бюджет проекта

№	Наименование	Единицы измерения	Количество	Цена за единицу, рб
1	Инфракрасный бесконтактный термометр Uni — T	1	1	3900
2	7-дюймовый FPV монитор 5,8 ГГц	1	1	2618,65
3	Веб-камера	1	1	540
4	Корпус	1	1	-
	Итого			7058,65

Из таблицы 3 следует, что на приобретение медицинской техники для проведения мониторинга здоровья учащихся и работников ОУ по QR-коду необходимо 17154 руб. 45 коп. А если мы сами соберем автомат для проведения мониторинга здоровья учащихся и работников ОУ по QR-коду, то это нам обойдется гораздо дешевле, это следует из таблицы 5.

Экономия средств выходит 17154, 45–7058,65 = 10095, 35 рб. Получается, что создание самодельного автомата для проведения мониторинга здоровья в образовательном учреждении обойдется значительно дешевле, чем покупать готовый аналог.

6. Сборка автомата — практическая часть проекта.

Автомат собирали согласно своей изобретенной схеме (рисунок 1).

Первым шагом была сборка левой, нижней и задней боковых сторон корпуса. К ним прикрепили инфракрасный термометр, FPV-камеру с монитором, веб-камеру. Затем закрыли корпус остальными сторонами. В верхней стороне корпуса прорезали прямоугольный вырез для стекла сканера, круглое отверстие для экрана термометра. К верхней части корпуса сразу за стеклом сканера установили монитор.

7. Создание QR-кода для учащихся и работников гимназии

Создаем QR-код для учащихся и работников гимназии по программе QR Code Desktop Reader & Generator QR. При помощи этой программы я подготовил QR-коды для 13 учащихся 10а класса.

Для создания QR-кода для текста онлайн необходимо:

1. Перейти на сайт qrcoder.ru.
2. Выбрать графу «Любой текст».
3. Ввести желаемое объявление или информацию.
4. Выбрать размер картинки.
5. Нажать кнопку «Создать код».
6. Скачать изображение с готовым матричным кодом, нажав правой кнопкой мыши на картинку, либо перейдя по ссылке.
7. Создать закодированную ссылку можно в точности так же как и при работе с текстом, надо лишь выбрать графу «Ссылку на сайт».

Также создать QR-код со ссылкой можно на других сервисах. Например, на qr.smartbobr.ru.

Пошаговая инструкция создания QR-кода:

— Ввести адрес веб-страницы в поле «Текст или ссылка»;

— Выбрать размер отступа, цвет фона и цвет самого изображения;

— Продвинутые пользователи могут воспользоваться дополнительными параметрами;

— Нажать кнопку «Скачать QR-код»(6, там же).

8. Апробация действующей модели автомата

Каждый учащийся 10а класса получил свой QR-код, распечатанный на листе А4. Затем приложил этот код к стеклу автомата. Автомат определяет фамилию, имя ученика, класс, школу. Затем прикладывает руку к экрану термометра, на мониторе высвечивается температура тела ученика. Все эти данные вносятся в базу данных на компьютере. Создается мониторинг состояния здоровья класса. При доработке программы для формирования базы данных, все эти замеры должны вноситься в базу автоматически.

9. Разработка заключения.

Дальнейшее развитие проекта

Апробация автомата для мониторинга здоровья по QR-коду учащихся 10а класса показала его недостатки. Так, веб-камера требует точной калибровки, иначе сканер плохо распознает QR-код.

Кроме этого, требует доработки программное обеспечение. Происходит сбой при создании базы данных, здесь необходима дополнительная работа с опытными программистами.

В школе при входе установлен сенсорный дозатор для антисептика.

Такой же дозатор можно прикрепить к корпусу автомата.

План исследования выполнен. Самодельный автомат для мониторинга здоровья учащихся собран. Проведена апробация автомата с учащимися 10а класса, которая выявила его недостатки. Так, веб-камера требует точной калибровки, иначе сканер плохо распознает QR-код. Поэтому необходимо подобрать более точные датчики.

Кроме этого, требует доработки программное обеспечение. Происходит сбой при создании базы данных, здесь необходима дополнительная работа с опытными программистами.

Заключение

Мы разработали самодельный автомат для мониторинга здоровья учащихся и работников ОУ по QR-коду. К этой теме мы пришли из-за того, что термометрия, которая проводится в нашей школе, не всегда объективна.

В школе имеется всего два инфракрасных термометра. Во время термометрии эти измерители температуры часто сбиваются и показывают неправильное значение.

Созданный нами самодельный автомат для мониторинга здоровья учащихся и работников ОУ по QR-коду можно собрать из подручных материалов, затратив минимальный бюджет и время на сборку. Автомат бюджетный, его стоимость в 2 раза меньше готовых аналогов.

В процессе подготовки автомата я узнал, что такое QR-код. Ознакомился с техникой, имеющейся на рынке, изучил диапазон их цен. Научился калибровке веб-камеры, узнал, как и по какой программе можно сделать QR-коды для учащихся.

Наш автомат требует серьезной доработки программного обеспечения, чем мы займемся в ближайшем будущем. Кроме этого, необходимо подобрать более точные датчики. Можно прикрепить к корпусу автомата сенсорный дозатор для антисептика.

Приложение

Рис. 1. Терминалы распознавания лиц со встроенным термометром

Рис. 2. Инфракрасный термометр (пирометр)

Рис. 3. Измеритель температуры GM1150

Рис. 4. Сканер QR-кодов ТЕРМО-02-QR

Рис. 4. Мультибиометрический терминал ProFace X [TI] ZKTeco

Рис. 5 Бесконтактный датчик BioSmart Thermoscan F

Литература:

1. https://www.rgsec.ru/solutions/face-recognition/temperature
2. https://avtoprofi.ru/Beskontaktnyi-termometr-TF-600.html/?utm_source=google&utm_medium=cpc&utm_term=21792&utm_campaign=Beskontaktnye-infrakrasnye-term
3. https://www.ozon.ru/category/termometry-meditsinskie-6260/
4. https://www.internet-technologies.ru/articles/newbie/chto-takoe-qr-kod-zachem-on-nuzhen.html
5. https://www.google.com/aclk?sa=l&ai=DChcSEwiEy4yJ3a_0AhWI0bIKHbXlC1EYABAxGgJscg&ae=2&sig=AOD64_2IBfgvHGOGNtNFrcgNbwXxYU1jxg&q&nis=1&adurl&ved=2ahUKEwiuzYWJ3a_0AhXIlIsKHQtzDOwQ0Qx6BAgDEAE
6. https://www.softsalad.ru/software/multimedia/grafika-i-dizayn/qr-code-desktop-reader-generator