任安虎，賀秀偉，魏新建，李 萌，房 彬

（西安工業(yè)大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，陜西 西安 710021）

隨著安全入口控制應(yīng)用需要的快速增長，生物統(tǒng)計識別技術(shù)得到了廣泛的開發(fā)與研究。目前，微電子和視覺系統(tǒng)方面取得的新進(jìn)展，使該領(lǐng)域中高性能自動識別技術(shù)的實現(xiàn)代價降低到了可以接受的程度。人臉識別技術(shù)是基于人的臉部特征信息進(jìn)行身份識別的一種生物識別技術(shù)，也是所有的生物識別方法中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一，當(dāng)前世界各國有許多機(jī)構(gòu)都在從事這方面的研究，并受到軍方、警方以及許多大公司的高度重視和資助。與傳統(tǒng)的身份鑒定方式相比，人臉識別的最大特點就是更具安全、保密和方便性。但在家用防盜系統(tǒng)中，人臉識別技術(shù)的應(yīng)用還不是很廣泛。提出了基于人臉識別技術(shù)的智能門禁系統(tǒng)，主要包括前端的數(shù)據(jù)采集、控制部分和后臺的人臉識別部分；本文主要實現(xiàn)前端的數(shù)據(jù)采集與控制部分的設(shè)計。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

圖1 系統(tǒng)原理框圖Fig.1 System block diagram

人面識別智能門禁系統(tǒng)的采集與控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)前端的信息采集及人臉身份識別后的控制與語音報警處理。原理框圖如圖1所示。外傳感電路感知到觸發(fā)單片機(jī)控制光敏采集電路采集外界的光線強(qiáng)度，以此控制照明燈亮滅。單片機(jī)通過串口給工控機(jī)發(fā)送一個信號，由工控機(jī)控制攝像頭采集人臉圖像，對采集的人臉圖像進(jìn)行人臉識別、身份判斷：如果是合法的進(jìn)入者給單片機(jī)一個開門信號，由單片機(jī)控制繼電器開門；如果是非法的來訪者給單片機(jī)送一個報警信號，由單片機(jī)控制語音提及報警電路發(fā)出語音提示及報警。

2 單元電路設(shè)計

2.1 熱釋紅外傳感器電路設(shè)計

熱釋電紅外傳感器[1]是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器，其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成[2]，熱釋電紅外傳感器對運(yùn)動的人體敏感，可應(yīng)用于探測人體[3]。本單元電路選用了HC-SR501模塊，人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸出高電平，人離開感應(yīng)范圍自動延時關(guān)閉，輸出低電平。

2.2 光敏采集電路設(shè)計

光敏電阻感應(yīng)外界的光信號，經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送給單片機(jī)進(jìn)行處理，以決定是否點亮照明燈，滿足圖像采集部分對光線的要求。電路圖如下圖2所示。

圖2 光敏采集電路Fig.2 Photosensitive acquisition circuit

當(dāng)紅外傳感器電路檢測到有人來時由單片機(jī)P1.0輸出低電平，電路開始由光敏電阻采集外界光線，送給A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832，信號送給單片機(jī)P1.2腳輸入。

2.3 單片機(jī)電路設(shè)計

單片機(jī)是系統(tǒng)的控制中心[4]，接收紅外人體檢測信號，控制光敏采集電路采集光線，由此控制照明系統(tǒng)[5]；通過串口給工控機(jī)發(fā)送信號進(jìn)行人臉采集、人臉識別和身份驗證，根據(jù)工控機(jī)發(fā)送的控制信號實現(xiàn)對門的開關(guān)，如果來訪者不是合法的進(jìn)入者控制語音系統(tǒng)語音報警，警示離開。單片機(jī)選用了89C51，電路圖如圖3所示。

圖3 單片機(jī)電路Fig.3 MCU circuit

單片機(jī)電路[6]主要包括復(fù)位電路、晶振、RS232串口電路[8]及按鍵檢測電路。單片機(jī)通過運(yùn)行的軟件處理紅外檢測信號、光敏采集電路的數(shù)據(jù)，與工控機(jī)交互[9]實現(xiàn)控制門的開關(guān)及語音報警電路工作。

2.4 語音提示及報警電路設(shè)計

該電路實現(xiàn)在人臉圖像采集失敗時發(fā)出姿態(tài)調(diào)整語音提示和對于沒有資格進(jìn)入的來訪者發(fā)出語音告警。該單元電路選用了ISD4004語音芯片[7]，ISD4004是美國ISD公司制造的一種新型語音芯片。ISD4004系列工作電壓為3 V，單片錄放時間為8～16分鐘，音質(zhì)好。聲音錄放采用CchipCorder專利技術(shù)，即無須A/D轉(zhuǎn)換和壓縮就可以直接儲存，沒有A/D轉(zhuǎn)換誤差，在個記錄位（BIT）可存儲250級聲音信號，相當(dāng)于通常的A/D記錄的8倍。電路圖如圖4所示。

在系統(tǒng)開始運(yùn)行的時候可以通過按鍵KEY1錄音，KEY2放音，預(yù)先錄入兩段用戶語音：語音提示和語音告警。單片機(jī)通過SPI接口控制ISD4004芯片。

2.5 繼電器控制電路

單片機(jī)實現(xiàn)照明系統(tǒng)和門的開關(guān)控制，必須通過控制電路，一般常用的方法就是由單片機(jī)控制繼電器進(jìn)而控制受控對象。繼電器選用了電磁控制繼電器HK4100f，可實現(xiàn)由5 V控制220 V交流電源的通斷。電路圖如圖5所示。

若要打開照明燈，單片機(jī)控制P0.0輸出低電平，照明燈亮；若要開門，控制P0.1口輸出低電平，電動門打開。

3 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計直接影響著系統(tǒng)的功能。使用集成開發(fā)環(huán)境keil C51，應(yīng)用C語言編寫程序，具體的流程圖如圖6所示。

4 結(jié)束語

圖4 語音提示報警電路Fig.4 Voice alarm circuit

圖5 繼電器控制電路Fig.5 Control relay circuit

圖6 系統(tǒng)軟件流程圖Fig.6 Flow char of system software design

利用proteus進(jìn)行了仿真[10]；仿真調(diào)試成功后用 Altium designer進(jìn)行了電路板設(shè)計，完成了元器件焊接與系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試。實現(xiàn)了利用人臉作為身份識別，控制大門的開關(guān)；并對不合法的來訪者會發(fā)出聲音報警。本系統(tǒng)應(yīng)用面廣，工作穩(wěn)定，有研究應(yīng)用推廣價值。

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