趙亞菲

摘要：為了更方便、有效地管理，開發(fā)了一種可以收集和處理信息的打卡機和管理系統(tǒng)，以幫助工廠、實驗室或辦公樓監(jiān)控更多的工作場景。雖然現(xiàn)有的監(jiān)控設備具有一定的安全性，但這些系統(tǒng)沒有智能警告和通知的相應功能，并且沒有實時跟蹤和自動操作功能。新的智能管理系統(tǒng)包括以下子系統(tǒng)：舵機運動系統(tǒng)，攝像機采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)和語音報警系統(tǒng)，基本上可以實現(xiàn)登錄的自動化和實驗室及其他類似場所的監(jiān)控專業(yè)化。系統(tǒng)可以通過設置時間來完成兩種管理狀態(tài)：在白天獨立登記；在夜間自動監(jiān)控。它可以準確識別人臉，根據(jù)管理員的動態(tài)輸入內容發(fā)出語音報警，并自動24小時巡航。整個系統(tǒng)緊湊精致，便于攜帶。它使用OpenCV庫和PYTHON來編寫后臺程序，不僅可以減輕后臺數(shù)據(jù)庫和服務器的壓力，而且還可以方便辦公人員的工作。更重要的是，它降低了成本，提高了效率，并提高了安全系統(tǒng)的質量。

關鍵詞：樹莓派，遠程監(jiān)控，智能語音報警，辦公場所

1.背景

隨著微電子技術的不斷發(fā)展，對室內環(huán)境的安全性和可管理性提出了更高的要求。隨著工業(yè)化的推進，工廠和實驗室越來越普遍，當工作人員下班后，設備仍然需要保護以防止外人干預。而且，在某些時間段內人力不足會使設備處于不安全狀態(tài)，因此內部設備無疑需要一個實時、準確的監(jiān)控系統(tǒng)來監(jiān)控和監(jiān)督。而且員工也存在許多問題：在排隊登記時浪費時間，有時會丟失或忘記辦理登機手續(xù)等等。

雖然視頻監(jiān)控是最傳統(tǒng)的室內安全手段，但其缺點是工作量大，成本高且無法自動報警。大多數(shù)現(xiàn)有的物聯(lián)網設備都是以高價購買的。如果突然從傳統(tǒng)的實驗設備直接換成智能設備，傳統(tǒng)的設備將處于逐步淘汰狀態(tài)，造成巨大的浪費。因此，實現(xiàn)監(jiān)控和報警的自動化已成為亟待解決的問題。

2.主要技術路線

2.1 樹莓派

樹莓派是樹莓派基金會在英國開發(fā)的一系列小型單板計算機，用于促進學校和發(fā)展中國家的基礎計算機科學教學。它具有Broadcom系統(tǒng)（SoC），集成了ARM兼容的中央處理器（CPU）和片上圖形處理單元（GPU）。

樹莓派的各種操作系統(tǒng)都可以安裝在MicroSD，Mini SD或SD卡上，具體取決于主板和可用的適配器。它將Python和Scratch作為主要的編程語言，并支持許多其他語言。樹莓局域網服務器配備Linux系統(tǒng)，在網絡和公共服務器之間建立遠程隧道，實現(xiàn)外部網絡與局域網之間的通信。

2.2多本地服務器和多客戶端并發(fā)

為了實現(xiàn)一對多服務，有必要建立公共網絡IP。通過該公網IP和多個樹莓派調度服務終端，每個用戶通過公網IP找到綁定到其賬號的樹莓派調度接入隧道，實現(xiàn)一對一的交互式業(yè)務功能。在公共服務器上建立數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫存儲用戶ID和相應的樹莓派調度設備ID。每次客戶訪問時，它都由微信服務器加密，打包和轉發(fā)。公共服務服務器在接收到消息后解析用戶ID，然后根據(jù)用戶IP查詢用戶綁定的樹莓派調度設備ID，實現(xiàn)用戶ID與設備ID的一對一交互。

2.3數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議

嵌入式系統(tǒng)（EMS）是嵌入機械或電氣系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)，具有特定的功能和實時計算性能。嵌入式系統(tǒng)通常用于有效控制許多常見設備。在數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議中進行創(chuàng)新，以嵌入式和服務器后臺對接的方式實現(xiàn)簡單嵌入式設備的人臉識別。在本系統(tǒng)中，樹莓派LAN服務器承載Linux系統(tǒng)，并在網絡和公共服務器之間建立遠程隧道，以實現(xiàn)外部網絡和LAN之間的通信。

3.整體結構和設備

3.1總體結構

系統(tǒng)有兩種工作模式。通過設置開始和結束時間，它分為兩個不同的功能周期：工作區(qū)的登記功能和監(jiān)控部分的報警功能；創(chuàng)新數(shù)據(jù)之間的傳輸協(xié)議，通過嵌入式和服務器后臺對接實現(xiàn)嵌入式設備的人臉識別。系統(tǒng)的控制過程包括：

I.設置提醒郵箱，設置時間段，并確定工作狀態(tài)。

II.登錄用戶的微信，同步數(shù)據(jù)庫并開始正常工作。

III.判斷工作時間并進入相應的狀態(tài)。

IV.進入登記入住和打卡模式。相機捕捉肖像信息。樹莓派調度服務器執(zhí)行面部識別的并行任務。它匹配本地白名單以確定該人的面部信息是否存在于數(shù)據(jù)庫中。如果與現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫成功匹配，它會在同一天生成的簽入表單中記錄此人的信息，并將表單上傳到服務器。如果匹配失敗，服務器將返回工作段的備用狀態(tài)并等待下一個匹配任務。

如果是監(jiān)控部分，則開始巡視警報模式，攝像機不間斷巡航。當人們出現(xiàn)在圖片中，樹莓派調度服務器執(zhí)行面部識別的并行任務，匹配本地白名單，判斷他們是否是陌生人，并通過綁定的樹莓派調度LAN服務器將指令轉發(fā)到樹莓派調度LAN服務器終端。

如果與現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫的匹配成功，則將監(jiān)控的面部圖像和面部信息發(fā)送到電子郵件賬戶或微信，并顯示個人信息。如果匹配失敗，則監(jiān)控的面部圖像和面部信息將被發(fā)送到電子郵件帳戶或微信。如果用戶選擇手動進入網站，則編輯窗口中的內容并通過微信編輯消息文本。樹莓派收到說明后，根據(jù)相應的說明通過揚聲器語音播放內容，并進行智能語音提示。如果用戶沒有選擇手動進入網站，則他返回監(jiān)控部分的待機狀態(tài)并等待下一個識別任務。

V.如果未檢測到面部信息，則處于正常且穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

3.2設備

適用于實驗室和辦公場所的智能管理系統(tǒng)，包括移動電源，前端整體機械組件，后端服務器及相關軟件，雙舵雙自由度運動檢測系統(tǒng)，紅外攝像機數(shù)據(jù)采集模塊，語音報警模塊。詳情如下：

I.一種小型移動電源，可存儲操作設備所需的電量（也可由插座供電）。

II.前端整體機械組件，將所有相關模塊拼接在一起，美化產品，簡化整體。

III.使用阿里云服務器的后端服務器和相關軟件用于相關APP的Web服務器，并存儲個人信息和登記信息等重要數(shù)據(jù)。相關軟件功能包括管理員查看登記信息和使用語音報警功能。

IV.雙舵雙自由度運動檢測系統(tǒng)由兩個伺服系統(tǒng)組成，可在水平和垂直平面上實現(xiàn)旋轉，并配有攝像頭模塊進行檢查。

V.紅外攝像機數(shù)據(jù)采集模塊使用樹莓派的官方紅外夜視攝像機在白天和夜晚收集圖像，以準確識別面部。

VI.語音報警模塊通過服務器發(fā)送的數(shù)據(jù)進行廣播，廣播內容由管理員完全輸入。

VII.上述系統(tǒng)有兩種狀態(tài)，一種是在白天面向巡航狀態(tài)的識別標志，另一種是夜間監(jiān)控巡航警報狀態(tài)。兩種狀態(tài)之間的切換完全由管理員設置的時間決定。

4.特點分析

前端整體機械裝置將所有相關模塊拼接在一起，美化產品，簡化整體。該模型的顯著有益效果如下：前端整體機械裝置為剛性框架結構，具有穩(wěn)定性。紅外攝像機安裝在雙轉向器上，自由度更多，可地根據(jù)操作人員的要求進行操作，具有方便性。我們不僅可以使用微信客戶端實現(xiàn)報警監(jiān)控功能，還可以使用電子郵件地址或其他平臺來達到提示的目的，具有多途徑性。

通過自動化技術的廣泛實施，可以接近實現(xiàn)人工智能。本管理系統(tǒng)應用到智能管理系統(tǒng)中，可以有效地提升出勤考核的安全性、方便性，對目前辦公場所進行改進，有利于提示效率，降低成本。我們最終可以實現(xiàn)更安全的生產和更方便的生活目標。