婁子豪 陳曉謙 揚(yáng)州大學(xué)

網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)門鎖已經(jīng)無(wú)法滿足人們對(duì)于智能生活的需求，需要高效便捷的門禁系統(tǒng)來(lái)替換傳統(tǒng)的老式門鎖。由于傳統(tǒng)機(jī)械鎖的原因，很多學(xué)生出門后經(jīng)常忘記帶鑰匙而被鎖在門外。由于這種機(jī)械鎖的弊端較多，引用智能門禁控制系統(tǒng)是必要的。并且對(duì)于高校而言學(xué)生的財(cái)產(chǎn)安全更是重中之重，受到了社會(huì)的廣泛關(guān)注。宿舍門禁控制系統(tǒng)以其運(yùn)作成本低，實(shí)用性高，靈活多樣的特點(diǎn)，受到學(xué)生們的歡迎。在本系統(tǒng)中我們利用人臉識(shí)別對(duì)用戶信息進(jìn)行權(quán)限控制，進(jìn)一步提高安全性，以及了部避免了部分學(xué)生忘記帶鑰匙這個(gè)情況。該系統(tǒng)也可以及結(jié)合各類傳感器拓展功能

1.控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能簡(jiǎn)介

門禁管家通過(guò)語(yǔ)音指令來(lái)啟動(dòng)解鎖功能，門上安裝有攝像頭，將其與Raspberry pi接口相連接，Raspberry pi與家庭wifi相連，攝像頭通過(guò)接口數(shù)據(jù)線將捕捉到的信息傳輸?shù)揭呀?jīng)訓(xùn)練好的raspberry pi服務(wù)器中，進(jìn)行比對(duì)開鎖。在STM32上設(shè)計(jì)一塊觸摸式液晶鍵盤，用來(lái)輸入開鎖密碼，完成密碼開鎖。

智能管家主要由四個(gè)模塊組成，分別是語(yǔ)音識(shí)別，人臉識(shí)別，密碼開鎖，繼電器模塊，示意圖如圖1所示。

圖1 智能管家示意圖

2 模塊組成和功能實(shí)現(xiàn)

智能管家的四個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)方案分述如下。

2.1 語(yǔ)音識(shí)別

要實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制功能有四個(gè)關(guān)鍵要素：(1)采集音頻數(shù)據(jù)；(2)傳送數(shù)據(jù)到baidu-api接口；(3)接收數(shù)據(jù)并且將處理完的數(shù)據(jù)寫入二進(jìn)制文本文件中；(4)匹配指令語(yǔ)句，打開對(duì)應(yīng)的模塊。以下是實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)功能的詳細(xì)步驟：

圖2 語(yǔ)音控制流程圖

2.2 面部識(shí)別

對(duì)于門禁的人臉識(shí)別要做到兩大核心功能，其一是對(duì)面部信息進(jìn)行采集，儲(chǔ)存使用者面部的信息，尤其是細(xì)節(jié)部分。另一方面是要進(jìn)行準(zhǔn)確的人臉比對(duì)，通過(guò)使用者自己與之前電腦中儲(chǔ)存的信息比對(duì)，才能解鎖。要做到面部識(shí)別，主要分為四個(gè)步驟。分別是面部采集，數(shù)據(jù)處理，識(shí)別圖像以及對(duì)應(yīng)功能的實(shí)現(xiàn)。本項(xiàng)目利用python已有的OpenCV功能對(duì)前三步驟進(jìn)行處理。由于前期并不熟悉樹莓派的運(yùn)行環(huán)境，采用在Windows的環(huán)境下完成識(shí)別功能，

圖3 人臉識(shí)別原理圖

2.3 STM32密碼開鎖模塊

實(shí)現(xiàn)密碼開鎖的關(guān)鍵條件時(shí)：1.設(shè)計(jì)輸入界面；2.設(shè)定密碼；3.判斷是否匹配。

通過(guò)了基于STM32的遠(yuǎn)程實(shí)景智能門鎖的設(shè)計(jì),針對(duì)不同場(chǎng)合的需求,設(shè)計(jì)完成以STM32F407為主控,3種安全控制模式的智能門鎖。目前已完成密碼開鎖設(shè)計(jì)。系統(tǒng)通過(guò)觸控顯示屏與用戶完成交互。相對(duì)于普通的電子門鎖,設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在實(shí)時(shí)性、安全性與智能性方面具有較大優(yōu)勢(shì)。

圖4 密碼開鎖原理圖

智能門鎖是指區(qū)別于傳統(tǒng)機(jī)械鎖的基礎(chǔ)上改進(jìn)的，在用戶安全性、識(shí)別、管理性方面更加智能化簡(jiǎn)便化的鎖具。智能門鎖是門禁系統(tǒng)中鎖門的執(zhí)行部件。

2.4 繼電器模塊

STM32控制繼電器，從而控制門鎖的吸合。此繼電器有兩種觸發(fā)方式：高電平觸發(fā)：信號(hào)輸入端與地之間有電壓(3-24V)的觸發(fā)方式，可以理解為信號(hào)輸入端與信號(hào)電源正極短路觸發(fā)的一種方式。低電平觸發(fā)：信號(hào)輸入端與地之間的電壓為OV的觸發(fā)方式，可以理解為信號(hào)輸入端與信號(hào)電源負(fù)極短路觸發(fā)的一種方式。特點(diǎn)如下：(1)模塊采用繼電器，常開接口最大負(fù)載：交流250V/10A，直流30V/10A。(2)采用貼片光耦隔離，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定，觸發(fā)電流5mA。(3)模塊工作電壓： 5V/12V/24V。(4)模塊可以通過(guò)跳線設(shè)置高電平或低電平觸發(fā)。(5)容錯(cuò)設(shè)計(jì)，即使控制線斷，繼電器也不會(huì)動(dòng)作。(6)電源指示燈(綠色)，繼電器狀態(tài)指示燈(紅色)(7)接口設(shè)計(jì)人性化，接口均可通過(guò)接線端子直接連線引出，非常方便。

3 系統(tǒng)結(jié)果

本控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要有主控制程序以及后臺(tái)服務(wù)器數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與云端處理（百度API的調(diào)用）。主程序的主要功能是通過(guò)調(diào)用人臉識(shí)別與語(yǔ)音控制啟動(dòng)開鎖控制系統(tǒng)，并且協(xié)調(diào)與云端的關(guān)系。后臺(tái)存儲(chǔ)系統(tǒng)主要保存用戶信息以及其他記錄其他異常情況。硬件設(shè)計(jì)包括樹莓派攝像頭人像采集和圖像處理，以及控制門鎖開門的驅(qū)動(dòng)電路。整套系統(tǒng)運(yùn)行流暢且組裝費(fèi)用低廉，可以在廣泛應(yīng)用宿舍和辦公室等環(huán)境。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了基于樹莓派的智能宿舍門禁控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，如果該系統(tǒng)能在大學(xué)宿舍或者企業(yè)的辦公場(chǎng)所應(yīng)用，將大大學(xué)生還有白領(lǐng)工作者的日常學(xué)習(xí)與工作，具有很大的實(shí)用性。用戶只要刷臉就可實(shí)現(xiàn)進(jìn)入。于此同時(shí)還能外加許多拓展功能，比如安全監(jiān)控，智能報(bào)警等功能。對(duì)于危機(jī)情況還能準(zhǔn)確開門，是安全性整體提升。本控制系統(tǒng)在未來(lái)具有很好的發(fā)展前景。