林佳智 常鳳筠* 朱文斌 朱瑞昕 張?zhí)熨n 王志鵬

(遼寧科技大學電子與信息工程學院,遼寧 鞍山114000)

對于當前小區(qū)及公司等大型區(qū)域,門衛(wèi)是必不可少的存在,24 小時隨時控制人員進出、人員安全和留言通話可以說是特別繁重的工作,除去人力的不確定因素,可以說既傷財又費力。

現(xiàn)階段社會已經(jīng)步入自動化,AI 代替了很多人力,然而門衛(wèi)這一行業(yè)的不確定性和多樣性導致沒有一個AI 產(chǎn)品可以很好地全面取而代之。指紋鎖、人臉識別鎖、基礎的可通話門禁,他們都有很大的局限性,只能局部控制和維護安全,因此引發(fā)了我們團隊對此項目的開發(fā)和拓展[1]。

1 系統(tǒng)框圖

以stm32 為主要系統(tǒng),通過物聯(lián)網(wǎng)模塊、紅外測溫模塊、AS608 指紋識別模塊、LCD 顯示屏等外設模塊。進行園區(qū)門禁控制、人員體溫監(jiān)控、指紋識別身份、外來人員認證身份和對住戶留言以及近期狀況的記憶功能,實現(xiàn)對于門禁的多功能全自動化[2]。其系統(tǒng)框圖如圖1。

2 系統(tǒng)的硬件電路設計

圖1 多功能門禁系統(tǒng)系統(tǒng)框圖

2.1 處理器模塊的選擇及功能介紹

微處理器采用STM32F103ZET6 作為主控芯片,其內(nèi)核為ARM32 位的Cortex-M3,優(yōu)勢在于低功耗、低成本、高性能。STM32F103 具有最高72MHz 的工作頻率,內(nèi)置高達512K 字節(jié)的閃存程序儲存器和64K 字節(jié)的SRAM,載有最多11 個定時器和84 個中斷,并配有豐富外設,具有極高的集成度。其極低的價格和開發(fā)成本,有意的實時性能和杰出的功耗控制為STM32F103MCU 帶來了廣泛的應用[3]。

2.2 顯示控制電路的設計

本設計中顯示部分較為復雜,并且用其進行觸屏控制,因此選用了LCD 液晶顯示屏。通過觸屏點擊實現(xiàn)控制門禁、通話、留言等功能。二極管顯示和數(shù)碼管都不足以達到這些效果與功能,因此選擇了1602 液晶顯示屏。

2.3 門禁電路以及報警電路的設計

本設計中門禁有兩種控制方式：第一種是指紋識別認證身份開啟門禁,第二種是物聯(lián)網(wǎng)住戶遠程開啟門禁。報警電路設計則是在出現(xiàn)體溫不正常或者指紋不匹配的人試圖進入該場所時,通過蜂鳴器發(fā)出警報聲,并通過物聯(lián)網(wǎng)無線發(fā)送信號給管理人員。

2.4 應用物聯(lián)網(wǎng)的設計

本設計突出的地方便是通過物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)的的住戶一鍵通話和門禁遠程控制。選擇了正點原子的SIM800C 物聯(lián)網(wǎng)模塊,突破WiFi 的限制,可以直接插SIM卡通話和全國范圍內(nèi)的通訊控制。其工作頻率為GSM/GPRS,可以實現(xiàn)低功耗語音、數(shù)據(jù)和信息的傳輸,尺寸小巧,價格相對較低。缺點是信號強度比較弱、冷啟動慢,但是比起其他同層次物聯(lián)網(wǎng)模塊更為可靠,開發(fā)難度小[4]。

2.5 指紋模塊電路的設計

生物識別技術(shù)在國外的到了越來越廣泛的研究。人臉識別、指紋識別、虹膜識別等識別技術(shù)已經(jīng)陸續(xù)被廣泛應用。其中指紋自動識別技術(shù)是當今發(fā)展最成熟的一種生物識別技術(shù),作為人體生物識別的一種方式,它具有準確性、唯一性、采樣簡單、占用資源小等顯著的優(yōu)點。所以,認為在門禁設計方面該識別技術(shù)是最合適的。

圖2 業(yè)主和員工開啟門禁程序框圖

圖3 外來人員開啟門禁程序框圖

AS608 是一個光學指紋識別模塊內(nèi)部的DSP 單元集成了指紋識別算法,提高了采集圖像和識別指紋特征的效率,處理一個指紋只需要不到0.4 秒的事件,且拒真率和認假率極低,識別率非常好。該模塊非常適合本設計對于門禁識別的需要,因此選擇了AS608 指紋識別模塊[5]。

2.6 溫度傳感器模塊電路的設計

本設計加入了測溫傳感器,可以有效抑制傳播性感冒的散播。普通溫度傳感器一般溫度較高,單對于運動體和非接觸物體會產(chǎn)生極大的誤差。因此我們選用了GY-906 紅外測溫傳感器,利用紅外線的物理性質(zhì)來測量溫度,只要物理本身具有高于絕對零度的溫度,被紅外線點到,就會產(chǎn)生溫度,并且有靈敏度高、反應快等優(yōu)點[6]。

3 系統(tǒng)程序的軟件設計

根據(jù)多功能門禁系統(tǒng)的實際要求,本系統(tǒng)的主要流程如下：住戶或員工在此前應該進行一次整體指紋采集,將指紋儲存在門禁系統(tǒng)里。當他們從外面進來時先進行非接觸式的紅外測溫檢測,如果額頭溫度不正常蜂鳴器報警,不允許進入,溫度正常則進行指紋比對,對比成功則開門,對比失敗則蜂鳴器報警。如果非住戶及員工想要進入需要得到該業(yè)主與在職員工許可,此時可以用觸屏操作LCD 液晶顯示屏的方式通過SIM800C物聯(lián)網(wǎng)模塊進行一鍵通話或發(fā)送信息,業(yè)主與在職員工確定之后通過SIM800C 物聯(lián)網(wǎng)模塊遠程輸出指令開啟門禁。儲存器模塊會儲存近期門禁系統(tǒng)的操作記錄,以便人工查詢。如若門禁系統(tǒng)遇到報警情況,SIM800C 模塊都會向人工應急組發(fā)送報警信息。

4 系統(tǒng)仿真調(diào)試

本論文采用Protues 仿真軟件進行系統(tǒng)仿真調(diào)試。利用其對虛擬單片機仿真具有豐富的器件庫、完善的電路仿真功能等多個優(yōu)點,對本系統(tǒng)的實驗效果進行仿真調(diào)試。

4.1 系統(tǒng)仿真實驗電路圖

本系統(tǒng)的仿真電路圖,其中包含各種實現(xiàn)功能的模塊,能夠在仿真中模擬系統(tǒng)要求的各種功能。

4.2 業(yè)主遠程開門功能

本功能具體要求住戶在通過互聯(lián)網(wǎng)模塊sim 卡通話得知人員信息后,可以使用住戶系統(tǒng)的LCD 觸屏一鍵開門鍵,利用互聯(lián)網(wǎng)模塊發(fā)送開啟門禁“0x01”數(shù)據(jù),小區(qū)門禁系統(tǒng)收到數(shù)據(jù)系統(tǒng)將其轉(zhuǎn)化為指令信號,自動開啟門禁,lcd 顯示“門禁開啟”。

4.3 人員安全監(jiān)測功能

本功能具體要求進入小區(qū)人員通過GY-906 進行非接觸式測溫,采集溫度參數(shù)后系統(tǒng)內(nèi)部進行溫度補償,使其趨近于不受環(huán)境影響的測量溫度。將計算好的溫度與安全溫度閾值進行比較,在閾值范圍內(nèi)系統(tǒng)則判定溫度正常,lcd 顯示“溫度正?！保怀^閾值范圍則判定溫度不正常,報警電路進行報警,wifi 模塊進行網(wǎng)絡信息傳輸通知安保人員,lcd 顯示“溫度不正常 禁止入內(nèi)”。

4.4 指紋認證開門功能

本功能具體要求小區(qū)內(nèi)人員首先進行整體錄入指紋,每人錄入兩次指紋進行指紋擬合作為指紋認證模型。業(yè)主開啟門禁時再通過安全監(jiān)測后進行指紋認證,通過AS608 光學指紋模塊錄入指紋,與之前兩次指紋擬合認證模型進行匹配,如果找到匹配指紋,則系統(tǒng)判定其為小區(qū)業(yè)主,自主傳遞指令開啟門禁,lcd 顯示“門禁開啟”；如果未找到匹配指紋,則系統(tǒng)判定其為外來人員,門禁開啟失敗,lcd 顯示“請重新錄入指紋 門禁開啟失敗”。

5 結(jié)論

本系統(tǒng)是以STM32F103 為主控、結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)以及多種模塊構(gòu)建的AI 多功能門禁系統(tǒng)。全文從項目背景、系統(tǒng)框圖、硬件電路搭配、程序軟件設計、系統(tǒng)仿真調(diào)試幾個方面論述了該系統(tǒng)。由此可見,這樣一個多功能、高智能、可遠程控制的門禁系統(tǒng)會有一個很好的應用前景。