潘依帆 朱啟鵬 李子強(qiáng) 楊霞松

濰坊理工學(xué)院，中國·山東 濰坊 262500

1 引言

疫情防疫期間，在門診、宿舍、小型公司以及各種小范圍聚集區(qū)域門口安裝了多功能防疫檢測(cè)門禁系統(tǒng)，識(shí)別人員身份、測(cè)量身體溫度、檢測(cè)人員佩戴口罩的情況，極大地縮短了人力檢測(cè)的時(shí)間。門禁智能系統(tǒng)開門，減少疫情期間人與人之間的接觸。太陽能充電板實(shí)現(xiàn)自主供電，保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。模塊化設(shè)計(jì)方便拆裝，具有可擴(kuò)展性，可以完成不同任務(wù)，也可以連接諸如小愛同學(xué)的人工智能，控制家中的智能家居順應(yīng)“萬物互聯(lián)”的物聯(lián)網(wǎng)趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)智能生活[1]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

基本需要TFT顯示屏，紅外傳感器，攝像頭以及測(cè)溫模塊等外設(shè)，按照要求設(shè)置所需要執(zhí)行的相關(guān)程序。通過主控STM32來協(xié)調(diào)并控制各個(gè)模塊的運(yùn)行，攝像頭用于人臉采集，利用LBP特征原理將采集來的圖像與庫中的圖像進(jìn)行輪廓比對(duì)[2]。通過紅外傳感器和測(cè)溫模塊實(shí)現(xiàn)在要求距離下檢查被測(cè)物是否超過規(guī)定溫度測(cè)量范圍，并以此來觸發(fā)報(bào)警器工作，同時(shí)顯示屏?xí)@示被測(cè)物的溫度，如圖1所示。

圖1 控制方案設(shè)計(jì)裝置組成框圖

2.1 主控模塊的選擇

選擇STM32單片機(jī)，32單片機(jī)為32位機(jī)，外圍接口較多，增強(qiáng)型系列時(shí)鐘頻率達(dá)到72MHz，是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品。STM32單片機(jī)程序都是模塊化的，接口相對(duì)簡(jiǎn)單些，自身帶功能較多，運(yùn)行速度快。

2.2 人臉采集及檢測(cè)模塊的選擇

使用openmv進(jìn)行屬于嵌入式圖像處理設(shè)備。以STM32H743CPU為核心，集成了OV7725攝像頭芯片，體積小等優(yōu)點(diǎn)。用C語言高效地實(shí)現(xiàn)了核心機(jī)器視覺算法，提供Python編程接口，操作方便快捷，可在短時(shí)間內(nèi)開發(fā)出所需的圖像處理功能，攝像頭像素只有30w，可在小范圍或?qū)Ψ直媛室蟛桓叩膱?chǎng)合使用。

2.3 溫度檢測(cè)模塊的選擇

選擇MLX90614，MLX90614是一種用于非接觸式溫度測(cè)量的紅外線溫度計(jì)。紅外感溫堆探測(cè)器芯片和信號(hào)調(diào)理ASSP集成在同一TO-39can中。其低噪聲放大器、17位ADC和強(qiáng)大的DSP單元，在出廠前該模塊已進(jìn)行校驗(yàn)及線性化，具有較高的精度和分辨率，并且體積小，成本低。紅外熱電堆探測(cè)器MLX81101，信號(hào)調(diào)理ASSPMLX90302，專門設(shè)計(jì)用于處理紅外傳感器的輸出。MLX90614支持的視角范圍版本更多，MLX90614支持被測(cè)物溫度范圍-40℃到380℃。

2.4 WiFi模塊選擇

WiFi模塊和藍(lán)牙模塊的選擇WiFi模塊采用2.4G頻段，實(shí)現(xiàn)基站與終端的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線通訊，鏈路層采用以太網(wǎng)協(xié)議為核心，以實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)膶ぶ泛托ｒ?yàn)。利用“藍(lán)牙”技術(shù)，能夠有效地簡(jiǎn)化設(shè)備與手機(jī)等移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡(jiǎn)化以上這些設(shè)備與Internet之間的通信，從而使設(shè)備與因特網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效。

我們的智能門禁系統(tǒng)加上紅外線感應(yīng)光電開關(guān)后實(shí)現(xiàn)自動(dòng)關(guān)門的效果此設(shè)計(jì)更加符合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合，完成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，增加硬件識(shí)別準(zhǔn)確性，適合在門禁場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)一人通過一人，使應(yīng)用場(chǎng)合更加安全。

3 系統(tǒng)控制方案

①初始化openmv。

②此時(shí)通過攝像頭可進(jìn)行人臉檢測(cè)，但由于SD卡內(nèi)無文件，無法匹配人臉。

③按下S4按鍵，進(jìn)入人臉注冊(cè)模式，連續(xù)拍7張照存入SD卡（拍攝時(shí)綠燈快閃50ms，拍攝完綠燈閃1000ms）。

④再識(shí)別，可完成人臉識(shí)別（紅燈閃1000ms）。攝像頭向主控發(fā)送消息，以示匹配成功。

⑤主控收到指令后，TFT-LCD顯示人員信息，綠色led燈亮。

⑥比對(duì)人員信息，文件庫中沒有此人信息，報(bào)警裝置提示。

⑦通過人臉檢測(cè)，判斷被檢人員是否符合防疫安檢要求，如果不符，報(bào)警裝置提示被測(cè)人。

4 程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用人臉檢測(cè)、人臉錄入、人臉識(shí)別及溫度檢測(cè)，配合光電開關(guān)、手機(jī)端控制以及門禁進(jìn)行工作，設(shè)置相應(yīng)的指令，系統(tǒng)會(huì)做出相應(yīng)的反應(yīng)，數(shù)據(jù)會(huì)反饋到與單片機(jī)相連的顯示屏上。同時(shí)，根據(jù)程序指令的判斷，利用WiFi模塊和藍(lán)牙模塊與手機(jī)端進(jìn)行通信，根據(jù)程序以及光電開關(guān)的檢測(cè)，對(duì)門禁進(jìn)行打開與關(guān)閉。

其中，設(shè)計(jì)思路大致包括以下幾種：

①設(shè)置非接觸溫度檢測(cè)的測(cè)量溫度范圍（測(cè)量人體溫度要考慮溫度補(bǔ)償）及測(cè)量距離。

②可以通過從庫中已錄入的人臉進(jìn)行輪廓檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別功能，此外還可以錄入庫中未有的人臉輪廓。

③在第二條的基礎(chǔ)上需要采用人臉檢測(cè)功能，判斷被測(cè)人是否符合防疫要求。

④設(shè)置光電開關(guān)相應(yīng)的閾值范圍，從而控制門禁的自動(dòng)打開與關(guān)閉。

⑤將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)與手機(jī)端進(jìn)行通信，嚴(yán)格的控制門禁。

5 產(chǎn)品的市場(chǎng)價(jià)值以及發(fā)展前景

與同類市場(chǎng)產(chǎn)品的對(duì)比，安防設(shè)備由來已久，且近年來所提出的“智能安防”概念一直非?；馃帷?jù)《中國智能安防行業(yè)市場(chǎng)投資分析報(bào)告前瞻》顯示，智能安防的底層建設(shè)是物聯(lián)網(wǎng)，智能安防是基于物聯(lián)網(wǎng)的智能綜合安防管理平臺(tái)，以解決數(shù)據(jù)的信息化、可視化、應(yīng)用科技化、操作簡(jiǎn)易化、云系統(tǒng)整合、數(shù)據(jù)智能化運(yùn)營化、兼容化[3]。

作為一種新型的智能安全控制系統(tǒng)，智能化門禁不僅賦予每一道門智能、安全、便捷的特性，更是推動(dòng)著門禁技術(shù)不斷更新迭代，產(chǎn)業(yè)隨智能化建設(shè)加速推進(jìn)及高科技電子、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)輔助，整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展如火如荼。

本產(chǎn)品使用的是可以循環(huán)充電的太陽能電池，更好地利用清潔能源，而且解決了沒有電源供電的情況下持續(xù)供電的問題，同時(shí)不需布線，更加便捷。其次，本產(chǎn)品還具有模塊的可擴(kuò)展性，有無接觸測(cè)溫模塊、健康碼識(shí)別算法按照需求安裝不同的模塊。與其他智能門鈴相比，我們的產(chǎn)品可以檢測(cè)得更加全面，防疫功能更加完善。