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摘要:學(xué)生忘帶宿舍鑰匙的問題頻頻出現(xiàn),宿舍生活中經(jīng)常需要走到門邊給他人開門的繁瑣過程又容易影響手頭工作。這些宿舍生活中常見但又微小的問題迫切希望得到解決。因此,推出這個可遠(yuǎn)程控制的人臉識別智能宿舍門鎖,可以讓學(xué)生直接通過刷臉開鎖,也可以通過一個控制開關(guān)直接在室內(nèi)遠(yuǎn)程開啟門鎖,從而提高學(xué)生宿舍生活的便利性。
關(guān)鍵詞:人臉識別;門鎖
引言
如今,在學(xué)校宿舍中,很容易出現(xiàn)學(xué)生忘帶鑰匙的情況,在此情況下,如果宿舍沒有人,需要找宿管才可開門,不是很方便。同時,學(xué)生間相互串宿舍也是很常見的現(xiàn)象,但是如果宿舍里的人都離門比較遠(yuǎn),且在手頭都有事情做的情況下,跑去門邊開門不僅會浪費(fèi)時間,還有可能會打斷當(dāng)前所在進(jìn)行的工作。伴隨著時代技術(shù)的發(fā)展,人臉識別技術(shù)的進(jìn)一步成熟,針對以上的問題,設(shè)計出一種可遠(yuǎn)程控制的人臉識別門鎖。通過人臉識別開啟門鎖,非接觸式、基于生物識別的解鎖方式無須攜帶鑰匙,可以使生活更方便、快捷;同時,在宿舍內(nèi)不移動的情況下通過開關(guān)遠(yuǎn)程控制門鎖開啟,可以免去生活中的一些煩瑣,在帶來便捷性的時候能夠提高生活質(zhì)量[1]。
1系統(tǒng)總體設(shè)計
本門鎖由三個主要控制模塊組成,分別是低電壓控制設(shè)備、高電壓受控設(shè)備和上機(jī)位控制端。其中,低電壓控制設(shè)備模塊包括樹莓派攝像頭和樹莓派4B組成;高電壓受控設(shè)備由電磁鎖組成;上機(jī)位控制端模塊由控制按鍵、STC89C52單片機(jī)和LCD1602顯示屏組成。其中由低電壓控制設(shè)備和高電壓受控設(shè)備組合成門鎖的本體,通過繼電器來連接;低電壓控制設(shè)備與上機(jī)位控制端以ZigBee串口通信模塊連接[2]。在該設(shè)計中,人臉識別用于從室外開啟門鎖,宿舍舍員可以通過刷臉的方式打開門鎖,同時可在室內(nèi)上機(jī)位的LCD1602顯示器上讀出開啟門鎖的人員信息;當(dāng)有別的宿舍人需要進(jìn)門的時候,宿舍里面的人員可以通過室內(nèi)上機(jī)位的控制按鍵來開啟門鎖[3]。此設(shè)計方案可以很好地解決“開門”問題,宿舍內(nèi)的人員開門不再需要鑰匙了,可以使生活更方便;當(dāng)有別的宿舍的需要進(jìn)入,也不需要室內(nèi)的人跑到門邊開門了。
2門鎖的設(shè)計
門鎖本體由低電壓控制設(shè)備和高電壓受控設(shè)備組成。門鎖主要由攝像頭、樹莓派4B開發(fā)板、繼電器、電磁鎖、ZigBee串口通信模塊及兩個電源(一個為DC5V3A,另一個為DC24V)構(gòu)成。其電路連接圖如下:攝像頭和樹莓派4B開發(fā)板間通過樹莓派CIS視頻接口連接;繼電器的IN端與樹莓派開發(fā)板的GPIO17口連接;繼電器的COM端連接DC24V電源的正極,NO端連接電磁鎖的正極;Zig-Bee串口通信模塊通過UART接口與樹莓派開發(fā)板連接;電磁鎖的負(fù)極與DC24V電源的負(fù)極相連。本設(shè)計中的門鎖需要預(yù)先通過攝像頭采集宿舍人員的臉部圖像,并將圖像傳送給微處理器分析、提取數(shù)據(jù),并保存在數(shù)據(jù)庫中;當(dāng)宿舍人員需要開門時,攝像頭會自動采集人員臉部圖片,在提取、分析數(shù)據(jù)后,與數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,當(dāng)數(shù)據(jù)置信度達(dá)到閾值75%時,身份驗證成功,此時樹莓派4B的GPIO17口會給繼電器一個高電平觸發(fā)信號,繼電器收到信號后,會連接COM端和NO端,讓電磁鎖通路,從而使電磁鎖舌被磁力吸引,門鎖開啟,成功開門,同時,當(dāng)人臉數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫對比后,樹莓派會把開啟門鎖的人員姓名及時間通過ZigBee串口通信模塊發(fā)送到上機(jī)位;兩秒后,樹莓派向繼電器發(fā)送的信號會恢復(fù)成低電平信號,繼電器收到信號后,會斷開COM端和NO端的連接,電磁鎖被斷路,電磁鎖舌在失去電磁力吸引的情況下彈出,門鎖再次鎖上。
3室內(nèi)控制器的設(shè)計
為了方便在室內(nèi)控制開啟門鎖,我們還設(shè)計了門鎖對應(yīng)的上機(jī)位———室內(nèi)控制器。該控制器由STC89C52單片機(jī)、控制按鍵、LCD1602顯示屏、ZigBee串口通信模塊和DC5V電源組成。當(dāng)有宿舍的人通過刷臉開門時,室內(nèi)控制器會通過ZigBee串口通信模塊接收從門鎖發(fā)送過來的人員信息和開鎖時間,并在LCD1602顯示器上顯示出來;當(dāng)有其他宿舍的人串門時,室內(nèi)人員可按下室內(nèi)控制器上的控制按鍵,此時單片機(jī)通過ZigBee串口通信模塊向樹莓派發(fā)送開鎖信號,從而開門。
4軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件分為樹莓派上的人臉識別門鎖程序和上機(jī)位室內(nèi)控制器單片機(jī)程序兩部分。人臉識別門鎖程序由Python編寫,需要配置OpenCV環(huán)境;單片機(jī)程序由C語言編寫。當(dāng)系統(tǒng)啟動,門鎖會自動檢測控制器是否發(fā)送開鎖的信號。如果有開鎖信號,就會直接打開門鎖,同時室內(nèi)控制器的顯示屏上會顯示開鎖成功。如果沒有開鎖信號,門鎖會自動檢測是否有用戶,當(dāng)用戶出現(xiàn),會通過人臉檢測采集人臉圖像并進(jìn)行特征提取,然后將特征數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進(jìn)行特征對比,由此判斷身份,如果身份驗證成功,門鎖會打開,并且人員信息會發(fā)送給室內(nèi)控制端,并在顯示器上顯示出來;如果身份驗證失敗,則無法打開門鎖。
5結(jié)語
隨著科技發(fā)展,人臉識別技術(shù)日趨成熟,人臉識別門鎖的安全性得到了一定的保證。同時相對傳統(tǒng)的鑰匙開鎖,人臉識別門鎖無須攜帶鑰匙,使得生活變得更加簡單,也更符合時代潮流的發(fā)展。在人臉識別門鎖中加入遠(yuǎn)程控制的功能,能夠在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步方便宿舍生活,解決了跑去門邊開鎖的煩瑣過程,可以大大提高宿舍生活的質(zhì)量。
參考文獻(xiàn):
[1]譚鐵牛.智能化時代生物識別的機(jī)遇與挑戰(zhàn)[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報,2015(10).
[2]崔天倫,左修智,王兆旭,等.基于樹莓派的宿舍門禁管理系統(tǒng)設(shè)計[J].科技風(fēng),2017(14):9.
[3]張浩.基于WIFI可視化門禁系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].信息技術(shù)與信息化方案與應(yīng)用,2018(4).
作者:劉廷泰 王斌 唐蕾 劉攀鋒 金擇真 單位:南京工程學(xué)院信息與通信工程學(xué)院