基于樹莓派的宿舍門禁管理系統(tǒng)設計

崔天倫 左修智 王兆旭 孫文匯

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714008

摘要：本文介紹了宿舍門禁管理系統(tǒng)的一種設計方案，該系統(tǒng)以樹莓派為核心，通過Face+人臉識別進行用戶身份識別，實現(xiàn)門禁控制。同時結合煙霧等其他傳感器對宿舍內安全進行自主判斷并進行郵件蜂鳴器等提醒，并在發(fā)生危險情況下進行緊急開門。同時用戶也可以通過攝像頭對宿舍進行實時的監(jiān)控。本系統(tǒng)具有一定的實用性。

關鍵詞：宿舍門禁系統(tǒng)；樹莓派；遠程監(jiān)控；消防聯(lián)動

目前由于很多學校建造時間較遠，宿舍內存在很多安全隱患，對于高校宿舍而言，學生的人身財產(chǎn)安全存在一定的問題。同時由于傳統(tǒng)的機械鎖的原因，很多學生經(jīng)常忘記帶鑰匙而被鎖在門外。由于這種鎖弊端較多，所以在宿舍內引入門禁管理系統(tǒng)是非常有必要的。宿舍門禁系統(tǒng)以其運作成本低、高效便捷、靈活多樣的優(yōu)勢，受到人們的廣泛關注，在高等院校內宿舍門禁管理系統(tǒng)已經(jīng)成為了研究和應用的熱點問題。在本系統(tǒng)內，我們引入人臉識別來對宿舍內人員進行審查和管理進出門的權限控制。進一步提高了宿舍的安全性，也避免了學生忘記帶鑰匙的情況。結合其他傳感器以及后臺數(shù)據(jù)庫等方式，進一步加強了寢室的可管理性。并根據(jù)學生的每日進出入狀況并每日生成考勤報表，隨時了解學生的生活狀況。

1 系統(tǒng)硬件組成

現(xiàn)在的校園開放，越來越社會化，校園案件急劇上升，高校宿舍學生眾多，門多不易管理，學生經(jīng)常忘帶鑰匙，在系統(tǒng)設計中，綜合考慮安全以及實用因素，在設計過程中硬件采用了樹莓派作為整個門禁系統(tǒng)的控制核心，同時系統(tǒng)中采用了MQ2煙霧傳感器、DHT11溫濕度傳感器等傳感器，實時采集宿舍內的相關數(shù)據(jù)，在門禁管理中，采用了百度的人臉識別API，百度API可以創(chuàng)建不同的人臉列表，每個列表可代表當前不同等級的學生。使得管理更為方便。系統(tǒng)內嵌的智能機器人可以對用戶的請求進行模糊匹配，并且機器人也可以進行一些日常的數(shù)據(jù)查詢，例如查詢天氣汽車站、火車票等功能，大大方便學生的生活學習。

在硬件設計過程中考慮到對攝像頭的保護以及防止多次拍照造成系統(tǒng)數(shù)據(jù)請求過多，加入了觸摸開關，只有在人體觸碰觸摸開關時，系統(tǒng)執(zhí)行一次請求操作，開啟攝像頭，采集圖像數(shù)據(jù)進行匹配。

2 系統(tǒng)功能及組成

2.1 權限分級

本系統(tǒng)分為兩套權限，一套使用權限交由學生使用，一套權限交由管理人員使用，管理人員一級權限可查看該宿舍樓內的監(jiān)控系統(tǒng)，查看后臺管理系統(tǒng)的學生進出寢室的報表等功能。二級權限交由學生使用，可結合QQ對宿舍內的數(shù)據(jù)進行查詢，通過郵件對宿舍內的狀況進行監(jiān)控、以及查詢宿舍內其他信息等功能。

2.2 圖像監(jiān)控

OpenCV是近年來推出的開源、免費的計算機視覺庫，利用其所包含的函數(shù)可以很方便地實現(xiàn)數(shù)字圖像和視頻處理，用C++語言等進行程序編寫，大大提高了計算機的運行速度。圖像監(jiān)控分為兩類，一類是學校端流視頻監(jiān)控，流視頻監(jiān)控使用TCP/IP協(xié)議，OpenCV采集到圖像之后通過Python的Zlib包壓縮之后傳出。另一類是學生對本宿舍的監(jiān)控，我們使用郵件形式，學生在QQ上推送一條消息后，后臺程序識別學生的QQ并自動將圖片郵件發(fā)送至該請求學生的郵箱內。

2.3 人臉識別

API（Application Programming Interface，應用程序編程接口）是一些預先定義的函數(shù)，目的是提供應用程序與開發(fā)人員基于某軟件或硬件得以訪問一組例程的能力，而又無需訪問源碼，或理解內部工作機制的細節(jié)。

在人臉識別模塊中，系統(tǒng)使用了百度的API，當有學生發(fā)起開門請求時，攝像頭會自動拍攝一張圖片與云端圖片進行對比，如果對比成功，系統(tǒng)執(zhí)行開門動作并將該學生的學號上傳至服務器并進行記錄。如果匹配未通過，系統(tǒng)會等待下一次命令。為了防止人員密集的時候進行大規(guī)模的無用請求，我們使用觸摸按鍵進行一次請求，每當用戶觸摸按鍵時，系統(tǒng)才會執(zhí)行一次人臉識別請求。

2.4 消防聯(lián)動

考慮到現(xiàn)代大學生以及消防意識的薄弱，存在學生對宿舍內的消防設備不熟悉的問題；尤其是現(xiàn)代大學生宿舍的環(huán)境問題是比較突出的，為提醒學生注意宿舍環(huán)境衛(wèi)生以及保持室內通風，因此在系統(tǒng)中采用了煙霧傳感器，溫濕度傳感器，可有效減少學生室內抽煙，同時幫助學生注意環(huán)境。系統(tǒng)工作是，當系統(tǒng)檢測到室內危險氣體以及出現(xiàn)大量煙霧的時候，會分別推送消息給管理員和學生，并自動把門打開，可保證學生的身體健康以及生命安全。

3 系統(tǒng)結果

本系統(tǒng)軟件設計主要有主控制程序和后臺服務器數(shù)據(jù)存儲和其他子功能程序設計。主控程序主要協(xié)調硬件與云端的關系。后臺存儲主要用來數(shù)據(jù)備份方便后期查詢，其他子功能程序包括流視頻監(jiān)控以及學生本寢室內的圖片郵件監(jiān)控功能。硬件設計主要有樹莓派攝像頭圖像采集以及圖像識別，以及驅動門鎖開門，檢測寢室內環(huán)境是否正常等功能。整套系統(tǒng)整體運行情況良好，且搭建方便費用較低?？梢赃\用到實際的宿舍內部使用。

4 結語

本文介紹了基于樹莓派的宿舍管理系統(tǒng)的設計方案，若該系統(tǒng)應用于學生宿舍，將大大方便學生的日常生活與學習，更好地適應大學的生活。同時更好的實現(xiàn)學校端的寢室管理。學生只需攜帶一個手機便可方便的管理寢室，學校管理人員也可以方便的查詢學生的生活學習狀況，同時避免了寢室的物品丟竊等問題。對于有緊急危險的情況還能準確的開門，使得宿舍安全在整體上得到了改善，所以，在宿舍安全管理和考勤方面，本系統(tǒng)在未來會更好地發(fā)揮其應有的作用。

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注：青島工學院董事長基金資助項目——大學生科技創(chuàng)新項目（項目編號：2016CX014）

作者簡介：崔天倫，青島工學院2015級通信工程在校生；左修智，王兆旭，青島工學院2014級電子信息工程在校生。

通訊作者：孫文匯（1981），男，青島工學院信息工程學院實驗室主任，講師 。