一種運(yùn)用于辦公場(chǎng)所的智能管理系統(tǒng)

趙亞菲

摘要：為了更方便、有效地管理，開發(fā)了一種可以收集和處理信息的打卡機(jī)和管理系統(tǒng)，以幫助工廠、實(shí)驗(yàn)室或辦公樓監(jiān)控更多的工作場(chǎng)景。雖然現(xiàn)有的監(jiān)控設(shè)備具有一定的安全性，但這些系統(tǒng)沒(méi)有智能警告和通知的相應(yīng)功能，并且沒(méi)有實(shí)時(shí)跟蹤和自動(dòng)操作功能。新的智能管理系統(tǒng)包括以下子系統(tǒng)：舵機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，攝像機(jī)采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)和語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)，基本上可以實(shí)現(xiàn)登錄的自動(dòng)化和實(shí)驗(yàn)室及其他類似場(chǎng)所的監(jiān)控專業(yè)化。系統(tǒng)可以通過(guò)設(shè)置時(shí)間來(lái)完成兩種管理狀態(tài)：在白天獨(dú)立登記；在夜間自動(dòng)監(jiān)控。它可以準(zhǔn)確識(shí)別人臉，根據(jù)管理員的動(dòng)態(tài)輸入內(nèi)容發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警，并自動(dòng)24小時(shí)巡航。整個(gè)系統(tǒng)緊湊精致，便于攜帶。它使用OpenCV庫(kù)和PYTHON來(lái)編寫后臺(tái)程序，不僅可以減輕后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)和服務(wù)器的壓力，而且還可以方便辦公人員的工作。更重要的是，它降低了成本，提高了效率，并提高了安全系統(tǒng)的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：樹莓派，遠(yuǎn)程監(jiān)控，智能語(yǔ)音報(bào)警，辦公場(chǎng)所

1.背景

隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)室內(nèi)環(huán)境的安全性和可管理性提出了更高的要求。隨著工業(yè)化的推進(jìn)，工廠和實(shí)驗(yàn)室越來(lái)越普遍，當(dāng)工作人員下班后，設(shè)備仍然需要保護(hù)以防止外人干預(yù)。而且，在某些時(shí)間段內(nèi)人力不足會(huì)使設(shè)備處于不安全狀態(tài)，因此內(nèi)部設(shè)備無(wú)疑需要一個(gè)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)監(jiān)控和監(jiān)督。而且員工也存在許多問(wèn)題：在排隊(duì)登記時(shí)浪費(fèi)時(shí)間，有時(shí)會(huì)丟失或忘記辦理登機(jī)手續(xù)等等。

雖然視頻監(jiān)控是最傳統(tǒng)的室內(nèi)安全手段，但其缺點(diǎn)是工作量大，成本高且無(wú)法自動(dòng)報(bào)警。大多數(shù)現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都是以高價(jià)購(gòu)買的。如果突然從傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備直接換成智能設(shè)備，傳統(tǒng)的設(shè)備將處于逐步淘汰狀態(tài)，造成巨大的浪費(fèi)。因此，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和報(bào)警的自動(dòng)化已成為亟待解決的問(wèn)題。

2.主要技術(shù)路線

2.1 樹莓派

樹莓派是樹莓派基金會(huì)在英國(guó)開發(fā)的一系列小型單板計(jì)算機(jī)，用于促進(jìn)學(xué)校和發(fā)展中國(guó)家的基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)科學(xué)教學(xué)。它具有Broadcom系統(tǒng)（SoC），集成了ARM兼容的中央處理器（CPU）和片上圖形處理單元（GPU）。

樹莓派的各種操作系統(tǒng)都可以安裝在MicroSD，Mini SD或SD卡上，具體取決于主板和可用的適配器。它將Python和Scratch作為主要的編程語(yǔ)言，并支持許多其他語(yǔ)言。樹莓局域網(wǎng)服務(wù)器配備Linux系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)和公共服務(wù)器之間建立遠(yuǎn)程隧道，實(shí)現(xiàn)外部網(wǎng)絡(luò)與局域網(wǎng)之間的通信。

2.2多本地服務(wù)器和多客戶端并發(fā)

為了實(shí)現(xiàn)一對(duì)多服務(wù)，有必要建立公共網(wǎng)絡(luò)IP。通過(guò)該公網(wǎng)IP和多個(gè)樹莓派調(diào)度服務(wù)終端，每個(gè)用戶通過(guò)公網(wǎng)IP找到綁定到其賬號(hào)的樹莓派調(diào)度接入隧道，實(shí)現(xiàn)一對(duì)一的交互式業(yè)務(wù)功能。在公共服務(wù)器上建立數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)用戶ID和相應(yīng)的樹莓派調(diào)度設(shè)備ID。每次客戶訪問(wèn)時(shí)，它都由微信服務(wù)器加密，打包和轉(zhuǎn)發(fā)。公共服務(wù)服務(wù)器在接收到消息后解析用戶ID，然后根據(jù)用戶IP查詢用戶綁定的樹莓派調(diào)度設(shè)備ID，實(shí)現(xiàn)用戶ID與設(shè)備ID的一對(duì)一交互。

2.3數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議

嵌入式系統(tǒng)（EMS）是嵌入機(jī)械或電氣系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有特定的功能和實(shí)時(shí)計(jì)算性能。嵌入式系統(tǒng)通常用于有效控制許多常見(jiàn)設(shè)備。在數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議中進(jìn)行創(chuàng)新，以嵌入式和服務(wù)器后臺(tái)對(duì)接的方式實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單嵌入式設(shè)備的人臉識(shí)別。在本系統(tǒng)中，樹莓派LAN服務(wù)器承載Linux系統(tǒng)，并在網(wǎng)絡(luò)和公共服務(wù)器之間建立遠(yuǎn)程隧道，以實(shí)現(xiàn)外部網(wǎng)絡(luò)和LAN之間的通信。

3.整體結(jié)構(gòu)和設(shè)備

3.1總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)有兩種工作模式。通過(guò)設(shè)置開始和結(jié)束時(shí)間，它分為兩個(gè)不同的功能周期：工作區(qū)的登記功能和監(jiān)控部分的報(bào)警功能；創(chuàng)新數(shù)據(jù)之間的傳輸協(xié)議，通過(guò)嵌入式和服務(wù)器后臺(tái)對(duì)接實(shí)現(xiàn)嵌入式設(shè)備的人臉識(shí)別。系統(tǒng)的控制過(guò)程包括：

I.設(shè)置提醒郵箱，設(shè)置時(shí)間段，并確定工作狀態(tài)。

II.登錄用戶的微信，同步數(shù)據(jù)庫(kù)并開始正常工作。

III.判斷工作時(shí)間并進(jìn)入相應(yīng)的狀態(tài)。

IV.進(jìn)入登記入住和打卡模式。相機(jī)捕捉肖像信息。樹莓派調(diào)度服務(wù)器執(zhí)行面部識(shí)別的并行任務(wù)。它匹配本地白名單以確定該人的面部信息是否存在于數(shù)據(jù)庫(kù)中。如果與現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)成功匹配，它會(huì)在同一天生成的簽入表單中記錄此人的信息，并將表單上傳到服務(wù)器。如果匹配失敗，服務(wù)器將返回工作段的備用狀態(tài)并等待下一個(gè)匹配任務(wù)。

如果是監(jiān)控部分，則開始巡視警報(bào)模式，攝像機(jī)不間斷巡航。當(dāng)人們出現(xiàn)在圖片中，樹莓派調(diào)度服務(wù)器執(zhí)行面部識(shí)別的并行任務(wù)，匹配本地白名單，判斷他們是否是陌生人，并通過(guò)綁定的樹莓派調(diào)度LAN服務(wù)器將指令轉(zhuǎn)發(fā)到樹莓派調(diào)度LAN服務(wù)器終端。

如果與現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)的匹配成功，則將監(jiān)控的面部圖像和面部信息發(fā)送到電子郵件賬戶或微信，并顯示個(gè)人信息。如果匹配失敗，則監(jiān)控的面部圖像和面部信息將被發(fā)送到電子郵件帳戶或微信。如果用戶選擇手動(dòng)進(jìn)入網(wǎng)站，則編輯窗口中的內(nèi)容并通過(guò)微信編輯消息文本。樹莓派收到說(shuō)明后，根據(jù)相應(yīng)的說(shuō)明通過(guò)揚(yáng)聲器語(yǔ)音播放內(nèi)容，并進(jìn)行智能語(yǔ)音提示。如果用戶沒(méi)有選擇手動(dòng)進(jìn)入網(wǎng)站，則他返回監(jiān)控部分的待機(jī)狀態(tài)并等待下一個(gè)識(shí)別任務(wù)。

V.如果未檢測(cè)到面部信息，則處于正常且穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

3.2設(shè)備

適用于實(shí)驗(yàn)室和辦公場(chǎng)所的智能管理系統(tǒng)，包括移動(dòng)電源，前端整體機(jī)械組件，后端服務(wù)器及相關(guān)軟件，雙舵雙自由度運(yùn)動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，紅外攝像機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊，語(yǔ)音報(bào)警模塊。詳情如下：

I.一種小型移動(dòng)電源，可存儲(chǔ)操作設(shè)備所需的電量（也可由插座供電）。

II.前端整體機(jī)械組件，將所有相關(guān)模塊拼接在一起，美化產(chǎn)品，簡(jiǎn)化整體。

III.使用阿里云服務(wù)器的后端服務(wù)器和相關(guān)軟件用于相關(guān)APP的Web服務(wù)器，并存儲(chǔ)個(gè)人信息和登記信息等重要數(shù)據(jù)。相關(guān)軟件功能包括管理員查看登記信息和使用語(yǔ)音報(bào)警功能。

IV.雙舵雙自由度運(yùn)動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)由兩個(gè)伺服系統(tǒng)組成，可在水平和垂直平面上實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，并配有攝像頭模塊進(jìn)行檢查。

V.紅外攝像機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊使用樹莓派的官方紅外夜視攝像機(jī)在白天和夜晚收集圖像，以準(zhǔn)確識(shí)別面部。

VI.語(yǔ)音報(bào)警模塊通過(guò)服務(wù)器發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行廣播，廣播內(nèi)容由管理員完全輸入。

VII.上述系統(tǒng)有兩種狀態(tài)，一種是在白天面向巡航狀態(tài)的識(shí)別標(biāo)志，另一種是夜間監(jiān)控巡航警報(bào)狀態(tài)。兩種狀態(tài)之間的切換完全由管理員設(shè)置的時(shí)間決定。

4.特點(diǎn)分析

前端整體機(jī)械裝置將所有相關(guān)模塊拼接在一起，美化產(chǎn)品，簡(jiǎn)化整體。該模型的顯著有益效果如下：前端整體機(jī)械裝置為剛性框架結(jié)構(gòu)，具有穩(wěn)定性。紅外攝像機(jī)安裝在雙轉(zhuǎn)向器上，自由度更多，可地根據(jù)操作人員的要求進(jìn)行操作，具有方便性。我們不僅可以使用微信客戶端實(shí)現(xiàn)報(bào)警監(jiān)控功能，還可以使用電子郵件地址或其他平臺(tái)來(lái)達(dá)到提示的目的，具有多途徑性。

通過(guò)自動(dòng)化技術(shù)的廣泛實(shí)施，可以接近實(shí)現(xiàn)人工智能。本管理系統(tǒng)應(yīng)用到智能管理系統(tǒng)中，可以有效地提升出勤考核的安全性、方便性，對(duì)目前辦公場(chǎng)所進(jìn)行改進(jìn)，有利于提示效率，降低成本。我們最終可以實(shí)現(xiàn)更安全的生產(chǎn)和更方便的生活目標(biāo)。