基于樹莓派的人臉識別校園門禁管理系統(tǒng)

秦超 劉正強(qiáng) 劉林 先楊 黎艷

摘 要：基于樹莓派的人臉識別門禁系統(tǒng)通過在教室、實驗室等場景門口處安裝來實現(xiàn)對出入人員身份的識別。使用者在教室閑置期間想要使用教室，需要教室或者實驗室使用人員在APP端進(jìn)行預(yù)約申請。預(yù)約申請后，由相應(yīng)的教師端審核。審核通過，代表預(yù)約申請成功?；跇漭傻娜四樧R別門禁系統(tǒng)以其智能、快捷、安全打造出校園門禁的智能化與高端化，該系統(tǒng)既方便了學(xué)生的教室使用問題，也利于教師對學(xué)生進(jìn)行管理。在快速發(fā)展的智能信息時代，人臉識別門禁系統(tǒng)有著非常廣闊的市場前景。

關(guān)鍵詞：樹莓派;拍照;WiFi;遠(yuǎn)程登錄;人臉識別

1 系統(tǒng)設(shè)計目的背景

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展與智能信息化時代的到來，高校傳統(tǒng)門鎖已無法滿足學(xué)生學(xué)習(xí)、教師教課的需求，急需一個智能、高效、安全的校園門禁系統(tǒng)來管理，不僅充分利用學(xué)校寶貴的教室，且能極大地提升學(xué)校的安全系數(shù)。

當(dāng)前傳統(tǒng)高校門鎖所面臨的問題：

（1）傳統(tǒng)的人工管理門鎖管理人員單一，無法及時開啟門鎖;

（2）無法逐個對身份進(jìn)行識別，安全系數(shù)低;

（3）空閑時間對教室使用的申請流程復(fù)雜;

（4）學(xué)校公共資源（投影儀，電腦等）得不到安全保障，無法記錄使用人員;

（5）尋找空閑教室效率低，無法有效準(zhǔn)確掌握空閑教室位置。

針對以上問題，團(tuán)隊研究設(shè)計基于樹莓派的人臉識別校園門禁管理系統(tǒng)，解決學(xué)校教室利用效率低、申請使用復(fù)雜、安全系數(shù)低等問題。將全校教室實現(xiàn)局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，減少人工管理所造成的人力資源及時間浪費，同時大大削減管理過程中不必要的經(jīng)費支出，實現(xiàn)申請與使用共有，集預(yù)約與管理于一體的目標(biāo)。系統(tǒng)整體硬件及程序如圖1所示。

2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前國內(nèi)門禁系統(tǒng)發(fā)展迅速，門禁系統(tǒng)早已超越了單純的門道及鑰匙管理，已逐漸發(fā)展成為一套完整的出入管理系統(tǒng)，在工作環(huán)境安全、人事考勤管理等行政管理工作中發(fā)揮著較大的作用。傳統(tǒng)的機(jī)械門鎖僅僅是單純的機(jī)械裝置，無論結(jié)構(gòu)設(shè)計多么合理，材料多么堅固，人們總能通過各種手段打開。

高等學(xué)校一直是各國重點發(fā)展培養(yǎng)保護(hù)的對象，對其安全性非常重視。如今隨著信息化時代與智能時代的到來，傳統(tǒng)的鎖具早已無法滿足其使用需求，各國公司也在競相研發(fā)新一代高校門禁管理系統(tǒng)。

我國擁有高等學(xué)校1 000余所，隨著近年高等學(xué)校的不斷擴(kuò)招，各學(xué)校的教室資源非常緊張，急需一個教室門禁管理系統(tǒng)對學(xué)生與教室進(jìn)行高效管理。門禁管理系統(tǒng)核心部件如圖2所示。

3 系統(tǒng)簡介

門禁系統(tǒng)通過按鍵拍照啟動。門上安裝有攝像頭，按下按鍵時觸發(fā)攝像頭拍照，并通過WiFi模塊將信息上傳到服務(wù)器進(jìn)行匹配，通過服務(wù)器進(jìn)行判斷是否是預(yù)約者，判斷是否開門。整體流程如圖3所示。

4 硬件實現(xiàn)方案

4.1 硬件器材

系統(tǒng)主要硬件器材包括樹莓派、攝像頭模塊、按鍵模塊、門磁。

4.2 硬件技術(shù)介紹

（1）樹莓派

樹莓派提供對攝像頭和按鍵的控制;當(dāng)按下按鍵時，攝像頭開始拍照并保存至指定路徑，由客戶端程序?qū)D片發(fā)送到中央服務(wù)器，連接裝置如圖4所示。

（2）攝像頭模塊

通過拍照上傳，與原圖片進(jìn)行對比，實現(xiàn)人臉識別，其裝置如圖5所示。

（3）按鍵模塊

按下按鍵后，調(diào)用拍照腳本，其裝置如圖6所示。

（4）門磁

操作樹莓派GPIO，通過與門禁電源模塊連接的繼電器控制通斷，從而實現(xiàn)開關(guān)門。

5 軟件技術(shù)實現(xiàn)方案

（1）圖片、文本接收

實現(xiàn)一對多模式，當(dāng)Socket被分配后，等待數(shù)據(jù)的傳輸;接收文本和圖片并保存到指定路徑下。

（2） 預(yù)約者圖片查找

循環(huán)檢測指定路徑下是否存在需要的文件和圖片;當(dāng)兩個文件同時存在時，讀取文本中的終端信息并通過數(shù)據(jù)庫查找出使用者的圖片，將該圖片保存至指定路徑。

（3）人臉對比

循環(huán)檢測路徑并上傳調(diào)用百度云API，獲取返回值并發(fā)送至對應(yīng)終端的客戶端程序。

（4）終端客戶端程序

負(fù)責(zé)接收到的開關(guān)門消息，當(dāng)開門消息到來時，調(diào)用開門腳本。

（5）圖片發(fā)送

循環(huán)檢測指定路徑下是否存在拍攝的照片并和Config文件一起發(fā)送到服務(wù)器。

（6）數(shù)據(jù)庫處理服務(wù)器

負(fù)責(zé)對APP遠(yuǎn)程登錄信息進(jìn)行驗證，并提供當(dāng)前教室信息，接收APP消息并進(jìn)行教室預(yù)約處理。

（7）APP

APP與服務(wù)器通信實現(xiàn)登錄和預(yù)約教室功能。

6 系統(tǒng)特點及未來展望

6.1 系統(tǒng)特點：管理+預(yù)約

用戶可通過APP端進(jìn)行預(yù)約申請，用戶端用于教室選擇、人數(shù)選擇、時間段選擇等。

管理者可通過APP端進(jìn)行申請管理，管理端用于人員管理、申請管理、教室管理等。

6.2 未來展望

產(chǎn)品當(dāng)前已制作完成，各項性能良好，未來將涉及產(chǎn)品的大面積推廣及對系統(tǒng)的優(yōu)化，并對該系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)與完善，使其更加適合各高校使用，有助于推動校園生活的智能、快捷、安全。