基于人臉識(shí)別的智能門(mén)禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳立軍　寧?！『畹氯A　萬(wàn)鸞飛　劉彥

摘 要：門(mén)禁系統(tǒng)是對(duì)身份進(jìn)行識(shí)別與管理的系統(tǒng)。傳統(tǒng)的門(mén)禁系統(tǒng)多由人力登記完成，不方便。因此，引入智能化身份識(shí)別技術(shù)是當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。本設(shè)計(jì)將人臉識(shí)別技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、指紋識(shí)別技術(shù)和密碼識(shí)別技術(shù)相結(jié)合，開(kāi)發(fā)智能門(mén)禁系統(tǒng)，支持多種身份識(shí)別方式，可滿足各式人群的需求。本設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，可以快速識(shí)別身份信息，可應(yīng)用于圖書(shū)館、宿舍、上班考勤以及上課簽到等需要進(jìn)行身份識(shí)別的場(chǎng)合。

關(guān)鍵詞：HLK-KT210;人臉識(shí)別;RFID射頻卡;身份識(shí)別;智能門(mén)禁系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）26-0019-03

Design of Intelligent Entrance Guard System Based on Face Recognition

WU Lijun NING Rui HOU Dehua WAN Luanfei LIU Yan

（1.Electric & Automation， Wuhu Institute of Technology，Wuhu Anhui 241006;2.Tianjin Bo nuo Zhichuang Robot Technology Co.， Ltd.，? Tianjin 300350;3.Tianjin Key Laboratory of Intelligent Robot Technology and Application Enterprise， Tianjin 300350）

Abstract： The access control system is a system for identifying and managing identity. Traditional access control systems are mostly completed by human registration， which is inconvenient. Therefore， the introduction of intelligent identification technology is an inevitable trend of current social development. This design combines face recognition technology， radio frequency recognition technology， fingerprint recognition technology and password recognition technology to develop an intelligent access control system that supports multiple identification methods to meet the needs of all kinds of people. After many tests， this design can quickly identify identity information， and can be used in libraries， dormitories， work attendance， class sign-in and other occasions that require identity recognition.

Keywords： HLK-KT210;face recognition;RFID radio frequency card;identity recognition;intelligent access control system

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，身份識(shí)別技術(shù)得到了快速進(jìn)步與應(yīng)用[1-2]。本設(shè)計(jì)在人臉識(shí)別技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了人臉、密碼、指紋以及射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification ，RFID）等方式的身份識(shí)別?？赏ㄟ^(guò)單片機(jī)或計(jì)算機(jī)端來(lái)錄入生物特征，而數(shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存量可以滿足各行各業(yè)的工作和生活需求。

1 系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)由HLK-KT210模塊、STM32單片機(jī)、TFT液晶顯示模塊、RFID模塊以及AS608指紋識(shí)別模塊等組成。它以STM32單片機(jī)作為主控，自主選擇以哪種方式進(jìn)行身份識(shí)別，身份驗(yàn)證通過(guò)，門(mén)禁解鎖。在身份驗(yàn)證后，輸入管理員密碼獲得系統(tǒng)管理權(quán)限，可以進(jìn)行門(mén)禁密碼修改、RFID磁卡錄入與刪除以及指紋錄入與刪除、人臉?shù)浫肱c刪除。與此同時(shí)，門(mén)禁密碼采用8位有效密碼模式，密碼可輸20位，只要有8位連續(xù)有效密碼即可驗(yàn)證身份。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

2 人臉識(shí)別算法

HLK-KT210采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行人臉識(shí)別，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分為卷積層、線性整流層、池化層和全連接層[3]。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)利用輸入圖片的特點(diǎn)，把神經(jīng)元設(shè)計(jì)成3個(gè)維度，即width、height和depth。如果圖片大小是30×30×4（rgb），那么輸入神經(jīng)元就具有30×30×4的維度[4]。換句話說(shuō)，將輸入的人臉圖像轉(zhuǎn)換成向量表示，經(jīng)過(guò)一系列卷積后，全連接分類得到類別概率，然后得到人臉向量表示，其具有相同人對(duì)應(yīng)的向量的距離小、不同人對(duì)應(yīng)的向量距離大的特點(diǎn)，以此達(dá)到人臉識(shí)別的目的。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及電路設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

3.1.1 HLK-KT210人臉識(shí)別模塊。HLK-KT210人臉識(shí)別模塊內(nèi)置AI（Artificial Intelligence，人工智能）人臉識(shí)別算法和模型庫(kù)，支持雙目活檢，支持離線檢測(cè)，支持500～800人臉特征庫(kù)?？捎脝纹瑱C(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)程序代碼量極小，用戶接口開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單快捷方便，串口驅(qū)動(dòng)可以配合客戶快速開(kāi)發(fā)，可應(yīng)用在安保系統(tǒng)、通行系統(tǒng)、考勤及會(huì)務(wù)等領(lǐng)域，實(shí)物如圖2所示。

3.1.2 AS608指紋識(shí)別模塊。AS608指紋識(shí)別模塊采用8pin的控制接口，供電電壓為3.3 V。通信總線有兩種，分別為串口通信和USB通信，如圖3所示。采用串口通信，編程簡(jiǎn)單，但兼容性不好;采用USB通信，編程較難，但USB作為最常用的總線接口，兼容性好[5-6]。

3.1.3 RC522射頻卡感應(yīng)模塊。RFID-RC522模塊采用基于RC522芯片設(shè)計(jì)的射頻讀卡控制電路，使用方便，成本低。模塊電源電壓采用3.3 V，通過(guò)一個(gè)SPI輸出接口直接與任意的兩個(gè)主板接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，保障整個(gè)模塊穩(wěn)定可靠地運(yùn)行[7-8]。實(shí)物如圖4所示。

3.1.4 聲光報(bào)警裝置。本系統(tǒng)選用蜂鳴器和LED燈作為報(bào)警裝置。蜂鳴器驅(qū)動(dòng)原理如圖5所示。

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與流程

本系統(tǒng)包含HLK-KT210模塊、TFT液晶模塊、AS608指紋識(shí)別模塊以及RC522射頻卡識(shí)別模塊等。先接通電源，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。初始化完成后，觸摸喚醒TFT液晶顯示屏，用戶可以通過(guò)指紋、RC522射頻卡、人臉特征和門(mén)禁密碼4種方式進(jìn)行身份識(shí)別。單片機(jī)進(jìn)行處理，并在TFT液晶屏上顯示身份是否正確，當(dāng)身份識(shí)別正確時(shí)，會(huì)有聲光提示，通過(guò)輸入管理員密碼進(jìn)入管理員模式，進(jìn)行指紋、密碼、RFID、人臉的修改、增加和刪除。系統(tǒng)流程如圖6所示。

4 系統(tǒng)調(diào)試及分析

4.1 系統(tǒng)調(diào)試

4.1.1 系統(tǒng)初始化。在系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后，觸摸屏處于沉睡模式，減少能耗。通過(guò)觸摸TFT液晶顯示屏喚醒顯示屏。

4.1.2 人臉識(shí)別。進(jìn)行人臉識(shí)別檢測(cè)身份時(shí)，HLK-KT210模塊顯示屏顯示人臉識(shí)別狀態(tài)，若超時(shí)或是人臉庫(kù)中沒(méi)有當(dāng)前采集人臉的生物特征，則退出人臉識(shí)別模式。

4.1.3 指紋識(shí)別。進(jìn)行指紋識(shí)別檢測(cè)身份時(shí)，未錄入的手指放在指紋傳感器上，TFT液晶顯示屏?xí)@示未搜索到指紋。

4.1.4 磁卡識(shí)別。當(dāng)使用RFID磁卡進(jìn)行身份識(shí)別時(shí)，如果未檢測(cè)到磁卡或者磁卡信息與庫(kù)中不匹配，就無(wú)法開(kāi)啟門(mén)禁。

4.1.5 密碼識(shí)別。當(dāng)使用密碼進(jìn)行身份識(shí)別時(shí)，如果密碼錯(cuò)誤，就無(wú)法開(kāi)啟門(mén)禁，顯示“密碼錯(cuò)誤，請(qǐng)重新輸入”。

4.1.6 管理員模式。進(jìn)入管理員模式后，用戶可以通過(guò)輸入管理員密碼獲取最高權(quán)限，對(duì)密碼、指紋、人臉以及磁卡的設(shè)置進(jìn)行修改。

4.2 結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)上述調(diào)試和大量數(shù)據(jù)比對(duì)，本設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)人臉識(shí)別、RFID識(shí)別、指紋識(shí)別以及密碼識(shí)別等功能，滿足設(shè)計(jì)所需求的功能。同時(shí)，在管理員模式下，可以對(duì)指紋、密碼、RFID以及人臉等數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、增加和刪除。

5 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，先后完成了人臉識(shí)別模塊、RFID模塊、指紋識(shí)別模塊、密碼識(shí)別模塊、液晶顯示模塊以及聲光報(bào)警模塊等電路設(shè)計(jì)。整個(gè)裝置較好地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求，能夠?qū)崿F(xiàn)人臉識(shí)別、磁卡識(shí)別、指紋識(shí)別以及密碼識(shí)別等門(mén)禁解鎖功能，識(shí)別精度高。特別是人臉識(shí)別具有活檢功能，視頻和照片無(wú)法替代人臉檢測(cè)。未來(lái)可以通過(guò)試驗(yàn)和分析不斷優(yōu)化系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)可以滿足設(shè)計(jì)需求，功能強(qiáng)，系統(tǒng)運(yùn)行可靠。

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