基于樹莓派的實驗室人臉識別門禁系統(tǒng)設(shè)計

蘭 鴿，劉文平

（新疆工程學(xué)院 新疆 烏魯木齊 830000）

1 引言

隨著我國高等教育投入力度的加大，高校實驗室的設(shè)備數(shù)量和信息化程度得到了顯著提升。實驗室的安全問題顯得尤為突出。人臉識別技術(shù)應(yīng)用于實驗室門禁系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)門鎖，指紋鎖在安全方面有著非常明顯的優(yōu)勢。

2 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計

該系統(tǒng)由樹莓派、驅(qū)動模塊、檢測模塊、顯示模塊、報警模塊、電源模塊等組成。系統(tǒng)具有采集和檢測人臉功能，可以當(dāng)進(jìn)入人員匹配成功時，開啟大門，同時報警裝置啟動；當(dāng)進(jìn)入人員匹配失敗時，大門不開啟以保障安全。系統(tǒng)帶有按鍵，用戶可以通過按鍵觸發(fā)人臉識別功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 主控模塊

本次設(shè)計的主控模塊是使用樹莓派3代B型主板。樹莓派3代B型主板，該主控板為開源性模塊，運行Linux系統(tǒng)，尺寸與信用卡相當(dāng)，擁有良好的標(biāo)準(zhǔn)模塊擴(kuò)展性，主板上預(yù)留的接口可對接與之配套的樹莓派500萬像素專用攝像頭、7英寸液晶觸摸屏、Sense Hat傳感器模塊等。

3.2 檢測模塊

檢測模塊是使用樹莓派專用500W像素攝像頭。該攝像頭提供了三個應(yīng)用程序，分別為：raspistill、raspivid、raspistillyuv。其中 raspistill 和raspistillyuv 非常相似，并且都是用于捕捉圖像，而raspivid 用于捕捉視頻。攝像頭電路板與樹莓派通過一條 15 芯的排線進(jìn)行連接。具體連接操作如下：先將樹莓派上連接座兩端卡扣拉起，再把排線插入座中，并豎直，然后按下兩端的卡扣。攝像頭電路板連接同上。

3.3 驅(qū)動模塊

當(dāng)輸入信號相對而言比較微弱時，相應(yīng)功率較小無法正常工作。驅(qū)動模塊實質(zhì)是通過放大功率，從而滿足負(fù)載額定功率使得負(fù)載可以正常工作，從而可以響應(yīng)微弱的輸入信號。微型計算機(jī)（樹莓派）上有IN1、IN2、IN3、IN4四個接口，根據(jù)資料，設(shè)置為低電平就可以驅(qū)動，用杜邦線分別將IN1、IN2、IN3、IN4和GPIO 21（Pin 40）、GPIO 20（Pin 38）、GPIO 16（Pin 36）、GPIO 19（Pin 35）進(jìn)行連接。

3.4 報警模塊

作為人臉識別門禁系統(tǒng)的設(shè)備，聲光報警電路不可或缺。在系統(tǒng)工作中，每當(dāng)人臉數(shù)據(jù)匹配成功時，便會觸發(fā)蜂鳴器和發(fā)光二極管實現(xiàn)聲光報警，使監(jiān)控人員得到

3.5 顯示模塊

設(shè)計中為從一定程度上減小操作人員的工作量，特用7英寸液晶觸摸屏作為顯示模塊

3.6 電源模塊

電源模塊一般分為以下幾部分：濾波電路模塊、全波整流電路模塊、電源變壓器模塊等。一般電源提供的是220V交流電，經(jīng)過門禁系統(tǒng)的電源模塊中變壓器的變壓，變?yōu)橹苯涌梢怨╅T禁使用的電壓，然后進(jìn)行全波整流，得到有尖峰脈沖的直流電，然后在濾波電路將有交流成分的電壓濾除，最后得到可供系統(tǒng)使用的直流電。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)的程序流程圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)的程序流程圖

4.1 申請AppID、API Key和Secret Key

在百度智能云人臉識別項目中創(chuàng)建應(yīng)用，創(chuàng)建完畢后，下載SDK文檔，因為是在樹莓派中運行，所以選中python HTTP SDK下載到本地。

4.2 在人臉庫管理中添加人臉數(shù)據(jù)

在人臉庫管理中新建用戶組，再從用戶組中新建人臉id和照片；如圖3、圖4所示。

圖3 在人臉庫管理中添加人臉數(shù)據(jù)

圖4 在人臉庫管理中添加人臉數(shù)據(jù)

4.3 系統(tǒng)調(diào)試

把下載好的SDK壓縮包解壓，可以通過ftp或者smb的方式，把文件傳輸?shù)綐漭赡阆敕诺哪夸浵拢缓骳d進(jìn)入該目錄；開始調(diào)試代碼：

5 結(jié)語

基于樹莓派實驗室人臉識別門禁系統(tǒng)，以樹莓派為硬件平臺，百度云平臺，python很好地融合在一起，實現(xiàn)了實驗室人臉識別智能開鎖，在我校實驗室有很好的推廣作用。