基于ESP32 CAM的智能安全門設(shè)計(jì)概述*

韋仕艷 王小波 藺佳蘭 楊培江 劉迅

興義民族師范學(xué)院 貴州 黔西南州興義 562400

引言

隨著中國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷成熟，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速崛起，各種各樣的公司及企業(yè)已經(jīng)把“出入安全”當(dāng)成了一種生活安全或工作品質(zhì)的象征，門禁系統(tǒng)不管是作為人們進(jìn)出自己住宅的小區(qū)，還是工作單位以及其他建筑物的安全門禁，門禁系統(tǒng)的安全保障直接關(guān)乎人們的人身安全及財(cái)產(chǎn)安全?，F(xiàn)如今，門禁系統(tǒng)已經(jīng)成為小區(qū)、公司、各種建筑門禁的首選項(xiàng)。

本設(shè)計(jì)能夠很好地運(yùn)用傳感器，采用攝像頭拍攝與網(wǎng)絡(luò)資源有效結(jié)合，讓門禁系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)技術(shù)。門的開和關(guān)的安全管理系統(tǒng)是新型科技現(xiàn)代化技術(shù)安全管理系統(tǒng)，它集微機(jī)自動(dòng)拍照識(shí)別技術(shù)和科技現(xiàn)代安全管理措施為一體。它的出現(xiàn)解決了小區(qū)、公司、各種建筑出入口實(shí)現(xiàn)安全防范管理的有效措施。

1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要分為硬件設(shè)施和云服務(wù)構(gòu)成。整個(gè)設(shè)計(jì)通過(guò)信息采集模塊（多傳感器）采集信息，通過(guò)ESP32 CAM終端通過(guò)調(diào)用API的方式，向云服務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。云服務(wù)將得到的信息進(jìn)行處理，返回對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，終端獲取之后根據(jù)不同的信息進(jìn)行各個(gè)模塊的驅(qū)動(dòng)。

1.1 喚醒模塊（人體紅外傳感器HC-SR501）

當(dāng)人體紅外傳感器HC-SR501數(shù)值產(chǎn)生變化，ESP32 CAM由Modem-sleep模式轉(zhuǎn)換到No-sleep模式。喚醒ESP32 CAMWIFI模塊。

1.2 識(shí)別模塊

通過(guò)是否喚醒觸碰傳感器，進(jìn)行人臉識(shí)別或指紋識(shí)別的優(yōu)先級(jí)轉(zhuǎn)換，進(jìn)行識(shí)別，將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)micropython與 urequests庫(kù)進(jìn)行HTTP請(qǐng)求。將數(shù)據(jù)上傳到自云服務(wù)，云服務(wù)通過(guò)調(diào)用百度人臉識(shí)別API或阿凡達(dá)數(shù)據(jù)指紋識(shí)別API進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，返回?cái)?shù)據(jù)給終端。終端得到數(shù)據(jù)，進(jìn)行開閉鎖的電路的電平的轉(zhuǎn)換。

1.3 體溫測(cè)量模塊

通過(guò)紅外線測(cè)溫傳感器得到的感應(yīng)信息，將結(jié)果發(fā)送到云端。

1.4 App

App后臺(tái)通過(guò)MQTT協(xié)議進(jìn)行ESP32 CAM終端通信，進(jìn)而了解各個(gè)模塊工作狀態(tài)，并改變其狀態(tài)。還可以查看不正常的人臉對(duì)比圖。

1.5 硬件

本設(shè)計(jì)的硬件設(shè)計(jì)部分主要由控制中心，感應(yīng)單元，輸出單元構(gòu)成。云服務(wù)由自建平臺(tái)、百度云、阿凡達(dá)數(shù)據(jù)構(gòu)成。

1.6 控制中心

ESP32 CAM作為控制中心，處理時(shí)間線性短的數(shù)據(jù)和進(jìn)行部分?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸。各個(gè)傳感器集成為感應(yīng)單元，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。電子鎖以及繼電器作為輸出單元。

1.7 網(wǎng)站云服務(wù)

網(wǎng)站云服務(wù)采用django rest framework 快速搭建API接口，用于本設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)處理，以及App后端數(shù)據(jù)的支持。

1.8 信息數(shù)據(jù)流向

本設(shè)計(jì)的信息數(shù)據(jù)流向方式由感應(yīng)單元采集數(shù)據(jù)傳遞給控制中心ESP32 CAM，控制中心進(jìn)行數(shù)據(jù)的分流，需驗(yàn)證數(shù)據(jù)上傳到云端，云端處理數(shù)據(jù)之后進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝，將結(jié)果返回給控制中心，根據(jù)得到的處理后的數(shù)據(jù)，控制中心對(duì)輸出單元進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸[1]。

2 系統(tǒng)核心

本設(shè)計(jì)的控制中心采用ESP32CAM板，提供兼容攝像模塊的接口。ESP32CAM固件采用micropython固件。ESP32ACM運(yùn)行主頻為240MHz，雙核32雙核MCU、2.4G雙模WIFI和藍(lán)牙芯片，涵蓋精細(xì)分辨時(shí)鐘門控，省電模式和動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整等特征，背部搭載攝像頭接口。

2.1 人臉識(shí)別模塊

當(dāng)需要人臉檢測(cè)時(shí)，人體紅外傳感器HC-SR501的收集的數(shù)據(jù)達(dá)到閾值，此時(shí)若沒(méi)有碰觸觸摸傳感器，啟動(dòng)ESP32CAM攝像頭進(jìn)行拍照?？刂浦行母鶕?jù)數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果，通過(guò)24V繼電器來(lái)控制電磁鎖的電流大小，達(dá)到鎖的開閉。

2.2 喚醒模塊

人體紅外傳感器HC-SR501的OUT與ESP32CAM的GPIO2引腳相連，常態(tài)下，該模塊返回低電平，當(dāng)檢測(cè)到人體即返回高電平。這時(shí)ESP32CAM喚醒WIFI模塊，自動(dòng)連接預(yù)設(shè)WIFI，ESP32CAM由低功耗模式轉(zhuǎn)化為全模式。

2.3 指紋識(shí)別

采用指紋采集頭模塊連接到ESP32CAM，當(dāng)觸碰到觸碰感應(yīng)器時(shí)，關(guān)閉攝像頭模塊，指紋識(shí)別開始工作，當(dāng)指紋識(shí)別開始有圖像輸出時(shí)，默認(rèn)保存文件為FingerPrint.jpg，將文件通過(guò)HTTP上傳到云端。

指紋識(shí)別過(guò)程采用阿凡達(dá)數(shù)據(jù)指紋識(shí)別API，采用JSON格式，使用HTPP的POST方式進(jìn)行請(qǐng)求。

2.4 App設(shè)計(jì)

采用UNIApp框架，在HBuilderX編輯器編寫App頁(yè)面以及JS，疏通交互模式采用調(diào)用API方式。App進(jìn)行請(qǐng)求各單元的狀態(tài)，后端通過(guò)MQTT協(xié)議訪問(wèn)各單元部件，獲取各個(gè)單元最新狀態(tài)。App請(qǐng)求更改狀態(tài)，后端也通過(guò)MQTT協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

2.5 軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的智能安全門可實(shí)現(xiàn)人體自動(dòng)感應(yīng)，面部自動(dòng)識(shí)別，指紋被動(dòng)輸入驗(yàn)證，體溫自動(dòng)測(cè)量，App控制訪問(wèn)等各功能。

當(dāng)人體出現(xiàn)在感應(yīng)范圍時(shí)候，本設(shè)計(jì)可以準(zhǔn)確地識(shí)別、檢測(cè)出人體活動(dòng)信息，然后喚醒其余的功能部件，通過(guò)優(yōu)先級(jí)的選擇，會(huì)自動(dòng)選出最匹配當(dāng)下環(huán)境所需要的識(shí)別方式（面部識(shí)別或者指紋識(shí)別）。通過(guò)識(shí)別驗(yàn)證之后，ESP32ACM會(huì)向特定引腳輸出高電平，以達(dá)到開閉鎖的操作[2]。

3 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)通過(guò)介紹ESP32ACM為核心的，云服務(wù)為輔的智能安全門的可行性，設(shè)計(jì)各功能的硬件連接圖和軟件流程實(shí)現(xiàn)框圖的實(shí)現(xiàn)方案。ESP32系列為控制核心的可控制門的安全防衛(wèi)、非常態(tài)訪問(wèn)拒絕、用戶健康的體現(xiàn)功能全部達(dá)到預(yù)期效果。本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)集成度高，該設(shè)計(jì)易于搭建完善，易拓展新部件、新功能等優(yōu)點(diǎn)，設(shè)施硬件較為便宜，具有不錯(cuò)的發(fā)展前景和市場(chǎng)。