基于人面智能門禁系統(tǒng)的采集與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展，快速有效的身份自動(dòng)驗(yàn)證要求日益迫切，人臉是最自然最直接的特征?；谌嗣嬷悄?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/控制">控制的家用防盜門禁系統(tǒng)以人臉作為身份識(shí)別，判斷來(lái)者的合法性，并以此來(lái)控制門的開關(guān)。文中實(shí)現(xiàn)了以89C51為核心處理器的門禁系統(tǒng)的采集與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。當(dāng)檢測(cè)到有人來(lái)時(shí)觸發(fā)系統(tǒng)工作：由光敏采集外界光線強(qiáng)度控制照明系統(tǒng);進(jìn)行圖像采集，如果人臉圖像難以采集語(yǔ)音提示進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整;將采集到的圖像與圖像庫(kù)中的合法用戶圖像進(jìn)行比較，一致則是合法進(jìn)入者打開電動(dòng)門，若不一致進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警提示其離開。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了智能門禁控制，工作穩(wěn)定。

隨著安全入口控制應(yīng)用需要的快速增長(zhǎng)，生物統(tǒng)計(jì)識(shí)別技術(shù)得到了廣泛的開發(fā)與研究。目前，微電子和視覺系統(tǒng)方面取得的新進(jìn)展，使該領(lǐng)域中高性能自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的實(shí)現(xiàn)代價(jià)降低到了可以接受的程度。人臉識(shí)別技術(shù)是基于人的臉部特征信息進(jìn)行身份識(shí)別的一種生物識(shí)別技術(shù)，也是所有的生物識(shí)別方法中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一，當(dāng)前世界各國(guó)有許多機(jī)構(gòu)都在從事這方面的研究，并受到軍方、警方以及許多大公司的高度重視和資助。與傳統(tǒng)的身份鑒定方式相比，人臉識(shí)別的最大特點(diǎn)就是更具安全、保密和方便性。但在家用防盜系統(tǒng)中，人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用還不是很廣泛。提出了基于人臉識(shí)別技術(shù)的智能門禁系統(tǒng)，主要包括前端的數(shù)據(jù)采集、控制部分和后臺(tái)的人臉識(shí)別部分;本文主要實(shí)現(xiàn)前端的數(shù)據(jù)采集與控制部分的設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

人面識(shí)別智能門禁系統(tǒng)的采集與控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)前端的信息采集及人臉身份識(shí)別后的控制與語(yǔ)音報(bào)警處理。原理框圖如圖1所示。

采集與控制系統(tǒng)包括：光敏采集電路、熱釋紅外傳感電路、單片機(jī)、繼電器控制電路和語(yǔ)音提示及報(bào)警電路;圖像采集及人臉識(shí)別由工控機(jī)或PC機(jī)完成。當(dāng)有人來(lái)時(shí)由熱釋紅外傳感電路感知到觸發(fā)單片機(jī)控制光敏采集電路采集外界的光線強(qiáng)度，以此控制照明燈亮滅。單片機(jī)通過(guò)串口給工控機(jī)發(fā)送一個(gè)信號(hào)，由工控機(jī)控制攝像頭采集人臉圖像，對(duì)采集的人臉圖像進(jìn)行人臉識(shí)別、身份判斷：如果是合法的進(jìn)入者給單片機(jī)一個(gè)開門信號(hào)，由單片機(jī)控制繼電器開門;如果是非法的來(lái)訪者給單片機(jī)送一個(gè)報(bào)警信號(hào)，由單片機(jī)控制語(yǔ)音提及報(bào)警電路發(fā)出語(yǔ)音提示及報(bào)警。

2 單元電路設(shè)計(jì)

2.1 熱釋紅外傳感器電路設(shè)計(jì)

熱釋電紅外傳感器是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器，其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，熱釋電紅外傳感器對(duì)運(yùn)動(dòng)的人體敏感，可應(yīng)用于探測(cè)人體。本單元電路選用了HC—SR501模塊，人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸出高電平，人離開感應(yīng)范圍自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉，輸出低電平。

2.2 光敏采集電路設(shè)計(jì)

光敏電阻感應(yīng)外界的光信號(hào)，經(jīng)由A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送給單片機(jī)進(jìn)行處理，以決定是否點(diǎn)亮照明燈，滿足圖像采集部分對(duì)光線的要求。電路圖如下圖2所示。

當(dāng)紅外傳感器電路檢測(cè)到有人來(lái)時(shí)由單片機(jī)P1.0輸出低電平，電路開始由光敏電阻采集外界光線，送給A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832，信號(hào)送給單片機(jī)P1.2腳輸入。

2.3 單片機(jī)電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)是系統(tǒng)的控制中心，接收紅外人體檢測(cè)信號(hào)，控制光敏采集電路采集光線，由此控制照明系統(tǒng);通過(guò)串口給工控機(jī)發(fā)送信號(hào)進(jìn)行人臉采集、人臉識(shí)別和身份驗(yàn)證，根據(jù)工控機(jī)發(fā)送的控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)門的開關(guān)，如果來(lái)訪者不是合法的進(jìn)入者控制語(yǔ)音系統(tǒng)語(yǔ)音報(bào)警，警示離開。單片機(jī)選用了89C51，電路圖如圖3所示。

單片機(jī)電路主要包括復(fù)位電路、晶振、RS232串口電路及按鍵檢測(cè)電路。單片機(jī)通過(guò)運(yùn)行的軟件處理紅外檢測(cè)信號(hào)、光敏采集電路的數(shù)據(jù)，與工控機(jī)交互實(shí)現(xiàn)控制門的開關(guān)及語(yǔ)音報(bào)警電路工作。

2.4 語(yǔ)音提示及報(bào)警電路設(shè)計(jì)

該電路實(shí)現(xiàn)在人臉圖像采集失敗時(shí)發(fā)出姿態(tài)調(diào)整語(yǔ)音提示和對(duì)于沒有資格進(jìn)入的來(lái)訪者發(fā)出語(yǔ)音告警。該單元電路選用了ISD4004語(yǔ)音芯片，ISD4004是美國(guó)ISD公司制造的一種新型語(yǔ)音芯片。ISD4004系列工作電壓為3 V，單片錄放時(shí)間為8—16分鐘，音質(zhì)好。聲音錄放采用CchipCorder專利技術(shù)，即無(wú)須A/D轉(zhuǎn)換和壓縮就可以直接儲(chǔ)存，沒有A/D轉(zhuǎn)換誤差，在個(gè)記錄位(BIT)可存儲(chǔ)250級(jí)聲音信號(hào)，相當(dāng)于通常的A/D記錄的8倍。電路圖如圖4所示。

在系統(tǒng)開始運(yùn)行的時(shí)候可以通過(guò)按鍵KEY1錄音，KEY2放音，預(yù)先錄入兩段用戶語(yǔ)音：語(yǔ)音提示和語(yǔ)音告警。單片機(jī)通過(guò)SPI接口控制ISD4004芯片。

2.5 繼電器控制電路

單片機(jī)實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)和門的開關(guān)控制，必須通過(guò)控制電路，一般常用的方法就是由單片機(jī)控制繼電器進(jìn)而控制受控對(duì)象。繼電器選用了電磁控制繼電器HK4100f，可實(shí)現(xiàn)由5 V控制220 V交流電源的通斷。電路圖如圖5所示。

若要打開照明燈，單片機(jī)控制P0.0輸出低電平，照明燈亮;若要開門，控制P0.1口輸出低電平，電動(dòng)門打開。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)直接影響著系統(tǒng)的功能。使用集成開發(fā)環(huán)境keil C51，應(yīng)用C語(yǔ)言編寫程序，具體的流程圖如圖6所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

利用proteus進(jìn)行了仿真;仿真調(diào)試成功后用Altiumdesigner進(jìn)行了電路板設(shè)計(jì)，完成了元器件焊接與系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試。實(shí)現(xiàn)了利用人臉作為身份識(shí)別，控制大門的開關(guān);并對(duì)不合法的來(lái)訪者會(huì)發(fā)出聲音報(bào)警。本系統(tǒng)應(yīng)用面廣，工作穩(wěn)定，有研究應(yīng)用推廣價(jià)值。