基于Raspberry pi的智能宿舍門禁控制系統(tǒng)

婁子豪 陳曉謙 揚州大學

網(wǎng)技術的快速發(fā)展，傳統(tǒng)門鎖已經(jīng)無法滿足人們對于智能生活的需求，需要高效便捷的門禁系統(tǒng)來替換傳統(tǒng)的老式門鎖。由于傳統(tǒng)機械鎖的原因，很多學生出門后經(jīng)常忘記帶鑰匙而被鎖在門外。由于這種機械鎖的弊端較多，引用智能門禁控制系統(tǒng)是必要的。并且對于高校而言學生的財產(chǎn)安全更是重中之重，受到了社會的廣泛關注。宿舍門禁控制系統(tǒng)以其運作成本低，實用性高，靈活多樣的特點，受到學生們的歡迎。在本系統(tǒng)中我們利用人臉識別對用戶信息進行權限控制，進一步提高安全性，以及了部避免了部分學生忘記帶鑰匙這個情況。該系統(tǒng)也可以及結合各類傳感器拓展功能

1.控制系統(tǒng)結構與功能簡介

門禁管家通過語音指令來啟動解鎖功能，門上安裝有攝像頭，將其與Raspberry pi接口相連接，Raspberry pi與家庭wifi相連，攝像頭通過接口數(shù)據(jù)線將捕捉到的信息傳輸?shù)揭呀?jīng)訓練好的raspberry pi服務器中，進行比對開鎖。在STM32上設計一塊觸摸式液晶鍵盤，用來輸入開鎖密碼，完成密碼開鎖。

智能管家主要由四個模塊組成，分別是語音識別，人臉識別，密碼開鎖，繼電器模塊，示意圖如圖1所示。

圖1 智能管家示意圖

2 模塊組成和功能實現(xiàn)

智能管家的四個模塊實現(xiàn)方案分述如下。

2.1 語音識別

要實現(xiàn)語音控制功能有四個關鍵要素：(1)采集音頻數(shù)據(jù)；(2)傳送數(shù)據(jù)到baidu-api接口；(3)接收數(shù)據(jù)并且將處理完的數(shù)據(jù)寫入二進制文本文件中；(4)匹配指令語句，打開對應的模塊。以下是實現(xiàn)對應功能的詳細步驟：

圖2 語音控制流程圖

2.2 面部識別

對于門禁的人臉識別要做到兩大核心功能，其一是對面部信息進行采集，儲存使用者面部的信息，尤其是細節(jié)部分。另一方面是要進行準確的人臉比對，通過使用者自己與之前電腦中儲存的信息比對，才能解鎖。要做到面部識別，主要分為四個步驟。分別是面部采集，數(shù)據(jù)處理，識別圖像以及對應功能的實現(xiàn)。本項目利用python已有的OpenCV功能對前三步驟進行處理。由于前期并不熟悉樹莓派的運行環(huán)境，采用在Windows的環(huán)境下完成識別功能，

圖3 人臉識別原理圖

2.3 STM32密碼開鎖模塊

實現(xiàn)密碼開鎖的關鍵條件時：1.設計輸入界面；2.設定密碼；3.判斷是否匹配。

通過了基于STM32的遠程實景智能門鎖的設計,針對不同場合的需求,設計完成以STM32F407為主控,3種安全控制模式的智能門鎖。目前已完成密碼開鎖設計。系統(tǒng)通過觸控顯示屏與用戶完成交互。相對于普通的電子門鎖,設計的系統(tǒng)在實時性、安全性與智能性方面具有較大優(yōu)勢。

圖4 密碼開鎖原理圖

智能門鎖是指區(qū)別于傳統(tǒng)機械鎖的基礎上改進的，在用戶安全性、識別、管理性方面更加智能化簡便化的鎖具。智能門鎖是門禁系統(tǒng)中鎖門的執(zhí)行部件。

2.4 繼電器模塊

STM32控制繼電器，從而控制門鎖的吸合。此繼電器有兩種觸發(fā)方式：高電平觸發(fā)：信號輸入端與地之間有電壓(3-24V)的觸發(fā)方式，可以理解為信號輸入端與信號電源正極短路觸發(fā)的一種方式。低電平觸發(fā)：信號輸入端與地之間的電壓為OV的觸發(fā)方式，可以理解為信號輸入端與信號電源負極短路觸發(fā)的一種方式。特點如下：(1)模塊采用繼電器，常開接口最大負載：交流250V/10A，直流30V/10A。(2)采用貼片光耦隔離，驅動能力強，性能穩(wěn)定，觸發(fā)電流5mA。(3)模塊工作電壓： 5V/12V/24V。(4)模塊可以通過跳線設置高電平或低電平觸發(fā)。(5)容錯設計，即使控制線斷，繼電器也不會動作。(6)電源指示燈(綠色)，繼電器狀態(tài)指示燈(紅色)(7)接口設計人性化，接口均可通過接線端子直接連線引出，非常方便。

3 系統(tǒng)結果

本控制系統(tǒng)軟件設計主要有主控制程序以及后臺服務器數(shù)據(jù)的存儲與云端處理（百度API的調用）。主程序的主要功能是通過調用人臉識別與語音控制啟動開鎖控制系統(tǒng)，并且協(xié)調與云端的關系。后臺存儲系統(tǒng)主要保存用戶信息以及其他記錄其他異常情況。硬件設計包括樹莓派攝像頭人像采集和圖像處理，以及控制門鎖開門的驅動電路。整套系統(tǒng)運行流暢且組裝費用低廉，可以在廣泛應用宿舍和辦公室等環(huán)境。

4 結語

本文介紹了基于樹莓派的智能宿舍門禁控制系統(tǒng)的設計思路，如果該系統(tǒng)能在大學宿舍或者企業(yè)的辦公場所應用，將大大學生還有白領工作者的日常學習與工作，具有很大的實用性。用戶只要刷臉就可實現(xiàn)進入。于此同時還能外加許多拓展功能，比如安全監(jiān)控，智能報警等功能。對于危機情況還能準確開門，是安全性整體提升。本控制系統(tǒng)在未來具有很好的發(fā)展前景。