基于人面智能門(mén)禁系統的采集與控制系統設計

摘要：隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展，快速有效的身份自動(dòng)驗證要求日益迫切，人臉是最自然最直接的特征?；谌嗣嬷悄?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/控制">控制的家用防盜門(mén)禁系統以人臉作為身份識別，判斷來(lái)者的合法性，并以此來(lái)控制門(mén)的開(kāi)關(guān)。文中實(shí)現了以89C51為核心處理器的門(mén)禁系統的采集與控制系統的設計。當檢測到有人來(lái)時(shí)觸發(fā)系統工作：由光敏采集外界光線(xiàn)強度控制照明系統;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)調整;將采集到的圖像與圖像庫中的合法用戶(hù)圖像進(jìn)行比較，一致則是合法進(jìn)入者打開(kāi)電動(dòng)門(mén)，若不一致進(jìn)行語(yǔ)音報警提示其離開(kāi)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗，系統實(shí)現了智能門(mén)禁控制，工作穩定。

隨著(zhù)安全入口控制應用需要的快速增長(cháng)，生物統計識別技術(shù)得到了廣泛的開(kāi)發(fā)與研究。目前，微電子和視覺(jué)系統方面取得的新進(jìn)展，使該領(lǐng)域中高性能自動(dòng)識別技術(shù)的實(shí)現代價(jià)降低到了可以接受的程度。人臉識別技術(shù)是基于人的臉部特征信息進(jìn)行身份識別的一種生物識別技術(shù)，也是所有的生物識別方法中應用最廣泛的技術(shù)之一，當前世界各國有許多機構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。與傳統的身份鑒定方式相比，人臉識別的最大特點(diǎn)就是更具安全、保密和方便性。但在家用防盜系統中，人臉識別技術(shù)的應用還不是很廣泛。提出了基于人臉識別技術(shù)的智能門(mén)禁系統，主要包括前端的數據采集、控制部分和后臺的人臉識別部分;本文主要實(shí)現前端的數據采集與控制部分的設計。

1 系統總體設計

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

采集與控制系統包括：光敏采集電路、熱釋紅外傳感電路、單片機、繼電器控制電路和語(yǔ)音提示及報警電路;圖像采集及人臉識別由工控機或PC機完成。當有人來(lái)時(shí)由熱釋紅外傳感電路感知到觸發(fā)單片機控制光敏采集電路采集外界的光線(xiàn)強度，以此控制照明燈亮滅。單片機通過(guò)串口給工控機發(fā)送一個(gè)信號，由工控機控制攝像頭采集人臉圖像，對采集的人臉圖像進(jìn)行人臉識別、身份判斷：如果是合法的進(jìn)入者給單片機一個(gè)開(kāi)門(mén)信號，由單片機控制繼電器開(kāi)門(mén);如果是非法的來(lái)訪(fǎng)者給單片機送一個(gè)報警信號，由單片機控制語(yǔ)音提及報警電路發(fā)出語(yǔ)音提示及報警。

2 單元電路設計

2.1 熱釋紅外傳感器電路設計

熱釋電紅外傳感器是基于熱電效應原理的熱電型紅外傳感器，其內部的熱電元由高熱電系數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運動(dòng)的人體敏感，可應用于探測人體。本單元電路選用了HC—SR501模塊，人進(jìn)入其感應范圍則輸出高電平，人離開(kāi)感應范圍自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉，輸出低電平。

2.2 光敏采集電路設計

光敏電阻感應外界的光信號，經(jīng)由A/D轉換為數字信號送給單片機進(jìn)行處理，以決定是否點(diǎn)亮照明燈，滿(mǎn)足圖像采集部分對光線(xiàn)的要求。電路圖如下圖2所示。

當紅外傳感器電路檢測到有人來(lái)時(shí)由單片機P1.0輸出低電平，電路開(kāi)始由光敏電阻采集外界光線(xiàn)，送給A/D轉換芯片ADC0832，信號送給單片機P1.2腳輸入。

2.3 單片機電路設計

單片機是系統的控制中心，接收紅外人體檢測信號，控制光敏采集電路采集光線(xiàn)，由此控制照明系統;通過(guò)串口給工控機發(fā)送信號進(jìn)行人臉采集、人臉識別和身份驗證，根據工控機發(fā)送的控制信號實(shí)現對門(mén)的開(kāi)關(guān)，如果來(lái)訪(fǎng)者不是合法的進(jìn)入者控制語(yǔ)音系統語(yǔ)音報警，警示離開(kāi)。單片機選用了89C51，電路圖如圖3所示。

單片機電路主要包括復位電路、晶振、RS232串口電路及按鍵檢測電路。單片機通過(guò)運行的軟件處理紅外檢測信號、光敏采集電路的數據，與工控機交互實(shí)現控制門(mén)的開(kāi)關(guān)及語(yǔ)音報警電路工作。

2.4 語(yǔ)音提示及報警電路設計

該電路實(shí)現在人臉圖像采集失敗時(shí)發(fā)出姿態(tài)調整語(yǔ)音提示和對于沒(méi)有資格進(jìn)入的來(lái)訪(fǎng)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(zhuān)利技術(shù)，即無(wú)須A/D轉換和壓縮就可以直接儲存，沒(méi)有A/D轉換誤差，在個(gè)記錄位(BIT)可存儲250級聲音信號，相當于通常的A/D記錄的8倍。電路圖如圖4所示。

在系統開(kāi)始運行的時(shí)候可以通過(guò)按鍵KEY1錄音，KEY2放音，預先錄入兩段用戶(hù)語(yǔ)音：語(yǔ)音提示和語(yǔ)音告警。單片機通過(guò)SPI接口控制ISD4004芯片。

2.5 繼電器控制電路

單片機實(shí)現照明系統和門(mén)的開(kāi)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控制繼電器進(jìn)而控制受控對象。繼電器選用了電磁控制繼電器HK4100f，可實(shí)現由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(kāi)照明燈，單片機控制P0.0輸出低電平，照明燈亮;若要開(kāi)門(mén)，控制P0.1口輸出低電平，電動(dòng)門(mén)打開(kāi)。

3 軟件設計

軟件設計直接影響著(zhù)系統的功能。使用集成開(kāi)發(fā)環(huán)境keil C51，應用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序，具體的流程圖如圖6所示。

4 結束語(yǔ)

利用proteus進(jìn)行了仿真;仿真調試成功后用Altiumdesigner進(jìn)行了電路板設計，完成了元器件焊接與系統的軟硬件調試。實(shí)現了利用人臉作為身份識別，控制大門(mén)的開(kāi)關(guān);并對不合法的來(lái)訪(fǎng)者會(huì )發(fā)出聲音報警。本系統應用面廣，工作穩定，有研究應用推廣價(jià)值。