基于Maix Bit开发板的智能门禁系统设计.pdf

第18 期（总第54 9期）基于Maix Bit开发板的智能门禁系统设计新潮电子人工智能佟敬业，石黄霞*，张丽玲*，杨威，王天宇（新疆工程学院，新疆乌鲁木齐8 30 0 2 3)摘要：在疫情后的时代，门禁管理和体温检测依然是校园安全管理的重要环节。本文介绍了一种基于MaixBit开发板的人脸识别与红外测温门禁系统的设计。MaixBit开发板采用RISC-V内核的AI芯片K210,K210芯片拥有先进的视觉与听觉功能，并且具备卓越的计算功能，同时配备多种硬件加速器。通过搭配LU90614测温模块，该系统可以实现人脸识别、红外测温和门禁控制等多种功能，提高校园门禁管理效率和准确度，也可应用于学生考勤管理等方面。该系统具有较高的实用价值和应用前景，可以帮助学校提升安全管理水平。关键词：MaixBit开发板；人脸识别；红外测温；门禁系统本文旨在设计一种基于Maix Bit开发板的智能门禁系统，通过利用人脸识别模型和红外测温技术来实现自动识别和筛查发热人员，并具备门禁控制的功能。MaixBit开发板采用RISC-V内核的K210,K210芯片拥有先进的视觉与听觉功能!，性价比高，双核6 4 位处理器，自带独立浮点处理单元（FloatingPoint Unit,FPU），其中知识处理单元（KnowledgeProcessingUnit，K P U）用于神经网络加速单元，加速处理器（Accelerated Processing Units，A P U)用于语音数据处理，在人脸检测和图像识别方面具有独特优势 2 。在该系统中通过上位机，我们可以建立一个大型的安全监控系统，它能够将多个门禁系统连接在一起，并且能够对校园的安全进行全面的监测和分析。上位机可以对门禁记录、人员出入情况、体温数据等进行统计和分析，并通过蜂鸣器对异常情况进行预警和报警。一、总体设计方案作为门禁系统中的一种，人脸识别与红外测温门基金项目：2 0 2 2 年新疆维吾尔自治区级大学生创新创业训练计划项目（S202210994020）。作者简介：佟敬业（2 0 0 1一），男，新疆工程学院，学生，研究方向：电气工程及其自动化。*通信作者：石黄霞（197 8 一），女，硕士，教授，研究方向：电气自动化控制。张丽玲（198 2 一），女，学士，讲师，研究方向：电子信息技术。禁系统应该具备录人和识别两种基本模式。在录人模式下，系统会通过相机采集人脸数据并将其存储至内部存储器中；在识别模式下，系统会调用内部存储器中已录入人脸数据，通过比对分析判断当前人脸数据是否已被录入，并执行相应操作。二、硬件设计(一)电源模块MaixBit开发板的电源模块可以通过MicroUSB方式进行供电。MicroUSB口提供了5V直流电源输人。为了确保系统的稳定性和安全性，MaixBit开发板还配备了多重保护机制。具体而言，过压保护会在电压超过设定阈值时自动切断电源，避免对硬件造成损害；过流保护会检测并限制过高的电流，避免烧毁电路。这些保护机制不仅保证了MaixBit开发板的安全性，也增强了其可靠性。（二）无接触红外测温模块LU9014红外测温模块采用了高精度的热敏传感器，可在0 10 0 内进行0.5的高精度温度测量；使用红外线进行测量，不需要接触被测物体，从而消除了传统温度计中可能产生的交叉污染问题，同时具有极快的响应速度，能够在较短的时间内完成对目标物体的测量，提高了工作效率，并且支持多种工作模式，如最大/最小测量、平均值测量等，能够满足不同应用场景的需求。LU9014红外测温模块的工作原理是利用物体表面发射的红外线进行温度测量。它内部的热敏元件，能够将被测物体表面的红外辐射捕捉并转化为电信号，通过处理这些信号可以得出目标物体的温度值。(三)Wi-Fi模块ESP8266是一款面向物联网的高性价比、高度集成的Wi-Fi模组 3，ESP8266模块集成了TCP/IP协议栈，160人工智能支持STA/SoftAP/AP工作模式，并且可以通过AT指令或API接口与主控芯片进行通信。此外，ESP8266还具有强大的处理能力和存储容量，可以实现数据接收、加密传输、OTA升级等功能。ESP8266芯片还具有成本低、开发便捷等优点。Wi-Fi模块在以上系统中扮演着重要角色，它可以使下位机设备和上位机互联互通，从而实现电脑对系统的远程监测、控制等功能。（四）身份识别模块身份识别通过对面部信息的采集与比对完成。由于每个人都具有独一无二的生物学特征，其表现在面部上也各不相同 4 。所以我们可以通过生物学特征建立人脸识别模型，使用人脸识别模型，我们能够确定人脸的位置，然后将其转化为KPU所能够接受的格式。通过使用人脸5点关键点模型，我们可以精确定位左右眼晴、鼻子、左右嘴角的位置，并利用仿射变换技术将原始图像转换为清晰的正脸图像。通过使用人脸识别196 维特征值模型，我们可以计算出正脸图像的特征向量，并将其与之前保存的特征进行比较，如果差异度较小，则认定识别成功，如果差异度较大，则认定识别失败。(五)RFID模块RFID模块是一种无线通信设备，它使用射频识别技术来实现无接触信息传递功能 5，并以此用于识别和跟踪物品或人员。在门禁系统中，RFID模块由一个读写器和一个或多个RFID标签组成。其主要作用为录人身份信息，并将该信息与数据库中的数据进行比对,从而确保系统安全，避免重复录人等情况的发生。（六）硬件原理图K210SG90U1P11001035IO110341021O331031041O51061071081091010101510161017101810191O201021Maix bitWIFIP2VCCGND3.3VGNDTO10TX109RX1O33RSTESP-01S161 新潮电子三、软件设计(一)模式选择功能该门禁系统具备录人模式和识别模式两种基本模式，可通过按键来进行模式的切换。在录入模式下，系统采集人脸数据并存储于内部存储器中，用于后续的人脸识别和门禁控制；而在识别模式下，系统调用已录入人脸数据进行比对分析，以确定当前人脸数据是否已被录人系统，并执行相应门禁控制操作。录入模式人脸录入模式锁定图2 模式选择功能流程图(二)录入模式功能该门禁系统的录入模式可采集人脸数据并存储于内部存储器中，供后续的人脸识别和门禁控制使用。录人采用MaixBit开发板和相机，并进行新旧人脸数据的比对以避免重复录人。此外，该模式还支持多种功能，如设置、修改、删除人员信息等功能。LCDGNDLEDKGND3V3FGNDVCCSVIN103410311O321O301029102810271026RST3.3V5VGND10251024-10231022RFIDP33.3VVCCHGNDGNDMISO1030MOSISCL107SDA106R.C522图1智能门禁系统原理图第18 期（总第54 9期）模式选择识别模式人脸识别录入模式LEDAGND:13V3IVsSO90KEYGNDS!1O221023蜂鸣器P4VCC5VGNDGND1/O1O21Beep雾化模块PS5V1035人脸数据比对分析C401eenfGNDGND语音模块测温模块P6P7VCC5VGNDGND1025RXUYN6288人脸是否录入GND提示GNDH人脸已录入Lco.24pinVCC5VGNDCNDT1031R1032LU90614保存人脸数据录入完成图3录入模式流程图（三）识别模式功能识别模式下，使用MaixBit开发板进行人脸信息的第18 期（总第54 9期）收集和比对分析，以判断人员是否存储在内部存储器中。同时，通过LU90614红外测温模块获取人员体温数据，并判断是否符合通过条件，如温度未异常则闸机开启，人员可通过。提示人脸未录入闸机无响应人工处理图4 识别功能流程图（四）上位机控制功能上位机可以连接到MaixBit开发板所在的局域网，并与门禁系统进行通信。通过上位机，用户可以对门禁系统进行远程管理和监控，例如，修改体温阈值、修改语音播报内容、远程开启或关闭门禁等功能。在出现体温异常或不合格的情况下，上位机会自动向指定的工作人员发送语音警报，并记录相应的事件信息。通过这些功能的配合，人脸识别与红外测温门禁系统设计可实现高效、安全、便捷的门禁管理。四、系统测试(一)测试方案环境：室温条件下，摄像头拍摄图像正常清晰，未受到太阳光直射及强烈正面光照。步骤：（1）模式切换测试：将系统从人脸识别模式和人脸录入模式之间切换多次，检查切换功能是否正常。记录测试结果。（2）人脸数据录人测试：在人脸录入模式下，将不同的测试者的人脸数据录人系统中，并检查录入成功后系统重启后能否正常读取录入的数据，并记录测试结果。（3）人脸识别测试：使用未录入人脸的测试者进行人脸识别测试，观察系统是否能够提示需要录人人脸数据。之后，使用已录人人脸的测试者进行人脸识别测试，观察系统是否能够提示需要测温，并记录测试结果。（4）温度误差测试：使用标准新潮电子参考温度计校准测温枪和系统中的温度模块，然后在不同温度下进行测温并记录误差值，每组取平均值。（5）报警测试：在测试者身上人为改变体温，并进行测温，观察系统是否能够检测到异常并发出警报声，并记录测试结果。（6)闸机测试：在已录入人脸数据且识别模式体温正常的情况下，使用识别成功的测试者进行闸机测试，并观察系统是否能够正常地开启闸机，记录测试人脸数据结果。比对分析(二)测试结果表1测试结果人脸是否录入是文是温度是否超杏闸机开启人员通过人工智能模式是相比测温枪组是否提示是否提别否切换需录人示测温成功1是是+蜂鸣器报警喇叭是闸机是温度误差否报警否动作是是0.6 C2是是是3是(三）测试结果分析在经过一系列的测试操作后，基本上可认定该系统装置基本满足上述功能描述，可稳定地进行模式切换、人脸录人、人脸识别、红外测温等操作，设计科学合理，符合大众需求。美中不足之处是在温度测量方面无法更加精确，还存在一定的精度误差。五、结束语利用MaixBit开发板制作的人脸识别与红外测温门禁系统功能齐全，运行稳定。该系统可以通过人脸录入功能记录人脸信息，并使用人脸识别功能和红外温度测量技术对人员进行身份验证和体温检测预警。这种技术可以满足日常高校管理中的测温及门禁需求，同时大大节省了人力和时间成本。参考文献：1栗俊杰，毛鹏军，方骞，等.基于K210的火点检测与喷头定向控制 J.科学技术与工程,2 0 2 1,2 1(35):15136-15143.2许晓萍.基于K210开发板的人脸识别考勤系统的设计与研究 J.信息与电脑，2 0 2 2,34(12):158-161.3陈海峰，张义宽.基于STM32+ESP8266的桌面型网络天气时钟系统设计 J.微型电脑应用，2 0 2 3,39(3):21-24.4刘嘉薇，吴更超，孙严鹏，等.基于k210的无接触温度测量与身份识别系统设计 J.信息通信，2021,34(6):90-92.5徐鹤，戴嫚嫚，李鹏，等.基于反射信号特征的RFID标签和移动终端跨域互联方法 J.南京邮电大学学报（自然科学版），2 0 2 3,4 3(2):6 3-7 5.162是是是是0.4C0.5C是是是是