基于Raspberry pi的智能宿舍门禁控制系统

娄子豪 陈晓谦 扬州大学

网技术的快速发展，传统门锁已经无法满足人们对于智能生活的需求，需要高效便捷的门禁系统来替换传统的老式门锁。由于传统机械锁的原因，很多学生出门后经常忘记带钥匙而被锁在门外。由于这种机械锁的弊端较多，引用智能门禁控制系统是必要的。并且对于高校而言学生的财产安全更是重中之重，受到了社会的广泛关注。宿舍门禁控制系统以其运作成本低，实用性高，灵活多样的特点，受到学生们的欢迎。在本系统中我们利用人脸识别对用户信息进行权限控制，进一步提高安全性，以及了部避免了部分学生忘记带钥匙这个情况。该系统也可以及结合各类传感器拓展功能

1.控制系统结构与功能简介

门禁管家通过语音指令来启动解锁功能，门上安装有摄像头，将其与Raspberry pi接口相连接，Raspberry pi与家庭wifi相连，摄像头通过接口数据线将捕捉到的信息传输到已经训练好的raspberry pi服务器中，进行比对开锁。在STM32上设计一块触摸式液晶键盘，用来输入开锁密码，完成密码开锁。

智能管家主要由四个模块组成，分别是语音识别，人脸识别，密码开锁，继电器模块，示意图如图1所示。

图1 智能管家示意图

2 模块组成和功能实现

智能管家的四个模块实现方案分述如下。

2.1 语音识别

要实现语音控制功能有四个关键要素：(1)采集音频数据；(2)传送数据到baidu-api接口；(3)接收数据并且将处理完的数据写入二进制文本文件中；(4)匹配指令语句，打开对应的模块。以下是实现对应功能的详细步骤：

图2 语音控制流程图

2.2 面部识别

对于门禁的人脸识别要做到两大核心功能，其一是对面部信息进行采集，储存使用者面部的信息，尤其是细节部分。另一方面是要进行准确的人脸比对，通过使用者自己与之前电脑中储存的信息比对，才能解锁。要做到面部识别，主要分为四个步骤。分别是面部采集，数据处理，识别图像以及对应功能的实现。本项目利用python已有的OpenCV功能对前三步骤进行处理。由于前期并不熟悉树莓派的运行环境，采用在Windows的环境下完成识别功能，

图3 人脸识别原理图

2.3 STM32密码开锁模块

实现密码开锁的关键条件时：1.设计输入界面；2.设定密码；3.判断是否匹配。

通过了基于STM32的远程实景智能门锁的设计,针对不同场合的需求,设计完成以STM32F407为主控,3种安全控制模式的智能门锁。目前已完成密码开锁设计。系统通过触控显示屏与用户完成交互。相对于普通的电子门锁,设计的系统在实时性、安全性与智能性方面具有较大优势。

图4 密码开锁原理图

智能门锁是指区别于传统机械锁的基础上改进的，在用户安全性、识别、管理性方面更加智能化简便化的锁具。智能门锁是门禁系统中锁门的执行部件。

2.4 继电器模块

STM32控制继电器，从而控制门锁的吸合。此继电器有两种触发方式：高电平触发：信号输入端与地之间有电压(3-24V)的触发方式，可以理解为信号输入端与信号电源正极短路触发的一种方式。低电平触发：信号输入端与地之间的电压为OV的触发方式，可以理解为信号输入端与信号电源负极短路触发的一种方式。特点如下：(1)模块采用继电器，常开接口最大负载：交流250V/10A，直流30V/10A。(2)采用贴片光耦隔离，驱动能力强，性能稳定，触发电流5mA。(3)模块工作电压： 5V/12V/24V。(4)模块可以通过跳线设置高电平或低电平触发。(5)容错设计，即使控制线断，继电器也不会动作。(6)电源指示灯(绿色)，继电器状态指示灯(红色)(7)接口设计人性化，接口均可通过接线端子直接连线引出，非常方便。

3 系统结果

本控制系统软件设计主要有主控制程序以及后台服务器数据的存储与云端处理（百度API的调用）。主程序的主要功能是通过调用人脸识别与语音控制启动开锁控制系统，并且协调与云端的关系。后台存储系统主要保存用户信息以及其他记录其他异常情况。硬件设计包括树莓派摄像头人像采集和图像处理，以及控制门锁开门的驱动电路。整套系统运行流畅且组装费用低廉，可以在广泛应用宿舍和办公室等环境。

4 结语

本文介绍了基于树莓派的智能宿舍门禁控制系统的设计思路，如果该系统能在大学宿舍或者企业的办公场所应用，将大大学生还有白领工作者的日常学习与工作，具有很大的实用性。用户只要刷脸就可实现进入。于此同时还能外加许多拓展功能，比如安全监控，智能报警等功能。对于危机情况还能准确开门，是安全性整体提升。本控制系统在未来具有很好的发展前景。