基于人脸识别的智能门禁系统设计

吴立军　宁睿　侯德华　万鸾飞　刘彦

摘 要：门禁系统是对身份进行识别与管理的系统。传统的门禁系统多由人力登记完成，不方便。因此，引入智能化身份识别技术是当前社会发展的必然趋势。本设计将人脸识别技术、射频识别技术、指纹识别技术和密码识别技术相结合，开发智能门禁系统，支持多种身份识别方式，可满足各式人群的需求。本设计经过多次测试，可以快速识别身份信息，可应用于图书馆、宿舍、上班考勤以及上课签到等需要进行身份识别的场合。

关键词：HLK-KT210;人脸识别;RFID射频卡;身份识别;智能门禁系统

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）26-0019-03

Design of Intelligent Entrance Guard System Based on Face Recognition

WU Lijun NING Rui HOU Dehua WAN Luanfei LIU Yan

（1.Electric & Automation， Wuhu Institute of Technology，Wuhu Anhui 241006;2.Tianjin Bo nuo Zhichuang Robot Technology Co.， Ltd.，  Tianjin 300350;3.Tianjin Key Laboratory of Intelligent Robot Technology and Application Enterprise， Tianjin 300350）

Abstract： The access control system is a system for identifying and managing identity. Traditional access control systems are mostly completed by human registration， which is inconvenient. Therefore， the introduction of intelligent identification technology is an inevitable trend of current social development. This design combines face recognition technology， radio frequency recognition technology， fingerprint recognition technology and password recognition technology to develop an intelligent access control system that supports multiple identification methods to meet the needs of all kinds of people. After many tests， this design can quickly identify identity information， and can be used in libraries， dormitories， work attendance， class sign-in and other occasions that require identity recognition.

Keywords： HLK-KT210;face recognition;RFID radio frequency card;identity recognition;intelligent access control system

随着人工智能技术的不断发展，身份识别技术得到了快速进步与应用[1-2]。本设计在人脸识别技术的基础上，实现了人脸、密码、指纹以及射频识别（Radio Frequency Identification ，RFID）等方式的身份识别。可通过单片机或计算机端来录入生物特征，而数据库储存量可以满足各行各业的工作和生活需求。

1 系统的总设计方案

本设计由HLK-KT210模块、STM32单片机、TFT液晶显示模块、RFID模块以及AS608指紋识别模块等组成。它以STM32单片机作为主控，自主选择以哪种方式进行身份识别，身份验证通过，门禁解锁。在身份验证后，输入管理员密码获得系统管理权限，可以进行门禁密码修改、RFID磁卡录入与删除以及指纹录入与删除、人脸录入与删除。与此同时，门禁密码采用8位有效密码模式，密码可输20位，只要有8位连续有效密码即可验证身份。系统设计框图如图1所示。

2 人脸识别算法

HLK-KT210采用卷积神经网络进行人脸识别，卷积神经网络分为卷积层、线性整流层、池化层和全连接层[3]。卷积神经网络利用输入图片的特点，把神经元设计成3个维度，即width、height和depth。如果图片大小是30×30×4（rgb），那么输入神经元就具有30×30×4的维度[4]。换句话说，将输入的人脸图像转换成向量表示，经过一系列卷积后，全连接分类得到类别概率，然后得到人脸向量表示，其具有相同人对应的向量的距离小、不同人对应的向量距离大的特点，以此达到人脸识别的目的。

3 系统结构及电路设计

3.1 系统硬件电路设计

3.1.1 HLK-KT210人脸识别模块。HLK-KT210人脸识别模块内置AI（Artificial Intelligence，人工智能）人脸识别算法和模型库，支持双目活检，支持离线检测，支持500～800人脸特征库。可用单片机进行驱动，驱动程序代码量极小，用户接口开发简单快捷方便，串口驱动可以配合客户快速开发，可应用在安保系统、通行系统、考勤及会务等领域，实物如图2所示。

3.1.2 AS608指纹识别模块。AS608指纹识别模块采用8pin的控制接口，供电电压为3.3 V。通信总线有两种，分别为串口通信和USB通信，如图3所示。采用串口通信，编程简单，但兼容性不好;采用USB通信，编程较难，但USB作为最常用的总线接口，兼容性好[5-6]。

3.1.3 RC522射频卡感应模块。RFID-RC522模块采用基于RC522芯片设计的射频读卡控制电路，使用方便，成本低。模块电源电压采用3.3 V，通过一个SPI输出接口直接与任意的两个主板接口进行数据通信，保障整个模块稳定可靠地运行[7-8]。实物如图4所示。

3.1.4 声光报警装置。本系统选用蜂鸣器和LED灯作为报警装置。蜂鸣器驱动原理如图5所示。

3.2 系统软件设计与流程

本系统包含HLK-KT210模块、TFT液晶模块、AS608指纹识别模块以及RC522射频卡识别模块等。先接通电源，对系统进行初始化。初始化完成后，触摸唤醒TFT液晶显示屏，用户可以通过指纹、RC522射频卡、人脸特征和门禁密码4种方式进行身份识别。单片机进行处理，并在TFT液晶屏上显示身份是否正确，当身份识别正确时，会有声光提示，通过输入管理员密码进入管理员模式，进行指纹、密码、RFID、人脸的修改、增加和删除。系统流程如图6所示。

4 系统调试及分析

4.1 系统调试

4.1.1 系统初始化。在系统开机后，触摸屏处于沉睡模式，减少能耗。通过触摸TFT液晶显示屏唤醒显示屏。

4.1.2 人脸识别。进行人脸识别检测身份时，HLK-KT210模块显示屏显示人脸识别状态，若超时或是人脸库中没有当前采集人脸的生物特征，则退出人脸识别模式。

4.1.3 指纹识别。进行指纹识别检测身份时，未录入的手指放在指纹传感器上，TFT液晶显示屏会显示未搜索到指纹。

4.1.4 磁卡识别。当使用RFID磁卡进行身份识别时，如果未检测到磁卡或者磁卡信息与库中不匹配，就无法开启门禁。

4.1.5 密码识别。当使用密码进行身份识别时，如果密码错误，就无法开启门禁，显示“密码错误，请重新输入”。

4.1.6 管理员模式。进入管理员模式后，用户可以通过输入管理员密码获取最高权限，对密码、指纹、人脸以及磁卡的设置进行修改。

4.2 结果分析

经过上述调试和大量数据比对，本设计能够实现人脸识别、RFID识别、指纹识别以及密码识别等功能，满足设计所需求的功能。同时，在管理員模式下，可以对指纹、密码、RFID以及人脸等数据进行修改、增加和删除。

5 结语

本设计采用模块化设计思想，先后完成了人脸识别模块、RFID模块、指纹识别模块、密码识别模块、液晶显示模块以及声光报警模块等电路设计。整个装置较好地实现了设计要求，能够实现人脸识别、磁卡识别、指纹识别以及密码识别等门禁解锁功能，识别精度高。特别是人脸识别具有活检功能，视频和照片无法替代人脸检测。未来可以通过试验和分析不断优化系统。整个系统可以满足设计需求，功能强，系统运行可靠。

参考文献：

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