基于人面智能門禁系統的采集與控制系統設計

摘要：隨著社會的發展，快速有效的身份自動驗證要求日益迫切，人臉是最自然最直接的特征。基于人面智能控制的家用防盜門禁系統以人臉作為身份識別，判斷來者的合法性，并以此來控制門的開關。文中實現了以89C51為核心處理器的門禁系統的采集與控制系統的設計。當檢測到有人來時觸發系統工作：由光敏采集外界光線強度控制照明系統;進行圖像采集，如果人臉圖像難以采集語音提示進行姿態調整;將采集到的圖像與圖像庫中的合法用戶圖像進行比較，一致則是合法進入者打開電動門，若不一致進行語音報警提示其離開。經過實驗，系統實現了智能門禁控制，工作穩定。

隨著安全入口控制應用需要的快速增長，生物統計識別技術得到了廣泛的開發與研究。目前，微電子和視覺系統方面取得的新進展，使該領域中高性能自動識別技術的實現代價降低到了可以接受的程度。人臉識別技術是基于人的臉部特征信息進行身份識別的一種生物識別技術，也是所有的生物識別方法中應用最廣泛的技術之一，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，人臉識別技術的應用還不是很廣泛。提出了基于人臉識別技術的智能門禁系統，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

人面識別智能門禁系統的采集與控制系統主要實現前端的信息采集及人臉身份識別后的控制與語音報警處理。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。當有人來時由熱釋紅外傳感電路感知到觸發單片機控制光敏采集電路采集外界的光線強度，以此控制照明燈亮滅。單片機通過串口給工控機發送一個信號，由工控機控制攝像頭采集人臉圖像，對采集的人臉圖像進行人臉識別、身份判斷：如果是合法的進入者給單片機一個開門信號，由單片機控制繼電器開門;如果是非法的來訪者給單片機送一個報警信號，由單片機控制語音提及報警電路發出語音提示及報警。

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，人進入其感應范圍則輸出高電平，人離開感應范圍自動延時關閉，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，經由A/D轉換為數字信號送給單片機進行處理，以決定是否點亮照明燈，滿足圖像采集部分對光線的要求。電路圖如下圖2所示。

當紅外傳感器電路檢測到有人來時由單片機P1.0輸出低電平，電路開始由光敏電阻采集外界光線，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，由此控制照明系統;通過串口給工控機發送信號進行人臉采集、人臉識別和身份驗證，根據工控機發送的控制信號實現對門的開關，如果來訪者不是合法的進入者控制語音系統語音報警，警示離開。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，與工控機交互實現控制門的開關及語音報警電路工作。

2.4 語音提示及報警電路設計

該電路實現在人臉圖像采集失敗時發出姿態調整語音提示和對于沒有資格進入的來訪者發出語音告警。該單元電路選用了ISD4004語音芯片，ISD4004是美國ISD公司制造的一種新型語音芯片。ISD4004系列工作電壓為3 V，單片錄放時間為8—16分鐘，音質好。聲音錄放采用CchipCorder專利技術，即無須A/D轉換和壓縮就可以直接儲存，沒有A/D轉換誤差，在個記錄位(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。

在系統開始運行的時候可以通過按鍵KEY1錄音，KEY2放音，預先錄入兩段用戶語音：語音提示和語音告警。單片機通過SPI接口控制ISD4004芯片。

2.5 繼電器控制電路

單片機實現照明系統和門的開關控制，必須通過控制電路，一般常用的方法就是由單片機控制繼電器進而控制受控對象。繼電器選用了電磁控制繼電器HK4100f，可實現由5 V控制220 V交流電源的通斷。電路圖如圖5所示。

若要打開照明燈，單片機控制P0.0輸出低電平，照明燈亮;若要開門，控制P0.1口輸出低電平，電動門打開。

3 軟件設計

軟件設計直接影響著系統的功能。使用集成開發環境keil C51，應用C語言編寫程序，具體的流程圖如圖6所示。

4 結束語

利用proteus進行了仿真;仿真調試成功后用Altiumdesigner進行了電路板設計，完成了元器件焊接與系統的軟硬件調試。實現了利用人臉作為身份識別，控制大門的開關;并對不合法的來訪者會發出聲音報警。本系統應用面廣，工作穩定，有研究應用推廣價值。