基于AI智慧人脸门禁系统的硬件系统设计

（南京城市职业学院，江苏南京，210000）

电子科技

摘要：基于人脸识别的智慧实训室门禁系统中的硬件部分的设计，本文就设计目标，设计方案、系统组成，硬件调试等方面作介绍，通过测试最终为实现设置办公室白名单，实现实训室的智能化管理系统提供了硬件平台。关键词：人脸识别；门禁系统；安卓开发板；树莓派0 引言

俱增。为此，学校要与时俱进，需要不断的引进先进教学设随着教育事业的快速发展和普及，在校学生的数量与日

改善，安全管理问题接踵而来，比如教学楼，机房仪器设备备，扩展教学场地，改善教学环境。但是，随着学校的条件

的安全管理等等。根据以上种种，就有必要对学校一些重点场地进行相应的安全管理措施，特别是学校放于高档贵重仪器的机房，需要进行特别的管理，确保设备的长期安全性，同时学校机房也是一个保密性要求比较高的地方，一般情况下是不允许人随便进入的。

可适合以上特点，并且人脸识别技术本身的特点和优势具有基于AI智慧人脸门禁系统应用在学校实验室安全管理

识别的唯一性、自然性、安全可靠和方便使用的特点可以很好解决以往学校机房管理存在的问题。

1 设计目标及内容

系统。

目标：设计出一套基于AI的智慧人脸门禁系统的硬件统的硬件架构、并协助后台管理系统来完成门禁系统。

主要内容：基于门禁系统的需求，设计并搭建出门禁系

2 设计方案概述

■ 2.1 设计方案原则的选择

本方案的设计原则如下：

平台上运行具备一定的优势。（1）采用较为先进的技术力量，保证应用程序在硬件可靠性。

（2）采用成熟的硬件技术，保证应用程序的安全性和（3）硬件平台便于扩展和维护，易于技术的更新。（4）（5）具有可靠性，可用性和安全性，具有完善的技术充分利用现有的硬件资源，尽量减少不必要的再投资。

支持。能够满足个人学习和设计需要。■ 2.2 实现硬件平台主要功能

（6）运行本软件所需的硬件资源。

（1）人脸信息录入：使用手机、平板等设备，采集教师、学生面部数据（或从电子照片获取），并存储在数据库中。（2）门禁控制：树莓派（安装Android Things系统）

通过推送服务获取控制信息。

控制电磁锁实现门禁管理，树莓派连接至开源的MQTT服务，名单，利用（3）实训室管理：通过在基础信息中设置实训室的白

并做人脸对比（1:1），实现实训室的智能化管理。Android开发板、USB摄像头获取视频数据，■ 2.3 设计方案

进行集体方案论证，共同制定设计方案，如图通过查阅资料、调研、吸取已有技术的基础上，项目组

1所示。图1 硬件部分设计方案图环境为：

此方案在服务器安装基础信息管理系统的基础上，所需公网硬件环境：4GBIP。

及以上内存；至少10G可用硬盘空间；Apache Tomcat 9.0.6。

软件环境：JRE 1.8.0_161或更高；MySQL5.7；droid 5.0手机或平板安装人脸信息采集及以上系统；带前置摄像头；5APP，所需环境：An-Android开发板安装智慧门禁APP，寸及以上屏幕。

droid 5.01080P高清及以上系统；9.7USB摄像头；支持网络（WIFI、有线或寸及以上屏幕；支持所需UVC环境：An-

开发板安装电磁锁控制APP，所需环境4G）。协议的Android Things 0.7；触摸屏幕；支持网络（WIFIAndroid Things或有线）。

：

3 硬件平台系统构成

■ 3.1 硬件系统组成

符合结构简单，成本低，运行可靠性等设计要求的硬件

www�ele169�com󰀁󰀁|󰀁󰀁5

电子科技系统由供电电源、安卓开发板、识别显示终端、高清摄像头、树莓派、门锁驱动模块、电磁门锁等组成。图2给出了硬件系统构成示意图。打开/关闭不超过5秒。4 运行调试例，进行了详细硬件平台和应用软件联调，图4给出了调试流程示意图。根据以上设计要求，以某实验室人脸识别门锁控制为图2 硬件系统构成示意图■ 3.2 硬件系统关系及主要部件说明频数据，检测其中的人脸信息并与数据库中的人脸数据对比（1:1），符合条件的存入数据库，并通知门禁控制设备。Android开发板、USB摄像头：课前课后利用获取视硬件系统中的树莓派（安装Android Things系统）：

图4 调试流程示意图控制电磁锁实现门禁管理，树莓派连接至开源的MQTT服务，通过MQTT服务获取控制信息。图3给出了硬件系统关系示意图。

系统低功耗节能控制功能：当识读设备在一段时间内没

实验环境。经过部件检验、软件测试、软硬件整体联调和反判断和控制门禁的开与关最终测试效果达到了设计要求。

在硬件设计、部件加工和制作、装配的基础上，搭建了

复试验，性能及参数验证，完成一个通过人脸信息识别，来

有触摸屏操作和人靠近时，硬件系统自动关闭内置摄像机及液晶显示面板等设备，启动低功耗工作状态。■ 3.3 主要性能指标快速性；

（1）客户端APP采集人脸信息时需实现数据准确性、（2）人脸识别时匹配数据库不超过1秒；

（3）客户端所有界面操作响应时间不超过1秒，服务（4）树莓派向继电器发出信号时，继电器控制电磁锁

5 设计创新与特色

识别门禁控制系统，提高了系统的运行效率，在唯一性、自提升了实训室智能化建设水平。

该设计结构合理，学科特征明显，方案合理可行，具有

本系统使用ArcFace虹软人脸认知引擎，实现了人脸

然性好、简单方便、非接触性、识别速度快、成本低等方面，一定的创新性。项目组织实施和管理及试验方案合理。

器的交互、交互响应时间不超过5秒；

6 总结

实训室进出人员进行管理，并且人脸识别

该智能实训室管理系统已经应用在对

技术本身的特点和具有识别的唯一性、自很好解决实训室进出管理存在的问题，以后还可以在现有的基础上添加智能办公、

图3 硬件系统关系示意图然性、安全可靠和方便使用的优势，可以网络远程管理等功能。

6󰀁󰀁|󰀁󰀁电子制作󰀁󰀁󰀁󰀁2019年06月

本文对重点及关键设计目标进行分析

（下转第32页）

智能应用且比较稳定。5 结束语对手写文字的识别检测。拍摄手写文字的图像，经过图像采 图9 识别软件结果图设计的基于机器视觉技术的手写字体识别系统，实现了集，预处理，获得文字笔画特征并进行特征识别和检测。通过对手写文字笔画的特征提取与分析，实现了对手写文字的所用时间均在28s以内。实际应用推广空间巨大。参考文献4 实验与分析自动化、快速的识别。在实验中，成功率达到95%以上，学校的图书馆里面，对各种图书的分类和整理也需要对各类图书书名的整理和识别，在这些书名和学校学生作业里面，合，中文汉字与字母之间的额组合，中文汉字与数字和字母的三者的组合，等等。如何快速准确的对文字进行快速的识别和检测，是文字智能识别系统的关键，这就要求文字智能识别系统具体识别正确率高、识别准确率高等特点。现对识别检测系统检测一批相同数量的不同类别组合的手写文字图像，在相同数量手写文字的情况下进行对比试验。

表2 数据结果序号组别一批1二批一批2

二批一批3

二批一批4

二批一批5

二批时间/s21282322232224202520正确识别检测数量99/10098/10098/10099/10097/10095/10099/10097/10098/10096/100误检数量󰀁1221351324不仅是在各大高校、中小学里面，在各大省市、地区和包括了中文汉字与中文汉字的组合，中文汉字与数字的组

＊ [1]刘建春,林海森,黄勇杰,江骏杰.基于机器视觉的金属边缘细微缺陷检测方法的研究[J].制造技术与机床,2018(11):137-140.

＊ [2]雍洋洋,张广才,高新浩,何继荣,温贻芳.基于机器视觉的机器人装配工作站系统设计与研究[J].机械制造与自动化,2018,47(05):184-186+209.

＊ [3]管小清,陈渌漪,吕志强.工业码垛机器人的视觉伺服技术[J].＊ [4]齐家栋,刘琼,熊湾.机器视觉在生球团含水率预测中的应用＊ [5]邸伟峰,李迪,董志劼,王世勇.基于机器视觉的PCB板自动＊ [6]刘磊,王冲,赵树旺,李海滨.基于机器视觉的太阳能电池片缺陷检测技术的研究[J].电子测量与仪器学报,2018,32(10):47-52.

贴装系统设计[J].自动化与仪表,2018,33(10):59-63+98.[J].现代电子技术,2018,41(20):83-87+92.机械设计与研究,2018,34(05):54-56.

幅不同类别组合的手写文字图像，依次在同样的试验环境下进行了5组识别检测试验，可以看出一批的误检率范围为1%—3%，二批的误检率范围为1%—5%，两批试验最大误检率为5%，在误差范围内。两批所用时间均在28s以内，

（上接第6页）

从试验结果可以看出，以上两批试验同时识别检测100误检率%1221351324＊ [7]杨健,豆昌军,辛浪,柳伟兵,周鑫.视觉匹配技术的药片颗＊ [8]王润民,桑农,丁丁,陈杰,叶齐祥,高常鑫,刘丽.自然场景＊ [9]王迎晖.基于机器视觉的物料分拣工业机器人技术研究[J].＊ [10]田齐,张令.基于机器视觉的晶圆裸片计数方法[J].传感器与微系统,2018,37(10):41-43.

仪器仪表标准化与计量,2018(05):28-30.

图像中的文本检测综述[J].自动化学报,2018,44(12):2113-2141.粒计数算法研究[J].包装工程,2018,39(19):175-180.

和集中攻关，不仅有理论研究基础和创新技术实践，给出了硬件系统平台的设计方案，同时具有很强的现实应用及创新训练价值，项目完成后预计能取得一定的经济或社会效益。

参考文献＊ [2]陈国发.基于单片机和RFID的智能电子关封设计[J].电子测＊ [3]陈国发.基于单片机的智能函数信号发生器[J].电子制作，＊ [4]陈国发,陈致远.电子关锁编码与解码识别方法研究[J].无线互联科技，2018(22).2018(05).

试，2018(03):38-47.

＊ [1]钱游,陈国发等.单片机实用技术[M].西安：西安电子科技

32󰀁󰀁|󰀁󰀁电子制作󰀁󰀁󰀁󰀁2019年06月

大学出版社，2017.