玩转树莓派2017-07-17 18:59

毕业论文

基于微型计算机的人脸识别门禁系统设计

1． 课题意义及目标

随科技的不断发展，安全性的要求也不断提高，IC卡等传统身份识别工具已不能满足社会需求。所以从通用性、安全性、成熟性和造价性等多方面综合考虑，研究新的识别工具是一个必然的趋势。基于人脸识别的门禁系统的设计，能够提高传统安保行业的安全性、方便性、直观性等，最为有效的杜绝了门禁管理中的人为因素，充分体现了门禁管理的人工智能性，避免不必要的安全隐患和人员纠纷。因此本次毕业设计选择了人脸识别门禁系统的研究与实现，以保证门禁数据的真实性，真正做到安全、方便和直观的门禁管理，从而进一步提高公司、仓库、家庭等地的安保水平和管理稳定性。

本次设计将以微型计算机为核心，需选择合适的电源模块、检测模块、、数据存储模块、键盘模块、显示模块和声光报警模块，完成人脸识别系统的检测并报警处理的设计。要求能够将出入门禁系统的人员面部进行识别，能够在人脸数据匹配预存数据库资料时启动门禁系统中开门系统，当人脸数据不匹配预存数据库资料时启动门禁系统中闭门系统，实现防范防盗的作用，创造安全良好的生活工作环境。

2．主要任务

（1）查阅资料，了解人脸识别门禁系统的原理和基本构成，提出系统总体设计方案。

（2）通过学习完成的各个控制硬件电路设计（如检测模块，A/D转换模块，声光报警模块，系统电源模块等）。

（3）完成人脸识别门禁系统的软件设计。

（4）完成人脸识别门禁系统的调试、仿真和实物制作。

（5）完成设计说明书。

基于微型计算机（树莓派）的人脸识别门禁系统

摘 要

随科技的不断发展，社会不断的进步，人们的自身安全意识和要求也再不断提高，IC卡等传统身份识别工具已不能满足社会需求。所以从通用性、安全性、成熟性和造价性等多方面综合考虑，研究新的识别工具是一个必然的趋势。为能够提高传统安保行业的安全性、方便性、直观性和有效的杜绝了门禁管理中的人为因素，通过人工智能方式，避免不必要的安全隐患和人员纠纷。

提出一种基于微型计算机（树莓派）的人脸识别门禁系统，该系统通过使用人脸识别云服务可以实时对人员进行分析辨认，以保证门禁数据的真实性，真正做到安全、方便和直观的门禁管理，从而进一步提高公司、仓库、家庭等地的安保水平和管理稳定性。文中详细描述了该系统的搭建和实现过程，为相关产品提供了一套很好的解决方案。对所设计的系统进行了模拟测试，其测试结果达到了设计目标。

关键词： 微型计算机(树莓派)，人脸识别，云服务，Python

目录

第 1 章 绪 论

1.1 研究背景

随着社会的发展，安全教育不断的深化，人们的安全防范意识也逐渐赠强，这里面不光包括个人安全，还涉及到了财产和知识产权的保护，安检的高效，贸易的顺利流通等方面的需求增加，这种生物

由此可设计出人脸识别门禁系统的总体结构框图，如图2-1所示：

图2.1 人脸识别门禁系统的总结构框图

本次设计中测试及最终使用，一直采用Python2.7编程语言对微型计算机（树莓派）系统进行开发和设计，其中人脸识别调用了face++的API， 官网提供了基于Python的SDK，该语言的可读性高很适合本系统的开发。本系统总体结构图如上。本地终端为微型计算机（树莓派），云服务采用了FACE++人工智能开发平台。

2.2系统主要功能实现

本论文中所设计的系统是对人脸图像进行处理识别并与门禁系统配合起到安全防盗的基本功能。工作原理是首先将三张待检测人员的照片存储到树莓派文件系统，执行此段程序时，调用face++的detectAPI将三张照片中的人脸信息存储在开发者账号，然后执行search的API，对现在进行的人脸识别程序中拍摄的照片进行处理，检测照片中的人脸信息并与之前上传的人脸信息对比，并返回相似度最高的人脸信息。我们在程序中只提取confidence的值，即人脸相似度。当触摸开关被按下，程序会发出警报LED闪烁，接着进行一张人脸的采集。并将此照片与已经上传的三张照片做对比。判断出相似的人脸。当相似度大于70%，则开门（电机正转开门 、停止并发出警报声、电机反转关门）。

系统由微型计算机（树莓派），驱动模块，检测模块，显示模块，报警模块，电源模块等组成。系统带有按键，用户可以通过按键触发人脸识别功能；系统具有采集和检测人脸功能，可以当进入人员匹配成功时，开启大门，同时报警装置启动；当进入人员匹配失败时，大门不开启以保障安全。

在本设计中，系统主要模块各自的功能如下：

（1）主控模块。在本设计中主要起到集中分配的作用，不仅需要即时采集人脸图像，调用API处理图像，同时还要提供摄像头检测、驱动芯片、显示屏等数字器件的工作信号。

（2）按键模块。系统的输入部分，实现人机交互。通过接收触控按键的电平信息，使得微型计算机（树莓派）得到需要的数据。

（3）驱动模块。厂门电极作为大门开闭的过程控制的控制元件，其驱动主要由驱动芯片实现。通过操纵大门电机正转和反转，实现对大门的开闭控制。

（4）显示模块。以连接一台电脑显示器即可

（5）系统电源模块。系统电源模块主要负责给系统提供符合要求的电流与电压，由于微型计算机（树莓派）使用低压直流电压，就需要将两节锂电池18650电源7V转换为符合要求的电压、电流。从而使整个系统有持续的供电保证。[4]

本系统的设计具有半自动门禁系统的特点。待检测人员需要用手按下触摸开关，进而触发人脸识别。系统将对其进行摄像并将图像发送至云端服务进行处理，待处理完之后微型计算机（树莓派）对返回的比对数据结果进行判断。如果对比成功，则驱动步进电机开始旋转。系统的实时性是用户体验的关键要素，系统正常工作时待识别的人员感觉不到卡顿状况 ，实时性良好。

第3章人脸识别门禁系统硬件设计

3.1主控模块

图3.1 主控模板实物图

本次设计的主控模块是使用微型计算机──树莓派3代B型主板。树莓派3代B型主板，该主控板模块的优势是拥有良好的标准模块扩展性，主板上预留的接口可完美对接与之配套的树莓派500万像素专用摄像头、7英寸液晶触摸屏、Sense Hat传感器模块等。除了可以在爱好者论坛下载网民大神们做好的系统包之外，如今还可以直接购买预装了树莓派代3代B型主板专用NOOBs系统的MicroSD卡。说到这里就又促生了树莓派代3代B型主板的进一步优势，那便是与微软的结合，微软为该产品推出了与之适配的Windows 10 IoT版操作系统，用户可以使用到更加熟悉的UI，使得通过标准扩展模块和GPIO接口扩展模块操作变得简单，IP等协议的配置也变得更加简单，同时驱动又在不断更新，不断完善，所以不用再去考虑重新开发Windows的驱动程序，以上这些与树莓派代3代B型主板的结合，对新入门的玩家以及互联网开发者来说是意义非凡的。

主要包括以下几点：

【Raspberry Pi 3 Model B】

· BCM2837

· 64位的1.2GHz四核ARM Cortex-A53

· 1GB内存

· 10/100自适应网卡

· 802.11n WiFi无线网卡

· 低功耗蓝牙4.1 (BLE)

· HDMI接口

· USB 2.0接口 x 4

· MicroSD 卡插槽

· 3.5 mm 音频输出接口

· 40PIN GPIO接口

· CSI摄像头接口

· DSI显示接口

· 升级后的电源管理系统，以便使用更多耗电的外设（须用2.5A以上电源供电） 树莓派3代B型是一款基于ARM的微型计算机主板，以SD/MicroSD卡进行存储，该主板提供USB接口和以太网接口，可以连接键盘、鼠标和网线，该主板具备所有PC的基本功能，例如：高清视频播放、电子表格书写、玩游戏等诸多功能，还整合了视频模拟信号的电视输出接口和HDMI高清视频输出接口。 树莓派将Python作为主要编程语言，支持Java、BBC BASIC (通过 RISC OS 映像或者Linux的"Brandy Basic"克隆)、C 和Perl等编程语言。本设计使用的是最新树莓派官方系统。是基于debian的一种linux32位操作系统。本次设计使用系统中安装的python2.7运行程序。

3.2检测模块

3.2摄像头模块实物图

本次设计的检测模块是使用树莓派专用500W像素摄像