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住宅小区门禁系统设计

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发表于 2021-10-4 18:49:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
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题目        小区门禁系统设计
本表内容包括(字数不少于1000字):
一、研究的目的和意义
门禁系统是近几年在国内广泛应用的安全产品之一,在注重美观的现代都市里,现在己成为现代建筑的正规化、智能化、安全化的标志之一,它是提升公司形象的一种方式,当顾客拜访、交流、参观时,直接间接的都会提升公司的形象,传统的门锁显然是无法比拟的。从安全的角度考虑,门禁系统保证了小区、办公大厦等出入的安全问题,防止了传统的门锁、钥匙的不安全隐患等问题,门禁技术正在以惊人的速度迅猛发展。这正是我们研究居民小区门禁系统具有深远的现实意义。
二、国内外研究(设计)发展状况、发展水平与存在问题
欧美地区和日本在二十世纪八十年代就提出了门禁系统的概念,最初只是在军事重地进行应用,但快速地就将其应用到现实生活的方方面面,在门禁系统技术方面,国外的知名品牌有美国休斯(HID),西屋电气(WSE),洛杉矶泰克(NTK),以色列的DDS,英国丘博品牌4],在二十一世纪初期,IC卡的门禁系统一度占用市场份额的半壁江山,但随着近年来科学技术的不断发展,特别是RFID技术、互联网技术的发展,目前IC卡的门禁技术已经不再是市场的主流。
在国外IC卡的研究及应用的时期较早,在美国、英国、德国等国家普遍被应用,但是对于非接触式的IC卡的研究并不是久远的事情。2004年,美国及其欧美一些国家掌握了IC的核心技术,从而成为IC卡的主要生产国家,产品在全球销售非常火爆,当今世界上非接触式IC卡主流产品是Philips公司的Mifare技术,己经被制定为国际标准。欧洲一些IC卡及读卡器制造商大都以Mifare技术为标准发展自己IC卡的事业。发展至今,产品从一开始基本的IC卡开锁等常用功能发展到现阶段报警防盗、信息识别等功能,同时也在不断采用RFID技术、互联网技术、无线通信技术开发新型的门禁系统。
目前,国内对门禁系统的研究已经从认识教育和试用阶段进入到了研发阶段,但在门禁系统的设计与制造过程中还有以下几点不足之处,主要表现为:
①采用国外已有的集成模块,例如:读写器、门禁控制器、天线模板等;
②对国外已有的系统进行仿造;
③产品单一、开发成本较高。
在技术方面,中国目前也有很多厂家,仿制国外优秀的门禁系统,主要的做法有两种,第一种是购买国外的门禁系统配件,如读写器、门控器等,再对其进行二次软硬件的设计。这种门禁系统的性能很好,能满足许多安全要求很高的场所,但是价格很高。第二种方法是,除了核心芯片购外,其余部件都是对国外优质产品进行研制。这种方式比较灵活,可以随时根据客户的要求增加门禁系统的功能,且价格也比较便宜。而在系统的结构方面,国内的门禁系统大多以控制器为核心构建的,门控器大多由国外企业研制。即门禁控制器先接收读卡器的信号,再根据信号来决定是否开门。
三、研究(设计)主要内容
本文分析一种针对PLC机制的智能门禁控制。其运行环境涵盖:企业办公处、政府办事处、医院、家属楼、供电局变电站和电信基站。门禁控制系统的基本系统组成是由门卡、门的密码、门钥匙、读卡器、掌控器、电控锁和感应开关门构造;在此基础之上增加了防盗警示系统,并且采用多种方法使它成为封闭的安全环境。通过各异的编程,根据身份进出人群的身份是不同的,运用各种的开门方法,比如:卡,卡和密码,卡和密码与钥匙中的一种或者多种。主要实现访问通道权限,访问通道方式和异常告警这些功能。
四、研究(设计)方法
本次研究主要通过对各类书籍报刊查阅的方法进行研究。对小区门禁系统研究相关内容进行研究。通过对小区门禁系统的解读,通过对各类书籍报刊查阅的方法进行研究,对其进行研究,文章具备理论和实践的可行性。
五、研究(设计)预期结果和目标
门禁系统作为重要的安防设施,越来越受到重视,门禁系统的智能化、自动化是门禁系统的重要发展趋势。通过对智慧小区应用的特点分析,对比当前智能化小区中门禁系统的现状,密码门禁安全性低、刷卡式门禁易复制、生物特征识别门禁部署成本较高且涉及用户较高级别的隐私,而且普遍存在维护性差和组网困难的缺陷。因此本研究基于智慧小区的研究背景,以“互联网+门禁”的设计思想,引入PLC技术,实现对门禁系统的控制,而且方便数据采集和服务器存储。将门禁系统设计分门禁控制硬件设计、移动端软件设计和服务端管理系统设计三部分,并给出了详细地设计方案。
六、拟解决的关键问题
为了追寻数字世界的发展进程,保障我国社会的长治久安,符合民户对于防卫体系构建的不同需要,于是,智能门禁控制便应运而生。此项安保机制不仅给安保部门给予了更加快速高效的管理机制,也为用户带来了更加安全的出行便利。为此,本文依据现代PLC系统对门禁设施进行了深入革新,其主要运用类型包括:企业办公用地、政府管理部门、医院、住户小区及大型超市与公共场所等。门禁技术就目前来看,已然有了长足的发展,现代运营系统主要包括IC辨识、生物辨识、无线门禁辨识等,其在合理性与适用性上也有了较高的发展。本次设计针对PLC可编程管理装置进行研究,并通过IC卡读取设备、管理装置、传感器、电磁锁以及识别系统等实施构建,达到了多级别区分效用,安防效用以及火警预险效用等。程序实现的环节第一步为软件测试,接着当此步骤完成后再实施硬件与软件相配合的控制,假若时序模块没有漏洞管理装置就能正常运行,即能够完成智能门禁控制的各项效用。智能门禁控制装置的实现有助于增强社会的稳定性与便利性。
七、参考文献
[1]王玉锦, 杨东, 王艳杰. 基于指纹识别的小区门禁系统设计[J]. 黄河科技学院学报, 2020, v.22;No.117(05):61-63.
[2]石岩, 王浩. 基于单片机的小区门禁系统设计[J]. 现代工业经济和信息化, 2016, 6(019):98-100.
[3]赵彦, 张刚. 基于UHF RFID技术的小区车辆门禁系统设计[J]. 计算机与数字工程, 2016, v.44;No.316(02):385-388.
[4]王沁竹. 住宅小区楼宇门禁系统设计[J]. 活力, 2018, 000(018):159.
[5]郭忱. 简析智慧小区的门禁系统设计[J]. 建筑工程技术与设计, 2017, 000(028):1820-1820.
[6]阮有兵, 徐海黎, 万旭,等. 基于人脸识别的智慧小区门禁系统[J]. 电视技术, 2019, v.43;No.510(01):95-98+125.
[7]王越. 一种社区智能门禁系统的研究与实现[D]. 华中师范大学, 2018.
[8]周颖. 智能化门禁系统的设计及实现方式研究[J]. 数码世界, 2018(6).
[9]张坤, 邓炳光, 张治中,等. 基于BLE技术的小区智能门禁系统设计[J]. 信息通信, 2017(1).
[10]薛灵芝, 马惠铖, 杨娜. 智能家居门禁管理系统设计[J]. 时代报告, 2017, 000(020):135.
八、论文(设计)写作提纲
1 概述
1.1 智能门禁控制的发展
1.2 智能门禁控制的功能
1.3 智能门禁控制的分类
2 智能门禁控制的结构与总体分析
2.1 智能门禁控制的构成
2.2 智能门禁控制工作过程的硬件实现框图
2.3 智能门禁控制工作的软件流程图
3 门禁控制系统的硬件设计
3.1 IC卡的读写
3.2 电控锁
3.3 传感器
3.4 门禁控制器
4 系统软件的设计
4.1 程序梯形图
4.2 软件调试
5 总结




工作计划进程表
时  间        工 作 内 容
       
指导老师
意见        选题是否合适: □是    □否
方案是否可行: □是    □否
进程是否合理: □是    □否
任务能否完成: □能    □不能
是否同意按写作提纲(设计思路)进行写作(设计)或修改意见:








指导教师
(签字)                        年   月   日










住宅小区门禁系统设计




1        概述
1.1        研究背景
随着社会经济的快速发展,人民物质生活水平的不断提高,智能化的居家方式越来越受到人们的青睐。同时,人们也越来越注重自身安全的保护,对于安全和可靠的安全防范系统的需求日益强烈。尤其在高档住宅小区、商务写字楼和金融机构等场所,安全问题是该管理区域中最为重要的问题。不仅在管理上要求强化对于进出人员的甄别,也对安全领域的技术水平日益严格。门禁控制系统是建筑安防管理的重要组成部分,通过各类身份识别技术对进出人员进行管理。该技术是将机器自动识别技术和门禁安全管理相结合,它涉及机械电子、光学检测、计算机控制技术、网络通讯技术和生物技术等诸多新技术。目前主要的识别方式包括密码识别、IC卡识别、指纹识别、虹膜识别和人脸识别等技术。
本文将结合人脸识别技术设计一套安全可靠、方便操作的可视化门禁管理系统,改善人们在进出住宅小区时身份识别的方式,并提高安保管理人员的工作效率。另外,通过建立业主与访客的人脸图像的单向确认机制,并对其信息进行存储管理,同时对其进出人员的出入区域和时间进行记录,保证访客的活动区域不涉及其他特定的区域,从而减少外访人员对于安全防范区域的影响,并在技术上确保所管理区域的业主人身财产安全。
1.2        门禁系统身份识别类型
市场上的智能门禁控制发展迅速,出现了许多新技术。诸如人体识别(生物识别),移动卡,智能化的控制门禁等,它们有着自己的优势,安全性和方便性也有了很大的提高,而且在各个领域中出现,能够说是无处不在,这也象征着智能门禁控制在现在发展得非常成功。近年来接入了智能门禁控制的新技术:
(1)手机一卡通发展蓬勃
首先是移动卡这一新技术的兴起,经过一年多的发展,移动卡在门禁领域也被称为是家喻户晓的名称,因此人们需要的生活也更加的多样化。
(2)生物识别技术发展迅猛
生物识别技术能够说是移动卡之后的一个新领域,在移动卡之后,人类将最新的技术和需求相融合便创造了生物识别技术。顾名思义,生物识别的技术就是识别生物识别人的特征,如人脸识别,指纹识别,掌纹识别等,该技术将门禁提升到一个更高的领域,实现了一个质的飞跃。
(3)无线门禁技术日渐成熟
无线智能门禁控制的出现超出了人类对门禁的理解,曾经我们普遍都觉得开门前一定要有身体的接触,无线门禁运用了现在最智能的无线互联网,能够通过蓝牙、GPS和FSK等进行传达,进一步增强了智能门禁控制的安全性,这也是最成熟的智能门禁控制。
上面三种门禁能够说是代表了门禁创造的过程,智能门禁控制和一个罕见的技术范围发展成无所不在的基本工具,这也说明优秀的科技产物最终都会被大家所认同,从而鼓励人们要不断地发展创新。
1.3        主要内容
关于人脸识别的算法研究非常多,其核心目标就是提高人脸识别的效率,并不断实现动态视频图像的分析,以及人脸表情、肤色、性别的识别。本文主要是将人脸识别与门禁控制系统进行结合,通过确认进出人员的人脸信息进行门禁准入管理,因而本文主要的工作是:
1)、介绍人脸检测技术、特征提取与识别技术的基本理论和关键技术,特别是人脸图像的采集和传输。
2)、讨论不同人脸识别算法的特定和识别效率,并根据门禁控制系统的功能要求进行选择和优化。本文将主要对主元分析算法和向量机分类算法进行分析。
3)、采用嵌入式系统设计人脸识别门禁控制系统,其硬件开发平台采用基于天嵌科技TQS3C6410的嵌入式开发板,采用嵌入式Windows CE操作系统对硬件平台设计驱动程序。系统功能结构主要范围图像采集、传输和处理,以及门禁控制器的执行。
2        人脸识别相关技术概述
2.1        人脸识别技术流程
人脸识别是利用分析比较人脸视觉特征信息进行身份鉴别的计算机技术。从图2-1看出技术流程包括:图像预处理、人脸检测、人脸特征定位、人脸特征提取和人脸识别。

图2-1 人脸识别流程
其中,图像预处理主要负责对提取的人脸图像进行偏色校正和属性增强,降低外界光源对人脸图像检测的影响;人脸检测主要判断图像范围中是否具有人脸信息,如果图像符合人脸要求,则确定人脸在采集图像中的位置,以便系统确定人脸特征提取范围,反之不符合人脸要求则检测终止;人脸特征定位则是根据人脸图像的特征位置进行定位,特别是人脸特征区域,如眼睛、鼻尖和嘴角等;人脸图像归一化是人脸特征提取的技术前提,其主要功能在于深度校验被确定人脸特征图像区域的位置信息和光照程度;人脸识别是其整个技术流程的核心部分,通过采用不同类型的识别算法,将其人脸信息进行数据模型分析,确定其人脸的生物身份信息。
2.2        人脸识别算法概述
根据人脸图像获取方式,人脸识别方法可分为静态和动态两类,其静态图像的获取方式主要照片、静态拍摄和动态视频所截取的图像吗。从图像维度方面分析,人脸识别的图像可分为二维图像和三维图像,其中二维人脸识别是根据人脸区域的各特征点进行提取和识别,即测量眼睛、颧骨、下巴和嘴巴等间距来确定进出人员的身份。关于二维人脸识别算法主要包括有:
1)、基于模板匹配的方法。该方法的主要原则是利用人们脸部特征的分布规律建立具有立体可调的模型框架,在图像被确认人脸区域利用该模型框架定位和调整人脸区域的特征部位,其技术手段是利用计算设定模板和人脸图像灰度的相关性程度实现识别功能。
2)、基于奇异值特征方法:人脸图像的特征属性可以通过人脸图像矩阵的奇异值特征来反应,因而可以根据图像奇异值特征来对人脸图像进行分类识别。
3)、子空间分析法:该方法能够对图像进行详细描述,图像运算效率较高,能够快速实现对人脸图像特征定义和提取,广泛适用于人脸图像的特征提取。
4)、主成分分析法。主成分分析法通过对图像矩阵进行降维处理,减小数据运算的过程,是人脸图像特征提取的重要前提步骤。研究人员以此算法为技术基础,不断开展其他算法的研究和改进。
人脸识别的算法还包括:弹性匹配方法、特征脸法、人工神经网络法、支持向量机法、基于积分图像特征法(Adaboost算法)、基于概率模型法等算法。
3        门禁控制系统的硬件设计
3.1        系统硬件整体结构
本系统采用天嵌公司开发的TQ6410开发板进行硬件开发,在通过其他外围设备对其进行功能设计,其结构框图如图3-1所示。系统所传输的信息主要是人脸图像、显示信息和控制命令,其信息传输流程包括以下几点:
1)、人脸图像采集。核心板配置OV9650处理器的摄像头,对住户和访客进行人脸图像提取和数字化处理。
2)、图像显示和语音提醒。核心板在完成人脸图像的识别阶段后需要在LCD屏上进行显示,以及通过语音进行提醒。图像显示包括住户或访客的视频图像以及识别的结果信息。语音信息主要包括操作语音提醒和问候语。
3)、门禁控制命令。识别结果是门禁系统的控制命令,核心板完成人脸识别结果后将其信息通过RS232/485通信适配器传输至门禁控制器,作用其电磁机构。
4)、S3C6410微处理器信息处理。TQS3C6410搭载内含Open CV库函数的Wince6.0操作系统,实现其人脸图像特征提取和识别,将其显示结果和控制命令传输出去。
5)、数据信息存储。SD卡作为存储设备将人脸图像和识别结果入库管理,同时也可以通过SD卡启动方式将操作系统加载至核心板中。
本文将详细介绍基于S3C6410微处理器的开发板、图像处理的DSP芯片、图像采集电路、门禁控制器和其他功能模块的电路。

图3-1 系统结构框图
由于门禁控制器大多采用RS485进行数据通信,因而在系统设计中需要将门禁控制器与主处理芯片开发板进行RS485和RS232协议转化,实现彼此数据的双向传输。以太网接口的设计功能主要为了与智能家居控制器的网络连接,实现门禁控制系统与其他智能家居子系统的联动控制。
3.2        S3C6410核心板
本文所采用的S3C6410核心板是天嵌科技出品的一款应用于实际产品开发TQ6410开发板,它搭载S3C6410微处理芯片、两片16位的128M数据储存器DDR、
1GByte的程序储存器NAND-FLASH芯片(K9G8G08)、电源管理单元、100M的以太网芯片(DM9000AEP)、可连接数字摄像头的接口模块,以及连接门禁控制器的RS232通讯接口。核心板模块框图如图3-2所示:

图3-2 核心板功能模块框图
3.2.1        ARM微处理器选型
本文选择S3C6410微处理器进行数据处理和程序设计,主要基于以下几点考虑:
1)、ARM微处理器具有极强的处理能力和超低功耗,16/32位处理器能适用较为复杂的应用,如图像处理,网络传输,随着功能完善和功耗降低,正逐步取代X86架构的单片机]。
2)、S3C6410处理器采用ARM11内核,在性能上高于ARM7和ARM9架构,且该系列处理器不断成为嵌入式研究的主流平台。
3)、S3C6410微处理器的主频达667MHz,采用双总线架构,一路负责内存总线,另外一路用于Flash总线DDR内存控制器。
4)、S3C6410在功能上格外增加USB2.00TG控制器、视频解码器和2D/3D加速器,能够提高系统图像处理能力和视频显示效果。
3.2.2        S3C6410微处理器
S3C6410微处理器由韩国三星公司开发一款基于ARM1176内核的16/32位RISC微处理器,为了能够提供一个具有高效益、低功耗、高性能的处理器应用解决方案,其最高的主频可达667MHz。它采用64/32bit的内部总线架构,融合了AX1、AHB、APB总线。同时,它内置很多强大的硬件加速器,包括运动视频处理、音频处理、2D加速、显示处理和缩放。此外还内置一个采用最先进技术的3D加速器,支持Open GLES1.1/2.0和D3DMAPI能实现4M triangles/s的3D加速。
3.2.3        CAMERA接口
S3C6410内嵌Camera接口,其摄像头模块的设计兼容OV9650和OV3640两个摄像头模块,因为两者的IO电压不一样,所以在设计中加多了电平转换IC ADG3308,同时又采用了串接排阻来不使用ADG3308。OV公司的摄像头模块,需要采用SCCB总线去配置,也就是IIC总线,我们在设计中把SCCB总线接在CPU的IIC总线通道0上。OV系列的摄像头芯片需要三路电压:核心电压,模拟电压,IO电压。下图3-3为核心板Camera接口电路图:

图3-3 Camera2×10接口引脚
图像采集模块通过Camera接口与S3C6410核心板进行连接,其对应的引脚定义如表3-1所示:
表3-1 Camera接口引脚定义
引脚        定义        功能
1        I2C_SDA        I2C总线数据信号
2        I2C SCL        I2C总线时钟信号
3        EINT19        不连接
4        CAMRST        CAM模块复位信号
5        CAM PCLK        CAM像素时钟信号
6        CAM HREF        CAM行扫描信号
7        CAM_VSYNC        CAM列扫描信号
8        CAMCLK        CAM时钟信号
9-16        CAMDATA7-0        CAM数据线7-0
17        VDD5V        提供5V电源
18        VDD33V        提供3.3V电源
19-20        GND        电源 GND

3.2.4        SDRAM模块
S3C6410内嵌的DRAM控制器,用于配置外部存储器端口0和外部存储器端口1。存储器端口0支持16Bit的SDRSDRAM、移动SDR SDRAM、DDRSDRAM和移动DDRSDRAM;存储器端口1支持16/32Bit的SDRSDRAM、移动SDR SDRAM、DDRSDRAM和移动DDRSDRAM。存储器端口0所含的各芯片的片选地址空间(XmoCSn[6:7])为128MB,存储器端口1的芯片片选地址空间(XmlCSn[o:l])为256MB。本系统的数据存储采用外部存储器端口1,其外部存储端口1的引脚描述如表3-2所示。
表3-2 S3C6410外部存储器1引脚描述
引脚信号        类型        功能描述
XmlSCLK        输出        存储器时钟信号
XmlSCLKn        输出        存储器时钟信号
Xm1CKE[1:0]        输出        启动各芯片时钟信号
XmlCSN[1:0]        输出        芯片选择信号(低有效)
XmlRAS        输出        行地址信号(低有效)
XmlCAS        输出        列地址信号(低有效)
XmlWEN        输出        写使能(低有效)
Xm1ADDR[13:0]        输出        地址信号总线
XmlADDR[15:14]        输出        块信号选择
XmlDATA[31:0]        输入        数据信号总线
XmlDQM[3:0]        输出        数据总线屏蔽位
XmlDQS[3:0]        输入        数据滤波输入,只有DDR和MDDR

核心板选用K4X1G16内存(128MB×2=256MB),电路图如图3-4所示:

图3-4 SDRAM电路连接图
3.2.5        NAND FLASH模块
NANDFLASH程序储器,是对程序存储器单元进行擦写和再编程。FLASH器件的程序写入操作需要在空或被擦掉的单元内进行,所以大多数情况下,在进行写入操作之前必须先执行擦除。NAND器件采用负责的I/O口串行存取数据,其8个引脚用来传输控制、地址和数据信息,其读写操作是十分简单的,且功耗低、容量大、读写速度快。NANDFLASH接在S3C6410的Xm0总线上,其数据线为8位,使用XmODATA0-XmODATA7,由于NAND是非线型寻址,故不用连接地址线。MLC型FLASH需要3.3V电源进行供电,接到VDDIO引脚。FALE脚为NAND FLASH的地址使能端,当此信号为高时,表示送的是地址,此时NANDFLASH通过N次送址,这里的N次为NANDFLASH的总的空间大小的字节数/每次1Byte。FCLE表示送的是命令,FREn和FWEn接NAND的读写信号。FRnB是NANDFLASH忙判断,NAND的物理起始地址为0x20000000。核心板选用K9GAG08D(MLC2G)为FLASH芯片,其电路连接如图3-5所示:

图3-5 NAND FLASH电路连接图
3.2.6        以太网接口电路
嵌入式设备在涉及TCP/IP协议的通信时,需要解决底层硬件问题,即协议的物理层。以太网控制网络技术采用Ethernet 现场总线,S3C6410核心板配置10/100Mb/s自适应的以太网芯片DM9000AE2]。该芯片支持8、16和32位数据总线宽度,其寄存器操作简单有效,有Windows CE为其提供驱动程序,需系统提供
3.3V电压。由于它是一款全综合和成本较低的快速以太网控制器芯片,是通用的以太网控制处理器接口。DM9000与S3C6410硬件连接如图3-6所示:

图3-6 以太网接口与S3C6410硬件整体连接
3.2.7        LCD接口电路
核心板采用FPC-40接口,通过LCD驱动板做转接,可以驱动多种LCD屏,如4.3寸、7寸、8.4寸、10.4寸液晶显示屏和VGA转接板,其接口需提供 VDD5V电压,LCD接口图如图3-7所示:

图3-7 LCD接口电路
3.3        图像采集模块
本文选用的图像采集模块是由一个130万像素的CMOS图像传感器OV9650及其接口电路、电源电路组成。核心模块利用IPC串行总线对该传感器进行控制。电源电路则采用电源转换芯片ASlll7,向摄像头提供1.8V和2.5V的电压,其中2.5V电压是通过可调压芯片分压调节获得。3.3V电压与系统核心模块的供电电压一致,直接连接核心板的3.3V的电源即可。
OV9650CAMERA图像传感器芯片具有体积小、工作电压低和低功耗的特点,并提供了一个完整的功能的SXGA(1280×1024)摄像头单片机和一个小型的图像处理器封装包-。OV9650芯片通过串行控制相机控制总线接口(SCCB)输出完整帧、子抽样或者8/10位的图像窗口。该产品的SXGA图像阵列的传输速率最高达到15帧/秒,用户则可能够实现对图像质量、传输方式和数据格式进行控制。所有图像处理功能过程都可以通过SCCB接口进行编程,如伽玛曲线、白平衡、饱和度、色度。它还利用其特有的传感器技术,减少或消除图像受到来自光学或电学方面的干扰图像,如图案噪声和模糊等,从而提高图像的质量和获取清晰而稳定的彩色图像。
图像采集模块通过核心板Camera的2×10接口连接,并为其OV9650图像传感器提供1.8V和2.5V的电源,其模块的电路连接图如图3-8所示:

图3-8 OV9650芯片电路连接图
摄像头模块需从Camera接口所提供的5V电压中通过LM1117低压差电压调节器分压,为摄像头提供的1.8V和2.5V电压,其电路图如图3-9所示:

图3-9 摄像头电压采集电路
3.4        门禁控制器
门禁控制器是门禁控制系统的核心功能部件,相当于计算机的CPU,它根据核心板对于人脸识别的结果进行确认门锁的开关状态。目前,市场上的门禁控制器主要采用RS485和TCP/IP进行通讯,并在功能结构上融合消防报警、远程控制和智能家居联动控制。门禁控制器信息读取方式包括:磁卡读卡、指纹验证、数字密码验证等。在图3-10中,门禁控制器的接口模块主要包括:
1)、电源模块:为门禁控制器电路系统提供12V的直流电源。
2)、消防报警扩展模块:在门禁系统受到破坏或损坏时,门禁控制器将警报信息发送至安保管理中心,或通过消防警报进行提醒。
3)、以太网接口:负责远程网络控制的信息传输,同时为智能家居网关提供下行接口。
4)、感应卡读取模块:读取进出人员所持感应卡的信息,保证系统对于感应卡的向下兼容性。
5)、门磁电锁模块:根据继电器的闭合和关断状态作用门磁电锁,并在规定时间内检测门磁电锁的运行状态。
6)、IVO数据接口:读取S3C6410核心板人脸识别的信息,传输至门禁控制器单片机中处理。
7)、LED模块:显示门禁控制器、电磁门锁的运行状态,显示识别信息和数据与网络的状态。
8)、语音模块:根据人脸识别结果和门禁控制信息,向进出人员发出语音提醒信息。
9)、按钮接口:开门请求和开门确认的按钮操作,通过I/0接口发送高低电平信号。
10)、RS485接口:通过RS232/485通信适配器与核心板进行数据通讯。

图3-10 门禁控制器功能模块
3.5        音频电路设计
可视对讲门禁控制系统,需要对系统执行的状态进行语音提醒和声音响应,以及实现彼此语音对讲功能。系统确认访客的身份后,向其发出问候话语和其他操作提醒,如确认对方身份后发出“欢迎您回到温馨的家”或“欢迎您的光临”,在要求对方再次确认身份时播放“麻烦您再次确认身份,谢谢”,此语音功能突显系统的人性化设计理念。
语音提醒和对讲的实现主要是通过音频电路来实现,如图3-11所显示的音频电路主要包括音频的输入和输出处理电路。由于音频输出信号是电压为十几毫伏的模拟信号,因而需先通过功放电路进行增益调节,并将A/D转换电路转换后的数字音频信号传送到控制芯片。在图中可看出,音频信号经A/D转换和功放增益后再驱动蜂鸣器,其音频电路图如图3-12所示:

图3-11 音频电路连接图

图3-12 音频功放放大和喇叭接口电路
3.6        其他电路设计
3.6.1        系统电源电路
核心板的电压通过电源适配器变压获得5V,并将5V电压通过低压差电压调节器AS1117AR-3.3V分压获取,并通过电容将其电压进行稳压处理,从而保证为核心板各元器件和接口提供稳定的3.3V电压,以及为摄像头模块提供1.8V和2.5V电压,系统电源电路图如图3-13所示:

图3-13 核心板电源电路
3.6.2        系统时钟电路
S3C6410核心板需要四路时钟信号,分别为:12MHZ主时钟、显示模块的27HZ的视频时钟信号、用于向USBSD卡SDIO提供48MHZ的USB时钟和32.768KHZ的实时系统频率信号,如图3-14所示,12MHz的晶振频率经过S3C6410核心板内部所集成的倍频分频电路,可以为系统提供不同频率的时钟,如为CPU的工作提供667MHz时钟信号,为系统总线提供200MHz时钟信号,以及为片内外设置24MHz的低频时钟信号。

图3-14 系统时钟电路
4        人脸识别门禁控制应用分析
4.1        住宅门禁控制技术类型
随着城市人口数量的不断提高,城市土地资源的日趋严峻,居民住宅建筑和商业建筑的集约化水平越来越高,对于门禁管理系统的要求也越来越严格。门禁控制系统是对进出人员的信息介质进行自动识别的准入管理系统,目前该系统的识别方式包括键盘操作、接触式感应卡、指纹识别,非接触式感应卡、虹膜识别、人脸识别、声纹识别。其中,生物特征识别门禁系统主要是根据人体生物特征进行身份辨识,其技术类型包括人脸识别、指纹和掌纹识别、虹膜识别、语音和声纹识别等,主要应用于高档住宅、会所和高度机密场所等。
4.2        可视对讲门禁控制系统介绍
从安全角度和应用范围来分析,目前住宅小区领域的门禁控制系统主要通过可视语音对讲进行身份确认,此技术的实现相对简单、稳定和低成本,在中小型的楼旁和住宅小区中获得广泛使用,其操作流程如图4-1所示:

图4-1 可视对讲门禁操作流程
访客根据住户的房号信息进行按键呼叫,并触发摄像头将其图像信息传输至控制终端,住户根据其要求对访问进行确认,并通过语音与访客进行沟通,最终通过控制终端触发门禁模块,完成其开门动作。
其技术实现由门口机,即访客呼叫住户的终端,呼叫住户家中的可视对讲控制终端,两者通过RS485传输数据信息,完成其门禁动作以及其他功能模块的扩展。
其技术结构框图如图4-2所示:

图4-2 可视对讲技术结构框图
从图4-2看出,触摸屏在可视对讲门禁控制中的应用改变以往机械按键的呼叫方式,并提升住宅小区的整体科技氛围,强化智能小区和智能生活的科技概念。可视对讲的实现还依赖于操作软件的核心控制,主要嵌入至住户家中的可视对讲控制终端和门口机终端,完成访客和住户间的呼叫确认过程,以及其他扩展功能的实现。
随着智能家居的技术提升,智能化控制要求包括安防监视、安防报警、智能家电、信息发布和远程控制,作为可视对讲的控制终端设备,其自身功能扩展也根据其控制要求不断增强,目前可视对讲的控制设备已经可以实现对其他设备的控制,如图4-3所示:

图4-3 现代可视对讲系统功能结构图
从市场上分析,现有的门禁对讲系统主要还是采用语音的识别方式,且信号传输采用模拟信号,由于价格的优势,被一些普通住宅小区所使用。随着数字化家庭的不断发展,以及网络化信息的需求,数字化传输将逐步应用到可视对讲行业,不仅有利于提升信息的传输水平,同时也有利于网络化的远程控制,真正实现智能家居的控制。在涉及到可视化对讲领域,视频的采集和传输非常重要,这也是人脸识别技术应用在可视对讲的一个技术切入点,只有在优质视频信号的基础上才能将人脸识别进行应用和研究,从而加快门禁系统的身份识别效率,改变以往的语音呼叫、密码按键、指纹确认或磁卡感应的进出许可方。
5        总结
采用嵌入式系统设计人脸识别门禁控制系统,其硬件开发平台采用基于天嵌科技TQS3C6410的嵌入式开发板,熟悉S3C6410的核心板的各个功能模块,特别是S3C6410核心板与门禁控制器扩展电路的连接,DM9000AE以太网控制电路主要为智能家居扩展进行设计。
采用嵌入式Windows CE操作系统对硬件平台设计驱动程序。通过将Windows CE操作系统移植到ARM开发板上,并通过对VC6.0的宏定义设置将OpenCV库函数移植到Windows CE操作系统中,为系统提供人脸图像处理的库函数。
可视化门禁系统作为安全防范系统中管理最前段的组成部分,相对于外围视频监控系统,它是其访客进出安防区域中最为关键的确认机制。该技术最早在欧美发达国家发展和应用,其市场的发展速度比其它安防类产品高出很多。随着中国经济的快速发展,人们更加注重自身安防领域保障措施,可视化门禁管理系统在国内的银行、金融系统、邮电系统、供电系统和高档住宅区域等场所广泛应用。




鸣  谢

非常感谢校方各位领导和老师们给我这次锻炼的机会,协助我完成了毕业设计。通过这次设计锻炼了我吃苦耐劳的能力,本身专业基础不是很扎实,很感谢老师的多次指点让我茅塞顿开,也多亏有了学校诸多实验仪器的支持这次设计才得以完成。在此期间学校多次召开讲座指导我们如何查询资料,如何完成设计,让我们从完全不懂到得心应手。这次的设计是我人生中的一大成就,以前从未想过自己也能设计某种东西,简直是天方夜谭,可如今实现了,证明了没有想不到,只有做不到,努力还是会有收获的。老师的渊博知识和谆谆教诲让我感动,在这里我由衷的感谢各位老师的指导,在今后的工作生活中也要力争以老师们为榜样,做一个有能力的人。



参考文献

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