基于人面智能门禁系统的采集与控制系统设计

摘要：随着社会的发展，快速有效的身份自动验证要求日益迫切，人脸是最自然最直接的特征。基于人面智能控制的家用防盗门禁系统以人脸作为身份识别，判断来者的合法性，并以此来控制门的开关。文中实现了以89C51为核心处理器的门禁系统的采集与控制系统的设计。当检测到有人来时触发系统工作：由光敏采集外界光线强度控制照明系统;进行图像采集，如果人脸图像难以采集语音提示进行姿态调整;将采集到的图像与图像库中的合法用户图像进行比较，一致则是合法进入者打开电动门，若不一致进行语音报警提示其离开。经过实验，系统实现了智能门禁控制，工作稳定。

随着安全入口控制应用需要的快速增长，生物统计识别技术得到了广泛的开发与研究。目前，微电子和视觉系统方面取得的新进展，使该领域中高性能自动识别技术的实现代价降低到了可以接受的程度。人脸识别技术是基于人的脸部特征信息进行身份识别的一种生物识别技术，也是所有的生物识别方法中应用最广泛的技术之一，当前世界各国有许多机构都在从事这方面的研究，并受到军方、警方以及许多大公司的高度重视和资助。与传统的身份鉴定方式相比，人脸识别的最大特点就是更具安全、保密和方便性。但在家用防盗系统中，人脸识别技术的应用还不是很广泛。提出了基于人脸识别技术的智能门禁系统，主要包括前端的数据采集、控制部分和后台的人脸识别部分;本文主要实现前端的数据采集与控制部分的设计。

1 系统总体设计

人面识别智能门禁系统的采集与控制系统主要实现前端的信息采集及人脸身份识别后的控制与语音报警处理。原理框图如图1所示。

采集与控制系统包括：光敏采集电路、热释红外传感电路、单片机、继电器控制电路和语音提示及报警电路;图像采集及人脸识别由工控机或PC机完成。当有人来时由热释红外传感电路感知到触发单片机控制光敏采集电路采集外界的光线强度，以此控制照明灯亮灭。单片机通过串口给工控机发送一个信号，由工控机控制摄像头采集人脸图像，对采集的人脸图像进行人脸识别、身份判断：如果是合法的进入者给单片机一个开门信号，由单片机控制继电器开门;如果是非法的来访者给单片机送一个报警信号，由单片机控制语音提及报警电路发出语音提示及报警。

2 单元电路设计

2.1 热释红外传感器电路设计

热释电红外传感器是基于热电效应原理的热电型红外传感器，其内部的热电元由高热电系数的铁钛酸铅汞陶瓷以及钽酸锂、硫酸三甘铁等配合滤光镜片窗口组成，热释电红外传感器对运动的人体敏感，可应用于探测人体。本单元电路选用了HC—SR501模块，人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围自动延时关闭，输出低电平。

2.2 光敏采集电路设计

光敏电阻感应外界的光信号，经由A/D转换为数字信号送给单片机进行处理，以决定是否点亮照明灯，满足图像采集部分对光线的要求。电路图如下图2所示。

当红外传感器电路检测到有人来时由单片机P1.0输出低电平，电路开始由光敏电阻采集外界光线，送给A/D转换芯片ADC0832，信号送给单片机P1.2脚输入。

2.3 单片机电路设计

单片机是系统的控制中心，接收红外人体检测信号，控制光敏采集电路采集光线，由此控制照明系统;通过串口给工控机发送信号进行人脸采集、人脸识别和身份验证，根据工控机发送的控制信号实现对门的开关，如果来访者不是合法的进入者控制语音系统语音报警，警示离开。单片机选用了89C51，电路图如图3所示。

单片机电路主要包括复位电路、晶振、RS232串口电路及按键检测电路。单片机通过运行的软件处理红外检测信号、光敏采集电路的数据，与工控机交互实现控制门的开关及语音报警电路工作。

2.4 语音提示及报警电路设计

该电路实现在人脸图像采集失败时发出姿态调整语音提示和对于没有资格进入的来访者发出语音告警。该单元电路选用了ISD4004语音芯片，ISD4004是美国ISD公司制造的一种新型语音芯片。ISD4004系列工作电压为3 V，单片录放时间为8—16分钟，音质好。声音录放采用CchipCorder专利技术，即无须A/D转换和压缩就可以直接储存，没有A/D转换误差，在个记录位(BIT)可存储250级声音信号，相当于通常的A/D记录的8倍。电路图如图4所示。

在系统开始运行的时候可以通过按键KEY1录音，KEY2放音，预先录入两段用户语音：语音提示和语音告警。单片机通过SPI接口控制ISD4004芯片。

2.5 继电器控制电路

单片机实现照明系统和门的开关控制，必须通过控制电路，一般常用的方法就是由单片机控制继电器进而控制受控对象。继电器选用了电磁控制继电器HK4100f，可实现由5 V控制220 V交流电源的通断。电路图如图5所示。

若要打开照明灯，单片机控制P0.0输出低电平，照明灯亮;若要开门，控制P0.1口输出低电平，电动门打开。

3 软件设计

软件设计直接影响着系统的功能。使用集成开发环境keil C51，应用C语言编写程序，具体的流程图如图6所示。

4 结束语

利用proteus进行了仿真;仿真调试成功后用Altiumdesigner进行了电路板设计，完成了元器件焊接与系统的软硬件调试。实现了利用人脸作为身份识别，控制大门的开关;并对不合法的来访者会发出声音报警。本系统应用面广，工作稳定，有研究应用推广价值。