疫情下的高校訪客門禁系統(tǒng)模擬實現(xiàn)

邢 丹，李曉虎，徐東旭，劉欣欣，崔榮梅

（1.河北傳媒學(xué)院信息技術(shù)與文化管理學(xué)院，河北 石家莊 050000；2.河北北明鼎云信息技術(shù)有限公司，河北 石家莊 050000）

1 疫情形勢下普通高校訪客監(jiān)管系統(tǒng)的問題

1.1 訪客信息真?zhèn)坞y辨，威脅校園安全

傳統(tǒng)的手工記錄方式中，訪客需要出示證件給門衛(wèi)人員，門衛(wèi)辨認照片、文字等信息，存在很大的人為不確定性。而且當照片模糊不清晰時，會增加辨認的難度，也給校園安全帶來了巨大的隱患。

1.2 增加接觸風險

在疫情形勢下，最好的防控措施就是盡量避免人與人的接觸。而傳統(tǒng)的訪客監(jiān)管系統(tǒng)無法避免訪客和門衛(wèi)的交流接觸以及當訪客眾多時大量人員聚集，無疑增加了一定風險。

1.3 流程繁瑣，訪客體驗差

對于訪客來說，需要進行出示證件、與被訪人員溝通確認再手工記錄等環(huán)節(jié)，流程比較繁瑣，中間很容易受到一些意外因素影響導(dǎo)致進校失敗，比如證件忘帶、被訪人員沒有及時聯(lián)系上、門衛(wèi)沒在崗位上等。這些因素發(fā)生頻率是比較高的，直接影響到訪客的訪問體驗。

2 疫情下的高校訪客門禁系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 總體設(shè)計

2.1.1 需求分析

為了解決以上問題實現(xiàn)自動化的訪客門禁系統(tǒng)，整個系統(tǒng)采用圖像采集設(shè)備采集訪客圖像，并把圖像發(fā)送至服務(wù)器，最后被訪者根據(jù)客戶端查看到的圖像，決定是否打開門禁允許當前人員通過。根據(jù)以上分析，具體的功能設(shè)計如下：

（1）拍照：考慮到客戶端是根據(jù)當前人的臉來確定訪客是誰，所以需要對訪客進行拍照，獲取訪客的人臉圖像，也需要選擇合適的條件觸發(fā)拍照。

（2）傳輸：照片需要傳輸至服務(wù)器，讓客戶端可以讀取。

（3）開關(guān)門禁：客戶端需要遠程操控門禁的開關(guān)，讓訪客能夠進入校園。

2.1.2 整體框圖

校園訪客智能門禁系統(tǒng)主要由三大部分組成：硬件端、服務(wù)器端、客戶端。硬件端通過以太網(wǎng)與服務(wù)器端通信，客戶端通過以太網(wǎng)和服務(wù)器端通信，實現(xiàn)信息交互。

硬件端包括主控、圖像采集設(shè)備、顯示觸摸屏、按鍵設(shè)備、門禁設(shè)備、存儲設(shè)備與無線通信模塊，安裝在校園入口處，通過將拍到的人臉圖像上傳到服務(wù)器端，服務(wù)器再提醒客戶查看，客戶端查看后選擇是否打開舵機讓訪客入校。

服務(wù)器端主要完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，是整個系統(tǒng)的核心部分，首先完成數(shù)據(jù)接收，接收硬件端的數(shù)據(jù)和客戶端發(fā)送的指令，其次轉(zhuǎn)發(fā)硬件端的數(shù)據(jù)與客戶端的指令。

客戶端區(qū)分用戶，登陸APP后的操作比較簡單，一個是開關(guān)門禁，另一個是查看圖像。

2.2 硬件端設(shè)計

2.2.1 硬件連接

硬件端以STM32F103為主控，獨立按鍵負責控制OV2640負責適時采集圖像，LCD觸摸屏獲取輸入的信息，并顯示連接情況信息，將采集到的圖像數(shù)據(jù)寫入SD卡中。Wi-Fi模塊通過與MCU的USART3（異步串口通信）交叉相連，實現(xiàn)與服務(wù)器的通信，完成將圖像數(shù)據(jù)發(fā)至服務(wù)器，同時接收服務(wù)器的數(shù)據(jù)。舵機通過GPIO口與MCU相連，實現(xiàn)MCU對舵機的控制，實現(xiàn)打開門禁或者關(guān)閉門禁的功能。

2.2.2 硬件端軟件設(shè)計

首先初始化，檢測是否需要矯正屏幕，其次配置Wi-Fi模式，檢測SD卡與攝像頭是否正常，都檢測完畢之后進入訪客對象選擇，選完對象之后拍照，最后等待門禁打開。

軟件主要實現(xiàn)了圖像獲取，主要用ov2640_jpg_photo函數(shù)，用與JPG拍照與發(fā)送。丟棄一些數(shù)據(jù)，然后找到幀頭0XFF，0XD8，采集數(shù)據(jù)，將圖像寫入SD卡，完成后，設(shè)置OV2640恢復(fù)RGB565模式，以便將圖像顯示到LCD。

另外，圖像傳輸通過將ESP8266配置成透傳模式，開啟透傳，用串口三發(fā)送JPEG圖像給服務(wù)器。

還有門禁用舵機來模擬，根據(jù)串口接收到的數(shù)據(jù)來控制舵機的開關(guān)，收到“1”旋轉(zhuǎn)舵機90度，門禁打開，收到“0”回歸初始位置，門禁關(guān)閉。舵機轉(zhuǎn)動的角度通過PWM信號控制。

2.3 CS設(shè)計

首先，實現(xiàn)CS通信的基礎(chǔ)工作。JSON數(shù)據(jù)是服務(wù)器與客戶端數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N格式。首先新建一個Web Project，而后在項目的WebRoot下的WEB-INF中的lib文件里面添加JSON的jar包，接著再添加一個servlet文件AppControlServlet，隨后再web.xml中添加映射，完成之后項目基本可以完成簡單JSON數(shù)據(jù)返回，為客戶端與服務(wù)器的通信打下基礎(chǔ)。

服務(wù)器端一方面負責接收硬件端的圖像，另一方面負責轉(zhuǎn)發(fā)客戶端開關(guān)門禁的指令給硬件端，還負責轉(zhuǎn)發(fā)硬件端訪問的對象給客戶端。

服務(wù)器與硬件端單向通信使用Socket長連接。服務(wù)器與硬件端先進行長連接，再轉(zhuǎn)發(fā)客戶端開門或關(guān)門的信息數(shù)據(jù)至硬件端Wi-Fi模塊。

硬件端與客戶端無法進行直接通信，需要借助于服務(wù)器，服務(wù)器要與客戶端主動通信，先導(dǎo)入四個jar包，添加與客戶端長連接的Socket，繼承多線程Thread，添加偵聽，接著添加一個發(fā)送數(shù)據(jù)到客戶端的函數(shù)，最后給這個與客戶端實現(xiàn)長連接的服務(wù)器在web.xml中增加映射。

客戶端先添加MINA的依賴，然后配置長連接，管理session，最后是在服務(wù)中實現(xiàn)長連接，注冊四大組件。長連接是在服務(wù)中接收的，不在主線程中，使用廣播機制通知主線程。

硬件端將圖像發(fā)送至服務(wù)器，服務(wù)器首先接收然后以文件流形式保存在本地F盤下的file文件夾下，保存路徑是“F：\file”。

客戶端采用安卓編程，數(shù)據(jù)庫SQLite實現(xiàn)用戶的注冊。新用戶通過注冊使用APP，注冊時用戶名與密碼需要符合規(guī)范，實現(xiàn)用戶注冊、登錄、修改密碼等功能。另外，將安卓項目運行起來后，確保服務(wù)器開啟狀態(tài)，請求成功，服務(wù)器接收到的數(shù)據(jù)也是正常的。客戶端向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)1或0，1代表開門，0代表關(guān)門，之后由服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)給硬件端，實現(xiàn)開關(guān)門?？蛻舳耸盏教崾竞螅枰榭磮D像，來確定訪客，通過訪問服務(wù)器查看圖像。

3 結(jié)束語

本文通過將嵌入式技術(shù)、數(shù)據(jù)庫開發(fā)技術(shù)、安卓手機開發(fā)及無線通信技術(shù)等進行綜合應(yīng)用，主要實現(xiàn)了高校校園訪客人臉拍照、圖像發(fā)送、被訪問對象手機查看圖像等功能，大大降低了疫情期間人與人接觸的風險，節(jié)省了人力，同時也簡化了流程，提高了訪客體驗。