一個智慧門禁系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

鄭曉君　韓培珊　黃翔琪　謝松

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；紅外測溫；人臉識別；溫濕度傳感器；小程序

中圖分類號：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）36-0097-03

1 引言

隨著社會的快速發(fā)展和科技不斷進(jìn)步，人們追求的生活質(zhì)量水平越來越高。近年來，倉庫失火、實驗室失火等事件時有發(fā)生，甚至于發(fā)生頻率逐年增高，80%的原因都是因為沒有足夠的消防意識導(dǎo)致未能及時得到救援。人們的住房意識，尤其是來訪安全意識也在提高，面對每天來訪人員數(shù)量龐大的問題，來訪安全逐漸成為人們追求更高生活質(zhì)量的必備意識。

2 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計

該系統(tǒng)通過紅外線檢測來訪者體溫和人臉識別檢測來訪者身份信息來保障防疫安全，溫濕度傳感器和煙霧傳感器實時監(jiān)測室內(nèi)溫濕度以及煙霧濃度來保障室內(nèi)環(huán)境的安全，實現(xiàn)在疫情緊張時期保證發(fā)生火災(zāi)事故能立即自動報警，在最短的時間達(dá)到最快救援的效果，同時還能在室外進(jìn)行人臉識別和人體溫度檢測的防疫安全，并能讓戶主同步獲取來訪人員身份信息以及溫度信息等[1]。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 紅外線監(jiān)測體溫保障防疫安全

新冠肺炎疫情危及全球，測量體溫已經(jīng)成為人們出入場所的必要步驟，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的接觸式測溫方式也已不能滿足現(xiàn)代一些領(lǐng)域的測溫需求，對非接觸、遠(yuǎn)距離測溫技術(shù)的需求越來越大。紅外測溫技術(shù)是非接觸式測溫技術(shù)中應(yīng)用廣泛的一種，此溫度測量系統(tǒng)比較簡單，可以實現(xiàn)大面積的測溫，也可以是被測物體上某一點的溫度測量。其有便攜和固定式兩種方式，并且使用方便；它的制造工藝簡單，成本低，測溫時可以不接觸被測物體，具有響應(yīng)時間短、使用壽命長、操作方便等優(yōu)點。紅外測溫技術(shù)的這一優(yōu)點在防控新冠肺炎疫情中發(fā)揮著重要的作用。

紅外測溫的測溫原理是黑體輻射定律。眾所周知，自然界中一切高于絕對零度的物體都在不停地向外輻射能量，物體的向外輻射能量的大小及其按波長的分布與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。物體的溫度越高，所發(fā)出的紅外輻射能力越強。通過傳感器接收被測物體發(fā)出的紅外能量將其轉(zhuǎn)換為電信號，最終把該信號的溫度讀數(shù)顯示出來。

項目中使用的是GY-906 紅外測溫傳感器模塊，3cm內(nèi)精度高0.5度左右，支持帶有10K上拉電阻的I2C 接口。此款溫度傳感器的出廠校準(zhǔn)為：傳感器溫度范圍為-40至125 攝氏度，物體溫度范圍為-70至380攝氏度。傳感器的誤差范圍約為0.5攝氏度。被測目標(biāo)溫度和環(huán)境溫度能通過單通道輸出，并有兩種輸出接口。通過讀取對應(yīng)的地址獲取溫度數(shù)據(jù)，用式子T=value*0.02-273.15轉(zhuǎn)換成可直接閱讀的溫度值。

3.2 人臉識別保障來訪安全

人臉識別是基于人的臉部特征信息，用攝像機采集含有人臉的圖像并檢測跟蹤人臉，進(jìn)而對檢測到的人臉進(jìn)行臉部識別進(jìn)行身份識別的一系列相關(guān)技術(shù)。在計算機技術(shù)研究方面，人臉識別是一項熱門的領(lǐng)域，其中包括人臉追蹤偵測、自動調(diào)整曝光強度、夜間紅外偵測、自動調(diào)整影像放大等技術(shù)[2]。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人臉識別技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于政府、軍隊、銀行、社會福利保障、安全防務(wù)等領(lǐng)域。日常生活中，刷臉支付成為繼微信支付之后支付速度更上一臺階的支付方式。安防上，人臉識別能夠準(zhǔn)確識別出每個人的身份信息，提高了安檢速度。

項目使用的是百度云自帶的人臉識別技術(shù)，百度AI人臉識別技術(shù)基于深度學(xué)習(xí)的人臉識別方案，準(zhǔn)確識別攝像頭拍攝到的人臉信息，提供人臉屬性識別、關(guān)鍵點定位、人臉1：1比對、活體檢測等能力，在強大的人臉識別算法加持下輕松實現(xiàn)刷臉門禁、簽到、安防監(jiān)控、人臉支付等功能環(huán)節(jié)，滿足安防、金融、教育、娛樂等場景需求[3]。

該項目在百度AI開放平臺創(chuàng)建人臉識別應(yīng)用，獲得AppID、API Key和Secret Key，并搭建人臉庫，用來存放人臉數(shù)據(jù)，百度人臉識別提供人臉注冊、更新和刪除，用戶信息查詢，獲取用戶人臉列表，復(fù)制、刪除用戶，創(chuàng)建和刪除用戶組等接口。人臉庫、用戶組、用戶、用戶下的人臉層級關(guān)系如圖2所示。

人臉庫搭建完成后，下載相應(yīng)的SDK，運行編好的程序，通過手機自帶攝像頭進(jìn)行拍照，將圖片上傳到百度人臉識別上進(jìn)行識別，并將結(jié)果通過API接口發(fā)送到小程序上，方便用戶進(jìn)行操作。

3.3 實時檢測溫濕度以及煙霧濃度保障室內(nèi)安全

MQ-2煙霧傳感器常用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測裝置，優(yōu)點是靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、壽命長、驅(qū)動電路簡單、具有良好的抗干擾性，可準(zhǔn)確排除有刺激性非可燃性煙霧的干擾信息。需要注意的是，其在使用之前必須加熱一段時間，否則其輸出的電阻和電壓不準(zhǔn)確。

通過DHT11溫濕度傳感器和MQ-2煙霧傳感器實時監(jiān)控室內(nèi)的溫濕度以及煙霧濃度[4]，并且將檢測到的數(shù)據(jù)同步到所開發(fā)的小程序上。一旦室內(nèi)煙霧濃度達(dá)到5%OBS/M-15%OBS/M時蜂鳴器將自動發(fā)出警報并且LED警示燈會閃爍，從而達(dá)到在最短的時間引起周圍注意且提醒人們采取解救行動的效果[5]。同時，室內(nèi)的人想隨時知道此時室內(nèi)的溫濕度可以直接從App上得知。這大大方便了人們對室內(nèi)環(huán)境安全信息的掌握，同時也讓人們及時知道室內(nèi)是否安全，從而能及時脫離不安全的環(huán)境到達(dá)安全的室外環(huán)境以保障人身安全，減少突如其來的火災(zāi)帶來的危險和傷亡等悲慘事故。

3.4 監(jiān)測數(shù)據(jù)同步到小程序

首先，在小程序上設(shè)計好溫濕度和煙霧濃度顯示的圖標(biāo)。其次，通過USB燒寫數(shù)據(jù)線將在主機寫好的程序代碼燒錄到DHT11溫濕度傳感器和MQ-2煙霧傳感器并且檢測是否燒錄成功。打開小程序，用濕潤的手掌靠近溫濕度傳感器，查看小程序上的溫濕度是否有變化；向煙霧傳感器吹氣，查看小程序上的煙霧濃度是否有變化，如果小程序上的數(shù)據(jù)出現(xiàn)了變化則代表燒錄成功，若無變化則需檢驗是否USB燒寫數(shù)據(jù)線出現(xiàn)問題、接觸不良、代碼有錯誤等問題。

所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)同步到小程序上的誤差時間不會太大。也就是說，延時時間不會因為太長而導(dǎo)致室內(nèi)人們沒有及時得知所處環(huán)境不安全而導(dǎo)致沒有即時脫離危險環(huán)境造成人員傷亡。

4系統(tǒng)軟件設(shè)計

4.1 申請AppID、API Key 和Secret key

在百度AI開放平臺中注冊賬號，申請API，創(chuàng)建應(yīng)用，獲取token、AppID、API Key和Secret key等設(shè)備信息，有效期30天左右，需更新或者每次調(diào)用之前重新獲取。

4.2 創(chuàng)建人臉識別數(shù)據(jù)庫

百度AI 開放平臺中的人臉庫管理中新建用戶組，再從用戶組中新建用戶，添加人臉id和照片。添加成功后，需獲取Access token用于校驗，因為在調(diào)用API時必須在URL中帶上access_token參數(shù)。

4.3 編寫代碼

運用Arduino開源硬件開發(fā)平臺編寫代碼。由于Arduino核心庫是對AVR-gcc的封裝，故使用C++語法進(jìn)行編譯開發(fā)。Arduino的開發(fā)需要編寫、校驗、上第18卷第36期（2022年12月） and Technology電腦知識與技術(shù)本欄目責(zé)任編輯：梁書工程應(yīng)用傳三個環(huán)節(jié)，并且可任意通過核心庫中的庫函數(shù)對與板子相連的硬件進(jìn)行控制，部分代碼示例圖4。

5 總

結(jié)圖5為項目使用設(shè)備圖片。本文提出了一種用于保障室內(nèi)安全、來訪安全、防疫安全的項目研究。該項目研究通過DHT11溫濕度傳感器模塊和MQ-2煙霧傳感器模塊實時監(jiān)控保障室內(nèi)安全，通過樹莓派實現(xiàn)人臉識別和GY-906紅外測溫模塊保障來訪和防疫安全。小程序與傳感器以及百度AI平臺的組合應(yīng)用將大大提高實用性和方便性。該系統(tǒng)能保證設(shè)備長時間工作，易于購買和安裝。它可以有效地保障在疫情期間人員的人身情況，減少財產(chǎn)損失。