基于人臉識別的智能門禁系統設計

吳立軍　寧睿　侯德華　萬鸞飛　劉彥

摘 要：門禁系統是對身份進行識別與管理的系統。傳統的門禁系統多由人力登記完成，不方便。因此，引入智能化身份識別技術是當前社會發展的必然趨勢。本設計將人臉識別技術、射頻識別技術、指紋識別技術和密碼識別技術相結合，開發智能門禁系統，支持多種身份識別方式，可滿足各式人群的需求。本設計經過多次測試，可以快速識別身份信息，可應用于圖書館、宿舍、上班考勤以及上課簽到等需要進行身份識別的場合。

關鍵詞：HLK-KT210;人臉識別;RFID射頻卡;身份識別;智能門禁系統

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）26-0019-03

Design of Intelligent Entrance Guard System Based on Face Recognition

WU Lijun NING Rui HOU Dehua WAN Luanfei LIU Yan

（1.Electric & Automation， Wuhu Institute of Technology，Wuhu Anhui 241006;2.Tianjin Bo nuo Zhichuang Robot Technology Co.， Ltd.，? Tianjin 300350;3.Tianjin Key Laboratory of Intelligent Robot Technology and Application Enterprise， Tianjin 300350）

Abstract： The access control system is a system for identifying and managing identity. Traditional access control systems are mostly completed by human registration， which is inconvenient. Therefore， the introduction of intelligent identification technology is an inevitable trend of current social development. This design combines face recognition technology， radio frequency recognition technology， fingerprint recognition technology and password recognition technology to develop an intelligent access control system that supports multiple identification methods to meet the needs of all kinds of people. After many tests， this design can quickly identify identity information， and can be used in libraries， dormitories， work attendance， class sign-in and other occasions that require identity recognition.

Keywords： HLK-KT210;face recognition;RFID radio frequency card;identity recognition;intelligent access control system

隨著人工智能技術的不斷發展，身份識別技術得到了快速進步與應用[1-2]。本設計在人臉識別技術的基礎上，實現了人臉、密碼、指紋以及射頻識別（Radio Frequency Identification ，RFID）等方式的身份識別。可通過單片機或計算機端來錄入生物特征，而數據庫儲存量可以滿足各行各業的工作和生活需求。

1 系統的總設計方案

本設計由HLK-KT210模塊、STM32單片機、TFT液晶顯示模塊、RFID模塊以及AS608指紋識別模塊等組成。它以STM32單片機作為主控，自主選擇以哪種方式進行身份識別，身份驗證通過，門禁解鎖。在身份驗證后，輸入管理員密碼獲得系統管理權限，可以進行門禁密碼修改、RFID磁卡錄入與刪除以及指紋錄入與刪除、人臉錄入與刪除。與此同時，門禁密碼采用8位有效密碼模式，密碼可輸20位，只要有8位連續有效密碼即可驗證身份。系統設計框圖如圖1所示。

2 人臉識別算法

HLK-KT210采用卷積神經網絡進行人臉識別，卷積神經網絡分為卷積層、線性整流層、池化層和全連接層[3]。卷積神經網絡利用輸入圖片的特點，把神經元設計成3個維度，即width、height和depth。如果圖片大小是30×30×4（rgb），那么輸入神經元就具有30×30×4的維度[4]。換句話說，將輸入的人臉圖像轉換成向量表示，經過一系列卷積后，全連接分類得到類別概率，然后得到人臉向量表示，其具有相同人對應的向量的距離小、不同人對應的向量距離大的特點，以此達到人臉識別的目的。

3 系統結構及電路設計

3.1 系統硬件電路設計

3.1.1 HLK-KT210人臉識別模塊。HLK-KT210人臉識別模塊內置AI（Artificial Intelligence，人工智能）人臉識別算法和模型庫，支持雙目活檢，支持離線檢測，支持500～800人臉特征庫。可用單片機進行驅動，驅動程序代碼量極小，用戶接口開發簡單快捷方便，串口驅動可以配合客戶快速開發，可應用在安保系統、通行系統、考勤及會務等領域，實物如圖2所示。

3.1.2 AS608指紋識別模塊。AS608指紋識別模塊采用8pin的控制接口，供電電壓為3.3 V。通信總線有兩種，分別為串口通信和USB通信，如圖3所示。采用串口通信，編程簡單，但兼容性不好;采用USB通信，編程較難，但USB作為最常用的總線接口，兼容性好[5-6]。

3.1.3 RC522射頻卡感應模塊。RFID-RC522模塊采用基于RC522芯片設計的射頻讀卡控制電路，使用方便，成本低。模塊電源電壓采用3.3 V，通過一個SPI輸出接口直接與任意的兩個主板接口進行數據通信，保障整個模塊穩定可靠地運行[7-8]。實物如圖4所示。

3.1.4 聲光報警裝置。本系統選用蜂鳴器和LED燈作為報警裝置。蜂鳴器驅動原理如圖5所示。

3.2 系統軟件設計與流程

本系統包含HLK-KT210模塊、TFT液晶模塊、AS608指紋識別模塊以及RC522射頻卡識別模塊等。先接通電源，對系統進行初始化。初始化完成后，觸摸喚醒TFT液晶顯示屏，用戶可以通過指紋、RC522射頻卡、人臉特征和門禁密碼4種方式進行身份識別。單片機進行處理，并在TFT液晶屏上顯示身份是否正確，當身份識別正確時，會有聲光提示，通過輸入管理員密碼進入管理員模式，進行指紋、密碼、RFID、人臉的修改、增加和刪除。系統流程如圖6所示。

4 系統調試及分析

4.1 系統調試

4.1.1 系統初始化。在系統開機后，觸摸屏處于沉睡模式，減少能耗。通過觸摸TFT液晶顯示屏喚醒顯示屏。

4.1.2 人臉識別。進行人臉識別檢測身份時，HLK-KT210模塊顯示屏顯示人臉識別狀態，若超時或是人臉庫中沒有當前采集人臉的生物特征，則退出人臉識別模式。

4.1.3 指紋識別。進行指紋識別檢測身份時，未錄入的手指放在指紋傳感器上，TFT液晶顯示屏會顯示未搜索到指紋。

4.1.4 磁卡識別。當使用RFID磁卡進行身份識別時，如果未檢測到磁卡或者磁卡信息與庫中不匹配，就無法開啟門禁。

4.1.5 密碼識別。當使用密碼進行身份識別時，如果密碼錯誤，就無法開啟門禁，顯示“密碼錯誤，請重新輸入”。

4.1.6 管理員模式。進入管理員模式后，用戶可以通過輸入管理員密碼獲取最高權限，對密碼、指紋、人臉以及磁卡的設置進行修改。

4.2 結果分析

經過上述調試和大量數據比對，本設計能夠實現人臉識別、RFID識別、指紋識別以及密碼識別等功能，滿足設計所需求的功能。同時，在管理員模式下，可以對指紋、密碼、RFID以及人臉等數據進行修改、增加和刪除。

5 結語

本設計采用模塊化設計思想，先后完成了人臉識別模塊、RFID模塊、指紋識別模塊、密碼識別模塊、液晶顯示模塊以及聲光報警模塊等電路設計。整個裝置較好地實現了設計要求，能夠實現人臉識別、磁卡識別、指紋識別以及密碼識別等門禁解鎖功能，識別精度高。特別是人臉識別具有活檢功能，視頻和照片無法替代人臉檢測。未來可以通過試驗和分析不斷優化系統。整個系統可以滿足設計需求，功能強，系統運行可靠。

參考文獻：

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