基于ESP32 CAM的智能安全門設計概述*

韋仕艷 王小波 藺佳蘭 楊培江 劉迅

興義民族師范學院 貴州 黔西南州興義 562400

引言

隨著中國計算機技術的不斷成熟，物聯網技術的迅速崛起，各種各樣的公司及企業已經把“出入安全”當成了一種生活安全或工作品質的象征，門禁系統不管是作為人們進出自己住宅的小區，還是工作單位以及其他建筑物的安全門禁，門禁系統的安全保障直接關乎人們的人身安全及財產安全。現如今，門禁系統已經成為小區、公司、各種建筑門禁的首選項。

本設計能夠很好地運用傳感器，采用攝像頭拍攝與網絡資源有效結合，讓門禁系統區別于傳統技術。門的開和關的安全管理系統是新型科技現代化技術安全管理系統，它集微機自動拍照識別技術和科技現代安全管理措施為一體。它的出現解決了小區、公司、各種建筑出入口實現安全防范管理的有效措施。

1 整體結構設計

本設計主要分為硬件設施和云服務構成。整個設計通過信息采集模塊（多傳感器）采集信息，通過ESP32 CAM終端通過調用API的方式，向云服務進行數據交互。云服務將得到的信息進行處理，返回對應數據，終端獲取之后根據不同的信息進行各個模塊的驅動。

1.1 喚醒模塊（人體紅外傳感器HC-SR501）

當人體紅外傳感器HC-SR501數值產生變化，ESP32 CAM由Modem-sleep模式轉換到No-sleep模式。喚醒ESP32 CAMWIFI模塊。

1.2 識別模塊

通過是否喚醒觸碰傳感器，進行人臉識別或指紋識別的優先級轉換，進行識別，將采集到的數據通過micropython與 urequests庫進行HTTP請求。將數據上傳到自云服務，云服務通過調用百度人臉識別API或阿凡達數據指紋識別API進行數據處理后，返回數據給終端。終端得到數據，進行開閉鎖的電路的電平的轉換。

1.3 體溫測量模塊

通過紅外線測溫傳感器得到的感應信息，將結果發送到云端。

1.4 App

App后臺通過MQTT協議進行ESP32 CAM終端通信，進而了解各個模塊工作狀態，并改變其狀態。還可以查看不正常的人臉對比圖。

1.5 硬件

本設計的硬件設計部分主要由控制中心，感應單元，輸出單元構成。云服務由自建平臺、百度云、阿凡達數據構成。

1.6 控制中心

ESP32 CAM作為控制中心，處理時間線性短的數據和進行部分數據的傳輸。各個傳感器集成為感應單元，進行數據的采集。電子鎖以及繼電器作為輸出單元。

1.7 網站云服務

網站云服務采用django rest framework 快速搭建API接口，用于本設計的數據處理，以及App后端數據的支持。

1.8 信息數據流向

本設計的信息數據流向方式由感應單元采集數據傳遞給控制中心ESP32 CAM，控制中心進行數據的分流，需驗證數據上傳到云端，云端處理數據之后進行數據封裝，將結果返回給控制中心，根據得到的處理后的數據，控制中心對輸出單元進行數據的傳輸[1]。

2 系統核心

本設計的控制中心采用ESP32CAM板，提供兼容攝像模塊的接口。ESP32CAM固件采用micropython固件。ESP32ACM運行主頻為240MHz，雙核32雙核MCU、2.4G雙模WIFI和藍牙芯片，涵蓋精細分辨時鐘門控，省電模式和動態電壓調整等特征，背部搭載攝像頭接口。

2.1 人臉識別模塊

當需要人臉檢測時，人體紅外傳感器HC-SR501的收集的數據達到閾值，此時若沒有碰觸觸摸傳感器，啟動ESP32CAM攝像頭進行拍照。控制中心根據數據處理后的結果，通過24V繼電器來控制電磁鎖的電流大小，達到鎖的開閉。

2.2 喚醒模塊

人體紅外傳感器HC-SR501的OUT與ESP32CAM的GPIO2引腳相連，常態下，該模塊返回低電平，當檢測到人體即返回高電平。這時ESP32CAM喚醒WIFI模塊，自動連接預設WIFI，ESP32CAM由低功耗模式轉化為全模式。

2.3 指紋識別

采用指紋采集頭模塊連接到ESP32CAM，當觸碰到觸碰感應器時，關閉攝像頭模塊，指紋識別開始工作，當指紋識別開始有圖像輸出時，默認保存文件為FingerPrint.jpg，將文件通過HTTP上傳到云端。

指紋識別過程采用阿凡達數據指紋識別API，采用JSON格式，使用HTPP的POST方式進行請求。

2.4 App設計

采用UNIApp框架，在HBuilderX編輯器編寫App頁面以及JS，疏通交互模式采用調用API方式。App進行請求各單元的狀態，后端通過MQTT協議訪問各單元部件，獲取各個單元最新狀態。App請求更改狀態，后端也通過MQTT協議進行數據傳輸。

2.5 軟件設計

本設計所設計的智能安全門可實現人體自動感應，面部自動識別，指紋被動輸入驗證，體溫自動測量，App控制訪問等各功能。

當人體出現在感應范圍時候，本設計可以準確地識別、檢測出人體活動信息，然后喚醒其余的功能部件，通過優先級的選擇，會自動選出最匹配當下環境所需要的識別方式（面部識別或者指紋識別）。通過識別驗證之后，ESP32ACM會向特定引腳輸出高電平，以達到開閉鎖的操作[2]。

3 結束語

本設計通過介紹ESP32ACM為核心的，云服務為輔的智能安全門的可行性，設計各功能的硬件連接圖和軟件流程實現框圖的實現方案。ESP32系列為控制核心的可控制門的安全防衛、非常態訪問拒絕、用戶健康的體現功能全部達到預期效果。本設計的系統集成度高，該設計易于搭建完善，易拓展新部件、新功能等優點，設施硬件較為便宜，具有不錯的發展前景和市場。