基于STM32人臉識別門禁設計

邱爽 劉俊伯

摘要：本文制作了一個以STM32F429單片機為核心控制器件，以0V5640攝像頭為圖像采集設備，以7寸RGB屏作為顯示設備，繼電器連接電磁鎖為硬件執行部分的人臉識別門禁系統，通過檢測，系統功能穩定，且相對易于實現，具有一定的使用價值。

關鍵詞：人臉識別;STM32;門禁設計

1引言

隨著科技的快速發展和人們物質生活水平的不斷提高，人們對居住方面的要求也越來越高，門禁控制作為保護家庭財產與安全的重要一環，越來越受到人們的關注與重視。

傳統的刷卡與密碼式門禁系統因為其易失性、較單一性等缺點，逐漸被各種生物技術取代，其中人臉識別具有非接觸式、安全性能高、識別率較高等特點，將其引入到門禁系統中，具有廣泛的商業前景與市場價值，本文將人臉識別技術與門禁系統相結合，設計了一種使用方便，可靠性較高，應用范圍廣泛的門禁系統。

2系統總體設計

以STM32F4系列單片機為微控制器，OV5640攝像頭為圖像采集設備，繼電器、電磁鎖為執行設備構成，總體框圖如下圖1所示

使用時，系統用戶需要先在設備中

添加需要的人臉模板，再對著采集圖片

信息的攝像頭按鍵進行實時識別，結果正確時會返回所添加的人臉識別模板編號，并進行開鎖。

3軟件設計

軟件設計總體結構框圖2所示

3.1圖像采集

STM32F429先將SCCB總線初始化，然后初試化DCMI接口，將 DCMI接口配置為幀中斷，再由SCCB線對攝像頭的工作參數進行配置，包括圖像輸出的格式，輸出的大小等。系統初始化的參數設置完成之后，自動開啟 DCMI 傳輸獲取人臉圖像數據，最后微處理器通過DMA將OV5640采集到的人像圖像數據傳遞到數據緩存區中，每獲得一幀圖像數據后產生中斷操作，系統進入 DCMI 的中斷服務函數，然后將緩存區的一幀圖像數據發送出去，實現一幀圖像的采集和發送。

3.2圖像傳輸

采用的是 I2C協議實現嵌入式通信。LWIP是開源的輕量級IP協議，可以只用少量RAM和ROM就可以運行，不以操作系統作為支持依舊可以運行，可以說這是一種嵌入式系統中運用TCP或IP 中最適合的實現運行協議方式。

3.3圖像顯示與存儲

由于從服務器發送到客戶端是實時的，JPEG 靜態圖像數據流可以直接將JPEG 數據流顯示和操作，所以客戶端需要通過調用庫來實現，JPEG 數據流的顯示：當在液晶顯示屏操作界面上點擊KEY_UP（添加新的人臉模板）或者KEY0（識別人臉）后，客戶端開始不斷地接收圖像數據，在接收到一幅完整的圖像數據的JPEG數據流后，將數據保存在緩存區中。

在此過程中，以STM32F429芯片的片上內存并不足以支撐一張圖片的存儲或者緩存，所以增加了外設SDCard來提升存儲空間，對于SDCard，STM32提供了兩種讀寫的方式，SPI和SDIO，實驗采用了后者即SDIO模式對SDCard進行讀寫。

3.4人臉識別核心算法

采用了正點原子提供的stm32f429人臉識別庫，

使用方法：

第一步：調用atk_frec_initialization函數，初始化人臉識別庫

第二步：調用atk_frec_add_a_face函數，添加人臉模板（如果已經有了，可以忽略次步）

第三步：調用atk_frec_load_data_model函數，加載所有模板到內存里面（僅在添加新模板后需要，如沒有添加新模板，則可忽略此步）

第四步：調用atk_frec_recognition_face函數，獲取識別結果.

第五步：調用atk_frec_delete_data函數，可以刪除一個人臉模板

第六步：如果不想再用識別庫，則調用atk_frec_destroy函數，釋放所有內存，結束人臉識別.

4硬件設計

本設計所用到的硬件主要有STM32F429開發板、OV5640攝像頭、SD卡、電磁鎖、繼電器和7寸RGB屏幕（1024*600），OV5640攝像頭連接單片機STM32F429開發板的DCMI 接口。圖3為實物圖片。攝像頭采集到的圖片信息以DMA方式把DCMI 接口接收到的信息送到FSMC接口。最后通過FSMC接口再連接到RGB屏（40P的FPC排線連接），收集到的圖像信息再經過一系列的處理之后再呈現出真實的圖像效果。

其中電磁鎖功率比較高，由于stm32IO口單獨承受不了電磁鎖的負載，便用到了繼電器，stm32F4需要承載7寸RGB屏和攝像頭，可再為繼電器提供5V電感線圈需要的電壓，但后面連接電磁鎖（功率較大）的電源可根據具體電磁鎖所需電壓來添加，其中繼電器信號為PB4通用IO口。

5結束語

本文介紹了基于STM32單片機實現人臉識別門禁系統的設計及過程，設計以F4高性能單片機、ov5640攝像頭、繼電器電磁鎖主要模塊實現了人臉識別門禁功能，通過測試，錄入人臉模板的用戶可以通過人臉識別進行開鎖，整個程序代碼采用HAL庫形式編寫，可移植性強，系統兼容性高，在生活中具有一定的使用價值。

參考文獻：

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