基于AI 視覺居家隔離電子門禁系統(tǒng)設計

[2]。3.2.7紅外測溫傳感器模塊設計圖3-2-7紅外測溫模塊以下是基于GY-906-BCC紅外測溫模塊的硬件電路設計：硬件組成：GY-906-BCC紅外測溫模塊：該模塊集成了紅外傳感器和環(huán)境溫度傳感器，用于測量目標物體的紅外輻射和環(huán)境溫度。微控制器：選擇適合的微控制器，如Arduino、RaspberryPi等，用于與GY-906-BCC模塊進行通信和數(shù)據處理。顯示器或終端設備：用于顯示測量結果或將結果傳送到其他設備進行進一步處理。電路設計：電源：提供適當?shù)碾娫措妷汉碗娏鹘oGY-906-BCC模塊和微控制器。可以使用穩(wěn)定的電源模塊或電池供電。I2C通信：使用微控制器的I2C接口與GY-906-BCC模塊進行通信。連接SCL和SDA引腳，確保使用適當?shù)碾娖睫D換電路（如電平轉換器芯片）?？刂菩盘枺焊鶕K規(guī)格和需求，將適當?shù)目刂菩盘栆€連接到微控制器上的GPIO引腳。例如，可以使用一個引腳來觸發(fā)測量操作。數(shù)據處理：將模塊通過I2C接口讀取的數(shù)據連接到微控制器上的相應引腳，以便進一步處理和分析溫度數(shù)據。顯示和輸出：連接顯示器或終端設備，以顯示測量結果或將結果傳輸?shù)狡渌O備進行處理。

第4章系統(tǒng)的軟件設計4.1軟件主流程圖當全部系統(tǒng)軟件通電時，系統(tǒng)可實現(xiàn)紅外無接觸測溫；系統(tǒng)可識別已登錄的住戶人臉生物信息，且體溫正常，自動開門；當檢測到體溫異?；蛘咝^(qū)墻門震動異常，或有人闖入，拍下現(xiàn)場照片，不予開門，蜂鳴器示警，發(fā)送短信到管理員手機，提醒管理人員前來。YN開始YN開始若異常不予開門，蜂鳴器警告檢測人員體溫信息實時顯示攝像頭采集的圖像信息檢測小區(qū)門墻震動情況紅外測溫傳感器顯示模塊振動傳感器系統(tǒng)初始化初始化成功結束圖4-1主流程圖4.2AI模塊軟件的設計如圖4-2為該模塊的設計流程圖。接通電源后，AI視覺模塊識別人臉信息是否與數(shù)據庫中信息匹配，若不匹配蜂鳴器報警且不予開門。N開始N開始初始化初始化識別人臉信息初始化初始化識別人臉信息結束YNY圖4-2AI模塊設計流程圖4.3顯示模塊的軟件設計在本設計中需要系統(tǒng)信息及攝像頭采集的圖像信息。系統(tǒng)使用LCD液晶顯示數(shù)據,單片機初始化完成后顯示屏會自動寫控制字，控制字為單片機中獲得的數(shù)據，隨后顯示出來。如圖為顯示模塊流程圖。開始開始初始化初始化成功寫控制字寫數(shù)據顯示結束NY圖4-3顯示模塊流程圖4.4震動傳感器模塊的軟件設計本設計采用震動傳感器來采集門的震動狀態(tài)，由顯示模塊實時顯示出來，當采集到的數(shù)據異常時，通過攝像頭拍取門外狀況，并且通過短信模塊發(fā)送短信到上位機端。N開始N開始初始化初始化成功？采集震動狀態(tài)是否超過閾值由單片機模塊和短信模塊工作結束YNY圖4-4震動傳感器模塊流程圖4.5紅外測溫傳感器模塊的軟件設計以下是基于GY-906-BCC紅外測溫模塊的軟件設計：初始化：初始化微控制器的引腳和通信接口，確保與GY-906-BCC模塊的連接正確。I2C通信：使用適當?shù)腎2C庫或代碼，建立與GY-906-BCC模塊的通信。發(fā)送合適的命令和讀取溫度數(shù)據。數(shù)據處理：接收從模塊讀取的紅外溫度數(shù)據和環(huán)境溫度數(shù)據。根據模塊規(guī)格和數(shù)據手冊中的說明，將原始數(shù)據轉換為實際溫度值。溫度計算：根據需要的計算方法，將紅外溫度和環(huán)境溫度進行計算。可以使用標準的溫度計算公式或根據應用場景進行定制化計算。結果顯示或輸出：將計算得到的溫度結果顯示在連接的顯示器上或通過串口輸出到其他設備。N開始N開始初始化初始化成功？采集溫度信息是否超過閾值由單片機模塊和短信模塊工作結束YNY圖4-5紅外測溫傳感器模塊流程圖4.6舵機模塊的軟件設計舵機是一種在專業(yè)中經常使用的期間，常用于模擬開關門這樣一些物理運動。以下是舵機的軟件設計：初始化：設置舵機控制引腳為輸出模式。配置舵機控制引腳所對應的微控制器的定時器/計數(shù)器，以生成PWM（脈沖寬度調制）信號。舵機控制函數(shù)設計：設計一個函數(shù)，用于控制舵機的角度位置。接收一個參數(shù)，表示期望的角度位置，例如0到180度之間的整數(shù)值。將期望的角度位置轉換為對應的PWM脈沖寬度值。發(fā)送PWM脈沖信號到舵機控制引腳，控制舵機轉動到指定角度位置。調用舵機控制函數(shù)：在主程序或其他適當?shù)奈恢茫{用舵機控制函數(shù)來控制舵機的運動。這里根據要實現(xiàn)的模擬情況，更改舵機軟件中的設置，實現(xiàn)對于旋轉角度的控制。舵機角度校準：舵機的角度位置可能與實際位置存在一定的偏差，可以進行校準。通過調整舵機控制函數(shù)中的角度與PWM脈沖寬度的映射關系，使得舵機的角度位置與期望值一致。循環(huán)控制：如果需要持續(xù)控制舵機的角度位置，可以將舵機控制函數(shù)放入一個循環(huán)中。在循環(huán)中更新期望的角度位置，不斷調用舵機控制函數(shù)來使舵機動態(tài)地轉動到新的角度位置。開始開始初始化初始化成功舵機設置旋轉角度開門或關門結束NY圖4-6舵機模塊流程圖4.7蜂鳴器模塊的軟件設計當出現(xiàn)異常情況時蜂鳴器響，若無異常情況，蜂鳴器不響，例如：當震動超過預設的值時，蜂鳴器蜂鳴。開始開始初始化初始化成功蜂鳴器接收單片機信息蜂鳴或不響結束NY圖4-7蜂鳴器模塊流程圖

第5章系統(tǒng)測試5.1系統(tǒng)實物圖整體實物主要分為顯示模塊、紅外測溫模塊、振動傳感器模塊、AI模塊（在本系統(tǒng)中主要使用其對于眼距眼窩等人臉特征的識別與錄入功能）、蜂鳴器模塊、短信發(fā)送模塊。圖5-1整體實物圖5.2測試原理圖5-2-1按鍵模塊如圖5-2-1為按鍵模塊，RST為復位按鍵，按下后清除所學習的內容；SYS為系統(tǒng)按鍵，通過次按鍵來切換模式（END和RUN），接通電源后默認為END模式；在END模式下，按下boot按鍵進行對人臉的學習；按下KEY1按鍵，可修改隔離時間，KEY2為增加，KEY3為減少。在RUN模式下，KEY2和KEY3兩個按鍵沒有功能，KEY1按下后可查看當前保存的一些危險照片，比如震動異?；蛘呷藛T異常時保留的照片。圖5-2-2短信模塊如圖5-2-2為短信模塊，當檢測人員時出現(xiàn)數(shù)據異常，通過此模塊進行發(fā)送短信。圖5-2-3舵機模塊如圖5-2-3為舵機模塊，模擬開門關門。圖5-2-4震動模塊如圖5-2-4為震動模塊，檢測震動數(shù)據，當超過設定閾值時，通過攝像頭拍攝照片并保存，短信模塊發(fā)送短信。圖5-2-5溫度檢測模塊如圖5-2-5為溫度檢測模塊，檢測門外人員的體溫，當溫度超過預設值時，數(shù)據異常，通過攝像頭拍攝照片并保存，短信模塊發(fā)送短信。圖5-2-6顯示模塊如圖5-2-6為顯示模塊，第一行為系統(tǒng)模式、當前時間、隔離時間和識別結果；當識別到人臉時，F(xiàn)R后面會顯示一個X。第二行FD為預置了是個人臉的位置，每錄入一個人，從左往右的0變?yōu)?；FI為隔離人員，第三行為溫度，36-38為可設置設置的閾值范圍，THR為設置的閾值，當高于37度時，表示體溫不正常，00.00為采集的溫度，在END模式下是不采集溫度的；Perple_State為人員狀態(tài)，0表示未識別到與人員，1表示正常，2表示非小區(qū)人員，3表示隔離期或體溫異常。第四行為識別震動，每100ms檢測一次，一分鐘檢測600次，Shake_Num為實時采集的震動變量。第五行為檢測震動的頻率，THR為設置震動次數(shù)閾值，超過此閾值表示震動異常，最后的000表示檢測震動的次數(shù)；Shake_State表示震動狀態(tài)，0表示正常，1表示震動異常。第五行Set_Value為設置狀態(tài)（在END模式下），0表示設置時（默認），1表示設置分，2表示設置秒，3表示設置隔離時長，4表示設置溫度閾值，5表示設置震動閾值。Read_IMG表示在RUN模式下，按下KEY1鍵，讀取當前的危險照片。

第6章總結與展望6.1總結系統(tǒng)軟件的調試遇到了很多問題，在調試過程中出現(xiàn)了一些錯誤。通過后續(xù)的努力以及老師的指導我最終完成了預期想要實現(xiàn)的功能。這個過程中出現(xiàn)的問題我是像下面這樣解決的。(1)在功率模塊測試時發(fā)現(xiàn)調試輸出值不符合預定的值。通過一系列的復盤和查證，發(fā)現(xiàn)在焊接電路板時出現(xiàn)了虛焊和焊接錯誤等問題，于是重新對板子焊接。(2)運行仿真軟件，發(fā)現(xiàn)自己寫的代碼在邏輯和格式上出現(xiàn)一些錯誤。進行更正，發(fā)現(xiàn)在啟用程序流程時，單片機沒有正常復位，在程序流程中添加復位程序流程后才獲得準確的結果。6.2展望設計以門禁系統(tǒng)為研究對象，在具體分析疫情期間傳統(tǒng)門禁系統(tǒng)由人力登記完成的問題后明確提出了一款基于AI視覺居家隔離電子門禁系統(tǒng)。全部設計的首要工作中如下所示。(1)根據查看相關資料，確定了傳統(tǒng)門禁系統(tǒng)的問題，并在這個基礎上明確提出了通過人臉識別和數(shù)據庫來確認可通過人員為首要目的的門禁系統(tǒng)；(2)對于上一部分提及的問題，明確提出了運用AI視覺技術實現(xiàn)對門禁系統(tǒng)的自動控制，運用AI視覺設計操縱所有體系的設計計劃方案。(3)硬件配置電源電路K210為主板芯片。盡管通過一系列的實驗和調試本系統(tǒng)已經能夠達到預期門禁系統(tǒng)的目標，可是這個門禁系統(tǒng)還有能夠更進一步的空間，希望在以后有機會能夠去進行完善。(1)設計的操作系統(tǒng)包括GSM短信模塊。在具體運用中，通過GSM短信模塊將異常情況通知給管理人員處理。(2)在日后的作業(yè)和學習中，此產品可以獲得充足的開發(fā)設計。例如接入互聯(lián)網，利用云計算在進行監(jiān)控，實現(xiàn)集中統(tǒng)一管理和維護。參考文獻王毅,程學珍,高梓淇.實驗室紅外熱像測溫門禁系統(tǒng)設計[J].實驗室科學,2022,25(04):89-92.白燕燕,陳潔浩,范亞州,張景彧.基于多模態(tài)融合的人臉識別門禁系統(tǒng)設計[J].電子制作,2022,30(12):28-30+34.DOI:10.16589/11-3571/tn.2022.12.002.包俊,張新有,朱宏穎,趙琦.基于多種生物特征識別的RFID門禁系統(tǒng)設計[J].成都信息工程大學學報,2022,37(03):248-252.DOI:10.16836/ki.jcuit.2022.03.002.張穎興,宣揚,張俊豪,江浩亮.基于樹莓派的智能防疫門禁系統(tǒng)設計[J].信息技術與信息化,2022(05):209-212.嚴輝,徐勉,吳強.基于ARM的人臉識別門禁系統(tǒng)設計[J].現(xiàn)代信息科技,2022,6(02):1-5.DOI:10.19850/ki.2096-4706.2022.02.001.林俊強,唐艷鳳,鄭煥坡,馬振豐.基于物聯(lián)網云平臺的智能門禁系統(tǒng)設計[J].物聯(lián)網技術,2022,12(01):95-98.DOI:10.16667/j.issn.2095-1302.2022.01.027.陳保國.基于無線網絡的人臉識別門禁系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].無線互聯(lián)科技,2021,18(24):48-49+53.劉秀平.基于RFID技術的門禁系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].江西科技師范大學,2021.DOI:10.27751/ki.gjxkj.2021.000354.楊李奇,李昱龍,駱陽,代函可,章紅.基于AI視覺的交通標志識別與車輛控制[J].電子技術與軟件工程,2022,(20):157-161.智能視覺應用快車道端邊云協(xié)同的AI視覺產業(yè)研究報告[A].上海艾瑞市場咨詢有限公司.艾瑞咨詢系列研究報告（2022年第9期）[C].:上海艾瑞市場咨詢有限公司,2022:48-89.董璇璇.淺談AI視覺技術在智安小區(qū)建設中的應用[J].中國安防,2022,(07):48-51.王嘉,張碩,劉世鵬,張華龍,張薈萱,楊鎧睿,曾文獻.工業(yè)智能坡口加工AI視覺識別系統(tǒng)研究[J].信息記錄材料,2022,23(07):99-102.龍飛.AI視覺平臺賦能智慧園區(qū)建設[J].中國安防,2022,(04):49-52.包建陽.淺析AI視覺技術如何助力“智慧教育”新發(fā)展[J].中國安防,2022,(04):65-70.唐淮,張晶,李為穎,馮冬梅,吳科進.基于AI視覺的工業(yè)機器人抓取系統(tǒng)設計[J].內燃機與配件,2022,(06):185-187.黎清萬,鐘嘉寶.AI視覺識別——人工智能項目式學習實踐（PBL）設計[J].中國信息技術教育,2022,(04):16-20.王瑩.AI視覺領域潛力大，愛芯元智用自研IP打造芯片平臺[J].電子產品世界,2021,28(11):86-87.WangYuanyuan.DesignandRealizationofGarageAccessControlSystemBasedonSTM32microcontrollerminimumsystemtechnology[J].JournalofPhysics:ConferenceSeries,2021,2083(4).吳立軍,寧睿,侯德華,萬鸞飛,劉彥.基于人臉識別的智能門禁系統(tǒng)設計[J].河南科技,2021,40(26):19-21.Seung-SuYang,Young-HwanJang,Min-HyungPark,Seok-CheonPark,Hyung-JoonKim.DesignandImplementationofActiveAccessControlSystembyUsingNFC-basedEAP-AKAProtocol[J].WirelessPersonalCommunications,2021(prepublish).LeeHaiWu.DesignofMulti-FunctionalAccessControlSystem[J].IEEEACCESS,2021,9.WuQiong,WangQiang,ZhangYuhao,JiangBin,CaoYongcheng,LiuFang.DesignofanAccessControlSystemBasedonFaceRecognition[J].IOPConferenceSeries:MaterialsScienceandEngineering,2020,719.BiqingLi,MiaoTian,ShiyongZheng,SupingJiang.Designofaccesscontrolsystembasedonthenearfieldcommunication(NFC)technology[J].IOPConferenceSeries:MaterialsScienceandEngineering,2018,452(4).附錄電路圖源代碼classBEEP_3V3:def__init__(self,ctr_beep,ctr_init_level):self.ctr_beep=ctr_beepself.ctr_init_level=ctr_init_leveldefON(self):self.ctr_beep.value(self.ctr_init_level)defOFF(self):self.ctr_beep.value((1-self.ctr_init_level))defInit(self):self.OFF()defRUN(self,beep_state):self.ctr_beep.value(beep_state)importsensorimportimageimportlcdimportKPUaskpuimporttimefromMaiximportFPIOA,GPIOimportgcfromfpioa_managerimportfmfromboardimportboard_infoimportutimefromboardimportboard_infofrommachineimportTimer,UART,PWM#定時器、串口、PWMfrommachineimportI2C#IIC--紅外使用importSIM_800C_Drive_No_Print#短信importSG90_180_Drive#閘機#震動--無驅動，寫在程序里面importBEEP_3V3_Drive#蜂鳴器importmlx90614#紅外測溫importimage#拍照importustruct,utimefrommicropythonimportconst_TA_ADDRESS=const(0x06)_TOBJ1_ADDRESS=const(0x07)_TOBJ2_ADDRESS=const(0x08)classMLX90614:def__init__(self,i2c):self.i2c=i2cself.address=0x5adefreaddata(self,register):try:data=self.i2c.readfrom_mem(self.address,register,2)returnustruct.unpack('<H',data)[0]except:passdefread_temp(self,register):temp_temp_temp=self.readdata(register)iftemp_temp_tempisNone:temp=0.0else:temp=temp_temp_temp/50-273.15returntempdefAmbientTemp(self):returnself.read_temp(_TA_ADDRESS)defObjectTemp(self):returnself.read_temp(_TOBJ1_ADDRESS)classSG90_180:def__init__(self,ctr_sg90_180):self.ctr_sg90_180=ctr_sg90_180defServo_SG90_180(self,angle):#范圍：-90~+90單位（度）self.ctr_sg90_180.duty((angle+90)/180*2*5+0.5*5)defOpen(self,open_angle=0):#打開self.Servo_SG90_180(open_angle)defInit(self):self.Open()importtime#導入延時classSIM_800C:def__init__(self,uart):self.uart=uartdefCheck_Module(self):#模塊測試模塊是否可以正常通信self.uart.write('AT\r\n')#模塊測試模塊是否可以正常通信forset_gsm_delay_count_tmpinrange(100):#注：一般2ms即可完成time.sleep_ms(1)reply_buf_AT=self.uart.read()ifnotreply_buf_ATisNone:if'OK'inreply_buf_AT:return"MODULE_OK"return"MODULE_NO"defSet_Echo_Off(self):#設置關閉回顯self.uart.write('ATE0\r\n')#設置關閉回顯forset_gsm_delay_count_tmpinrange(100):#注：一般2ms即可完成time.sleep_ms(1)reply_buf_set_echo=self.uart.read()ifnotreply_buf_set_echoisNone:if'OK'inreply_buf_set_echo:return"ECHO_OFF_OK"return"ECHO_OFF_NO"defSIM_Check(self):#查詢SIM卡狀態(tài)self.uart.write('AT+CPIN?\r\n')#查詢SIM卡狀態(tài)forset_gsm_delay_count_tmpinrange(100):#注：一般2ms即可完成time.sleep_ms(1)reply_buf_check_sim_card=self.uart.read()ifnotreply_buf_check_sim_cardisNone:if'READY'inreply_buf_check_sim_card:return"SIM_OK"return"SIM_NO"defSet_Charset(self):#設置"GSM"字符集self.uart.write('AT+CSCS="GSM"\r\n')#設置"GSM"字符集forset_gsm_delay_count_tmpinrange(100):#注：一般2ms即可完成time.sleep_ms(1)reply_buf_set_gsm_str=self.uart.read()ifnotreply_buf_set_gsm_strisNone:if'OK'inreply_buf_set_gsm_str:return"CHARSET_OK"return"CHARSET_NO"defSet_Text_Mode(self):#設置文本模式self.uart.write('AT+CMGF=1\r\n')#設置文本模式forset_gsm_delay_count_tmpinrange(100):#注：一般2ms即可完成time.sleep_ms(1)reply_buf_set_txt_mode=self.uart.read()ifnotreply_buf_set_txt_modeisNone:if'OK'inreply_buf_set_txt_mode:return"TEXT_MODE_OK"return"TEXT_MODE_NO"defSend_Message_To_Phone_Number(self,phone_number):#發(fā)送短信的對方號碼self.uart.write('AT+CMGS="%s"\r\n'%phone_number)#發(fā)送短信的對方號碼forset_gsm_delay_count_tmpinrange(100):#注：一般2ms即可完成time.sleep_ms(1)reply_buf_set_cell_phone_number=self.uart.read()ifnotreply_buf_set_cell_phone_numberisNone:if'>'inreply_buf_set_cell_phone_number:return"NUMBER_OK"return"NUMBER_NO"defSend_Message_Text(self,message_text):#發(fā)送短信內容self.uart.write('%s'%message_text)#短信內容，此時不用發(fā)送換行self.uart.write('\x1A')#啟用一次發(fā)送forset_gsm_delay_count_tmpinrange(100):#注：發(fā)出快，但回復完成慢，一般253ms即可回復完成time.sleep_ms(1)reply_buf_send_message=self.uart.read()ifnotreply_buf_send_messageisNone:if'OK'inreply_buf_send_message:return"TEXT_OK"return"TEXT_NO"#注：發(fā)出快，但回復完成慢，一般253ms即可回復完成等待時間過長，時間縮短，取消校驗對錯reply_buf_send_message=self.uart.read()ifnotreply_buf_send_messageisNone:if'OK'inreply_buf_send_message:return"TEXT_OK"return"TEXT_NO"defSend_Message(self,phone_number,message_text):#發(fā)送短信if"SIM_OK"==self.SIM_Check():#查詢SIM卡狀態(tài)--若有SIM卡if"CHARSET_OK"==self.Set_Charset():#設置"GSM"字符集--若字符集設置成功if"TEXT_MODE_OK"==self.Set_Text_Mode():#設置文本模式if"NUMBER_OK"==self.Send_Message_To_Phone_Number(phone_number):#發(fā)送短信的對方號碼self.Send_Message_Text(message_text)#發(fā)送短信內容--因為回復時間過長，取消校驗return"MESSAGE_OK"#發(fā)送成功else:return"NUMBER_NO"#號碼失敗else:return"TEXT_MODE_NO"#設置文本模式失敗else:return"CHARSET_NO"#字符集設置失敗else:#疑似沒有SIMif"MODULE_OK"==self.Check_Module():#模塊測試if"ECHO_OFF_OK"==self.Set_Echo_Off():#設置關閉回顯if"SIM_OK"==self.SIM_Check():#查詢SIM卡狀態(tài)--若有SIM卡if"CHARSET_OK"==self.Set_Charset():#設置"GSM"字符集--若字符集設置成功if"TEXT_MODE_OK"==self.Set_Text_Mode():#設置文本模式if"NUMBER_OK"==self.Send_Message_To_Phone_Number(phone_number):#發(fā)送