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基于AI智慧人脸门禁系统的硬件设计

2020-02-26 23:12人工智能 人已围观

简介1 设计目标及内容 目标:设计出一套基于 AI 的智慧人脸门禁系统的硬件系统。 主要内容:基于门禁系统的需求,设计并搭建出门禁系统的硬件架构、并协助后台管理系统来完成门禁系...

  

  1 设计目标及内容

  
  目标:设计出一套基于 AI 的智慧人脸门禁系统的硬件系统。
  
  主要内容:基于门禁系统的需求,设计并搭建出门禁系统的硬件架构、并协助后台管理系统来完成门禁系统。
  

  2 设计方案概述

  
  2.1 设计方案原则的选择 本方案的设计原则如下:
  
  (1)采用较为先进的技术力量,保证应用程序在硬件平台上运行具备一定的优势。
  (2)采用成熟的硬件技术,保证应用程序的安全性和可靠性。
  (3)硬件平台便于扩展和维护,易于技术的更新。
  (4)充分利用现有的硬件资源,尽量减少不必要的再投资。
  (5)具有可靠性,可用性和安全性,具有完善的技术支持。能够满足个人学习和设计需要。
  (6)运行本软件所需的硬件资源。
  
  2.2 实现硬件平台主要功能
  
  (1)人脸信息录入:使用手机、平板等设备,采集教师、学生面部数据(或从电子照片获取),并存储在数据库中。
  (2)门禁控制:树莓派(安装Android Things 系统) 控制电磁锁实现门禁管理,树莓派连接至开源的MQTT 服务, 通过推送服务获取控制信息。
  (3)实训室管理:通过在基础信息中设置实训室的白名单,利用 Android 开发板、USB 摄像头获取视频数据,并做人脸对比(1:1),实现实训室的智能化管理。
  
  2.3 设计方案
  
  通过查阅资料、调研、吸取已有技术的基础上,项目组进行集体方案论证,共同制定设计方案,如图 1 所示。
  图 1 硬件部分设计方案图
  图 1 硬件部分设计方案图
  
  此方案在服务器安装基础信息管理系统的基础上,所需环境为:
  
  硬件环境:4GB 及以上内存;至少 10G 可用硬盘空间; 公网 IP。
  
  软 件 环 境:JRE 1.8.0_161 或 更 高;MySQL5.7; Apache Tomcat 9.0.6。
  
  手机或平板安装人脸信息采集 APP,所需环境:An- droid 5.0 及以上系统;带前置摄像头;5 寸及以上屏幕。
  
  Android 开发板安装智慧门禁 APP,所需环境:An- droid 5.0 及以上系统;9.7 寸及以上屏幕;支持 UVC 协议的 1080P 高清 USB 摄像头;支持网络(WIFI、有线或 4G)。
  
  Android Things 开发板安装电磁锁控制 APP,所需环境: Android Things 0.7;触摸屏幕;支持网络(WIFI 或有线)。
  

  3 硬件平台系统构成

  
  3.1 硬件系统组成
  
  符合结构简单,成本低,运行可靠性等设计要求的硬件系统由供电电源、安卓开发板、识别显示终端、高清摄像头、树莓派、门锁驱动模块、电磁门锁等组成。图 2 给出了硬件系统构成示意图。
  图 2 硬件系统构成示意图
  图 2 硬件系统构成示意图
  
  3.2 硬件系统关系及主要部件说明
  
  Android 开发板、USB 摄像头:课前课后利用获取视频数据,检测其中的人脸信息并与数据库中的人脸数据对比(1:1),符合条件的存入数据库,并通知门禁控制设备。硬件系统中的树莓派(安装 Android Things 系统):
  
  控制电磁锁实现门禁管理,树莓派连接至开源的MQTT 服务, 通过 MQTT 服务获取控制信息。图 3 给出了硬件系统关系示意图。
  图 3 硬件系统关系示意图
  图 3 硬件系统关系示意图
  
  系统低功耗节能控制功能:当识读设备在一段时间内没有触摸屏操作和人靠近时,硬件系统自动关闭内置摄像机及液晶显示面板等设备,启动低功耗工作状态。
  
  3.3 主要性能指标
  
  (1)客户端 APP 采集人脸信息时需实现数据准确性、快速性;
  (2)人脸识别时匹配数据库不超过 1 秒;
  (3)客户端所有界面操作响应时间不超过 1 秒,服务器的交互、交互响应时间不超过 5 秒;
  
  树莓派向继电器发出信号时,继电器控制电磁锁打开 / 关闭不超过 5 秒。
 

  4 运行调试
 

  根据以上设计要求,以某实验室人脸识别门锁控制为例,进行了详细硬件平台和应用软件联调,图 4 给出了调试流程示意图。
图 4 调试流程示意图
  图 4 调试流程示意图
  
  在硬件设计、部件加工和制作、装配的基础上,搭建了实验环境。经过部件检验、软件测试、软硬件整体联调和反复试验,性能及参数验证,完成一个通过人脸信息识别,来判断和控制门禁的开与关最终测试效果达到了设计要求。
  

  5 设计创新与特色

  
  本系统使用 ArcFace 虹软人脸认知引擎,实现了人脸识别门禁控制系统,提高了系统的运行效率,在唯一性、自然性好、简单方便、非接触性、识别速度快、成本低等方面, 提升了实训室智能化建设水平。
  
  该设计结构合理,学科特征明显,方案合理可行,具有一定的创新性。项目组织实施和管理及试验方案合理。

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