發布日期：2022-10-09 點擊率：51
針對目前一些單元門禁系統存在的占用空間大、維護成本高、穩定性較低等問題，提出了一種基于PC/104嵌入式平臺和人臉識別技術的門禁系統設計方案。相比于一些已有的基于DSP或單片機的門禁系統開發方案，該設計方案具有開發周期短、性能穩定、安全性高、擴展性好等優點，應用前景較為廣闊。
一、引言
常用的門禁系統主要由信息采集單元、傳輸單元、信息辨識單元等3個部分組成。按照信息通信與處理方式可以分為單機型門禁系統和網絡型門禁系統。其中單機型的信息處理與采集單元合成在一起，兩者之間不需要遠距離的信息傳輸，常用于小系統或安裝位置較為集中的系統；網絡型的信息處理與采集單元之間往往不在一起，兩者之間通過光纖、雙絞線等實現信息傳輸，常用于大系統或安裝位置較為分散的場合。前者的投資小，安裝方便，但信息處理功能簡單，安全性較低，不能實現異地監控，雖然目前出現了一些可以進行生物特征識別的單機型門禁系統，但其后臺往往需要一臺微型計算機常年運行，可靠性較低；后者技術含量高，可以進行生物特征識別，安全性較高，易于實現網絡控制和異地監控，但由于受到網絡性能的影響，不易適用于人員頻繁進出的場合。
筆者針對上述兩種門禁系統的缺點，提出了一種基于PC/104嵌入式平臺和人臉識別技術的單元門禁系統設計方案，可以進一步實現集分布識別、集中管理于一體的分布型門禁系統，既提高了單機型門禁系統的信息處理能力和安全性，又克服了因為網絡原因造成的網絡型門禁系統癱瘓的問題。
二、系統結構設計
1、智能小區門禁系統結構
根據居民小區規模和用戶的需求，筆者所設計的門禁系統結構框圖如圖1所示。
由圖1可知，整個小區的門禁系統主要由各單元門禁系統和門禁管理系統組成;其中各單元門禁系統由主控制器、圖像采集、電控鎖、室內分機組成，并且每個單元門的門禁系統通過網絡與門禁管理系統相連接。在該結構下，每個單元門分別在主控制器的控制下工作，克服了由于網絡滯后帶來的控制延時問題，提高了門禁系統控制的實時性。
2、門禁控制單元硬件結構
考慮到對主控制器的體積小巧和開發方便的要求，設計中采用PC/104嵌入式系統作為系統主控制器的開發平臺。PC/104作為一種“堆棧型PC”已經被證明是一種能夠廣泛用于商業、工業以及軍用領域的堅固的、可靠的及高性價比的嵌入式系統解決方案。成熟的桌面PC技術、豐富的PC軟件資源使得PC/104嵌入式平臺成為嵌入式開發最理想的選擇之一。作為一種與傳統PC兼容的系統，PC/104具有尺寸小巧、開放性好、可靠性高、功耗低、靈活方便的特點。
PC/104嵌入式模塊系列為系統設計者提供了一整套低成本、高可靠性、能迅速配置成產品的結構化模塊。利用這些模塊構建的系統主控制器的框圖如圖2所示。
考慮到主控制器各模塊之間的兼容性，設計中各主要功能模塊全部選用RTD公司生產的PC/104模塊板，其中：
(1)CPU模塊板。選用CME47786ER型CPU模塊板，該模塊時鐘頻率可達650MHz，帶有256MB表貼內存、2個RS232端口、2個USB端口、1個10/100base-T以太網口、EIDE控制器，支持TFT顯示，最大功耗9W。
(2)視頻捕獲模塊板。選用VFG7350ER型視頻捕獲板，該模塊支持雙通道同時捕獲，帶MPEG硬件壓縮，利用雙通道可以使系統同時從兩路圖像采集設備采集圖像，擴大了系統適用人群，使其不僅適用于成人，還可適用于身高較低的兒童。
(3)數據模塊板。選用DM7530HR-8型數據模塊板，該模塊支持8路差分模擬信號輸入，2通道模擬信號輸出，16路帶緩存的數字I/O。通過該模塊主控制器可以控制電控鎖的開啟與關閉。
(4)電源模塊板。選用HPWR104HR-75W型電源模塊板，該模塊最大可提供75W的輸出功率，利用該模塊可以為系統其余模塊提供穩定的電源保障。其余模塊則可以根據需要選擇一些成熟產品，如存儲模塊可以選擇IBM公司生產的IC25N030ATCS04型6315mmEIDE硬盤，用于存儲開發的程序、采集到的用戶進出圖像等;鍵盤則可以根據需要自行設計。
三、系統軟件流程設計
在上述硬件的基礎上，筆者所設計的單元門禁系統主要完成以下功能：將單元內各用戶的信息分戶(或分部門)存儲，并生成用戶人臉的數學模型;系統在收到用戶呼叫請求后，實現圖像采集、人臉圖像自動檢測，并根據呼叫號碼對采集到的訪問者人臉圖像進行識別，在確認用戶身份后執行開門動作，或向室內人員提示，在接收到室內人員的開門指令后開門，否則進入等待循環，如果超過等待時間，則本次呼叫結束。為實現該功能，制定軟件流程如圖3所示。
由圖3可知，系統在接收到用戶呼叫后，采集圖像信息并進行人臉檢測，如果有人臉，則進行人臉辨識，否則通過語音提示用戶;如果用戶通過身份審核則開門，否則通過語音或聲音，提示室內人員并等待室內人員響應，如果超過等待時間，則本次呼叫結束;主控制器在作出開門指令后，電控鎖打開，等待用戶通過后關門，并根據安全級別，開啟尾隨檢測設備，如果存在尾隨，則發出語音報警信號并關門。
其中，人臉檢測與識別是軟件系統的核心，在本軟件中，采用基于Gabor特征與神經網絡的方法，進行人臉檢測;然后采用基于主成分分析和支持向量機的方法將采集和檢測到的人臉圖像與審核過的用戶人臉庫中的圖像進行比較和識別。
四、系統特點
由上述分析可知，利用PC/104嵌入式平臺開發的單元門禁系統，具有如下特點：
1、擴展性好：由于本設計中所采用的模塊板，均可同時支持PC/104總線和PC/104+總線，因此具備較好的擴展能力，如可在其上繼續添加GPRS通信模塊，為系統增加遠程控制功能等。
2、易于維護：所設計系統與普通PC兼容，利用一些已有的桌面PC系統軟件、開發軟件，所設計的人臉檢測與辨識軟件的升級、調試與更改都十分容易進行。
3、小巧靈活：由于筆者設計的單元門禁系統是在PC/104嵌入式平臺上開發的，這種堆棧型的PC本身體積很小，根據PC/104規范定義的板卡標準尺寸只有96mm(長)×90mm(寬)，易于安裝至狹小空間。
4、可靠性高：PC/104板卡在電氣特性和機械特性上可靠性極高，功耗低，散熱少，板卡與板卡之間通過堆棧連接，抗震性好。如環境更為惡劣，還可考慮使用PC/104加固型系統IDAN，該系統所具備的鋁合金結構，在密封系統的同時，還起到散熱作用，可以保證系統在-40~85℃之間正常工作。
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