邱爽 劉俊伯

摘要：本文制作了一個(gè)以STM32F429單片機(jī)為核心控制器件，以0V5640攝像頭為圖像采集設(shè)備，以7寸RGB屏作為顯示設(shè)備，繼電器連接電磁鎖為硬件執(zhí)行部分的人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)，通過(guò)檢測(cè)，系統(tǒng)功能穩(wěn)定，且相對(duì)易于實(shí)現(xiàn)，具有一定的使用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：人臉識(shí)別;STM32;門(mén)禁設(shè)計(jì)

1引言

隨著科技的快速發(fā)展和人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，人們對(duì)居住方面的要求也越來(lái)越高，門(mén)禁控制作為保護(hù)家庭財(cái)產(chǎn)與安全的重要一環(huán)，越來(lái)越受到人們的關(guān)注與重視。

傳統(tǒng)的刷卡與密碼式門(mén)禁系統(tǒng)因?yàn)槠湟资浴⑤^單一性等缺點(diǎn)，逐漸被各種生物技術(shù)取代，其中人臉識(shí)別具有非接觸式、安全性能高、識(shí)別率較高等特點(diǎn)，將其引入到門(mén)禁系統(tǒng)中，具有廣泛的商業(yè)前景與市場(chǎng)價(jià)值，本文將人臉識(shí)別技術(shù)與門(mén)禁系統(tǒng)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一種使用方便，可靠性較高，應(yīng)用范圍廣泛的門(mén)禁系統(tǒng)。

2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

以STM32F4系列單片機(jī)為微控制器，OV5640攝像頭為圖像采集設(shè)備，繼電器、電磁鎖為執(zhí)行設(shè)備構(gòu)成，總體框圖如下圖1所示

使用時(shí)，系統(tǒng)用戶需要先在設(shè)備中

添加需要的人臉模板，再對(duì)著采集圖片

信息的攝像頭按鍵進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別，結(jié)果正確時(shí)會(huì)返回所添加的人臉識(shí)別模板編號(hào)，并進(jìn)行開(kāi)鎖。

3軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)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(duì)攝像頭的工作參數(shù)進(jìn)行配置，包括圖像輸出的格式，輸出的大小等。系統(tǒng)初始化的參數(shù)設(shè)置完成之后，自動(dòng)開(kāi)啟 DCMI 傳輸獲取人臉圖像數(shù)據(jù)，最后微處理器通過(guò)DMA將OV5640采集到的人像圖像數(shù)據(jù)傳遞到數(shù)據(jù)緩存區(qū)中，每獲得一幀圖像數(shù)據(jù)后產(chǎn)生中斷操作，系統(tǒng)進(jìn)入 DCMI 的中斷服務(wù)函數(shù)，然后將緩存區(qū)的一幀圖像數(shù)據(jù)發(fā)送出去，實(shí)現(xiàn)一幀圖像的采集和發(fā)送。

3.2圖像傳輸

采用的是 I2C協(xié)議實(shí)現(xiàn)嵌入式通信。LWIP是開(kāi)源的輕量級(jí)IP協(xié)議，可以只用少量RAM和ROM就可以運(yùn)行，不以操作系統(tǒng)作為支持依舊可以運(yùn)行，可以說(shuō)這是一種嵌入式系統(tǒng)中運(yùn)用TCP或IP 中最適合的實(shí)現(xiàn)運(yùn)行協(xié)議方式。

3.3圖像顯示與存儲(chǔ)

由于從服務(wù)器發(fā)送到客戶端是實(shí)時(shí)的，JPEG 靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)流可以直接將JPEG 數(shù)據(jù)流顯示和操作，所以客戶端需要通過(guò)調(diào)用庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，JPEG 數(shù)據(jù)流的顯示：當(dāng)在液晶顯示屏操作界面上點(diǎn)擊KEY_UP（添加新的人臉模板）或者KEY0（識(shí)別人臉）后，客戶端開(kāi)始不斷地接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)，在接收到一幅完整的圖像數(shù)據(jù)的JPEG數(shù)據(jù)流后，將數(shù)據(jù)保存在緩存區(qū)中。

在此過(guò)程中，以STM32F429芯片的片上內(nèi)存并不足以支撐一張圖片的存儲(chǔ)或者緩存，所以增加了外設(shè)SDCard來(lái)提升存儲(chǔ)空間，對(duì)于SDCard，STM32提供了兩種讀寫(xiě)的方式，SPI和SDIO，實(shí)驗(yàn)采用了后者即SDIO模式對(duì)SDCard進(jìn)行讀寫(xiě)。

3.4人臉識(shí)別核心算法

采用了正點(diǎn)原子提供的stm32f429人臉識(shí)別庫(kù)，

使用方法：

第一步：調(diào)用atk_frec_initialization函數(shù)，初始化人臉識(shí)別庫(kù)

第二步：調(diào)用atk_frec_add_a_face函數(shù)，添加人臉模板（如果已經(jīng)有了，可以忽略次步）

第三步：調(diào)用atk_frec_load_data_model函數(shù)，加載所有模板到內(nèi)存里面（僅在添加新模板后需要，如沒(méi)有添加新模板，則可忽略此步）

第四步：調(diào)用atk_frec_recognition_face函數(shù)，獲取識(shí)別結(jié)果.

第五步：調(diào)用atk_frec_delete_data函數(shù)，可以刪除一個(gè)人臉模板

第六步：如果不想再用識(shí)別庫(kù)，則調(diào)用atk_frec_destroy函數(shù)，釋放所有內(nèi)存，結(jié)束人臉識(shí)別.

4硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)所用到的硬件主要有STM32F429開(kāi)發(fā)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(jī)STM32F429開(kāi)發(fā)板的DCMI 接口。圖3為實(shí)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(guò)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(jīng)過(guò)一系列的處理之后再呈現(xiàn)出真實(shí)的圖像效果。

其中電磁鎖功率比較高，由于stm32IO口單獨(dú)承受不了電磁鎖的負(fù)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(jù)具體電磁鎖所需電壓來(lái)添加，其中繼電器信號(hào)為PB4通用IO口。

5結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了基于STM32單片機(jī)實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及過(guò)程，設(shè)計(jì)以F4高性能單片機(jī)、ov5640攝像頭、繼電器電磁鎖主要模塊實(shí)現(xiàn)了人臉識(shí)別門(mén)禁功能，通過(guò)測(cè)試，錄入人臉模板的用戶可以通過(guò)人臉識(shí)別進(jìn)行開(kāi)鎖，整個(gè)程序代碼采用HAL庫(kù)形式編寫(xiě)，可移植性強(qiáng)，系統(tǒng)兼容性高，在生活中具有一定的使用價(jià)值。

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