崔天倫 左修智 王兆旭 孫文匯

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714008

摘要：本文介紹了宿舍門禁管理系統(tǒng)的一種設(shè)計方案，該系統(tǒng)以樹莓派為核心，通過Face+人臉識別進行用戶身份識別，實現(xiàn)門禁控制。同時結(jié)合煙霧等其他傳感器對宿舍內(nèi)安全進行自主判斷并進行郵件蜂鳴器等提醒，并在發(fā)生危險情況下進行緊急開門。同時用戶也可以通過攝像頭對宿舍進行實時的監(jiān)控。本系統(tǒng)具有一定的實用性。

關(guān)鍵詞：宿舍門禁系統(tǒng)；樹莓派；遠程監(jiān)控；消防聯(lián)動

目前由于很多學(xué)校建造時間較遠，宿舍內(nèi)存在很多安全隱患，對于高校宿舍而言，學(xué)生的人身財產(chǎn)安全存在一定的問題。同時由于傳統(tǒng)的機械鎖的原因，很多學(xué)生經(jīng)常忘記帶鑰匙而被鎖在門外。由于這種鎖弊端較多，所以在宿舍內(nèi)引入門禁管理系統(tǒng)是非常有必要的。宿舍門禁系統(tǒng)以其運作成本低、高效便捷、靈活多樣的優(yōu)勢，受到人們的廣泛關(guān)注，在高等院校內(nèi)宿舍門禁管理系統(tǒng)已經(jīng)成為了研究和應(yīng)用的熱點問題。在本系統(tǒng)內(nèi)，我們引入人臉識別來對宿舍內(nèi)人員進行審查和管理進出門的權(quán)限控制。進一步提高了宿舍的安全性，也避免了學(xué)生忘記帶鑰匙的情況。結(jié)合其他傳感器以及后臺數(shù)據(jù)庫等方式，進一步加強了寢室的可管理性。并根據(jù)學(xué)生的每日進出入狀況并每日生成考勤報表，隨時了解學(xué)生的生活狀況。

1 系統(tǒng)硬件組成

現(xiàn)在的校園開放，越來越社會化，校園案件急劇上升，高校宿舍學(xué)生眾多，門多不易管理，學(xué)生經(jīng)常忘帶鑰匙，在系統(tǒng)設(shè)計中，綜合考慮安全以及實用因素，在設(shè)計過程中硬件采用了樹莓派作為整個門禁系統(tǒng)的控制核心，同時系統(tǒng)中采用了MQ2煙霧傳感器、DHT11溫濕度傳感器等傳感器，實時采集宿舍內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)，在門禁管理中，采用了百度的人臉識別API，百度API可以創(chuàng)建不同的人臉列表，每個列表可代表當(dāng)前不同等級的學(xué)生。使得管理更為方便。系統(tǒng)內(nèi)嵌的智能機器人可以對用戶的請求進行模糊匹配，并且機器人也可以進行一些日常的數(shù)據(jù)查詢，例如查詢天氣汽車站、火車票等功能，大大方便學(xué)生的生活學(xué)習(xí)。

在硬件設(shè)計過程中考慮到對攝像頭的保護以及防止多次拍照造成系統(tǒng)數(shù)據(jù)請求過多，加入了觸摸開關(guān)，只有在人體觸碰觸摸開關(guān)時，系統(tǒng)執(zhí)行一次請求操作，開啟攝像頭，采集圖像數(shù)據(jù)進行匹配。

2 系統(tǒng)功能及組成

2.1 權(quán)限分級

本系統(tǒng)分為兩套權(quán)限，一套使用權(quán)限交由學(xué)生使用，一套權(quán)限交由管理人員使用，管理人員一級權(quán)限可查看該宿舍樓內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)，查看后臺管理系統(tǒng)的學(xué)生進出寢室的報表等功能。二級權(quán)限交由學(xué)生使用，可結(jié)合QQ對宿舍內(nèi)的數(shù)據(jù)進行查詢，通過郵件對宿舍內(nèi)的狀況進行監(jiān)控、以及查詢宿舍內(nèi)其他信息等功能。

2.2 圖像監(jiān)控

OpenCV是近年來推出的開源、免費的計算機視覺庫，利用其所包含的函數(shù)可以很方便地實現(xiàn)數(shù)字圖像和視頻處理，用C++語言等進行程序編寫，大大提高了計算機的運行速度。圖像監(jiān)控分為兩類，一類是學(xué)校端流視頻監(jiān)控，流視頻監(jiān)控使用TCP/IP協(xié)議，OpenCV采集到圖像之后通過Python的Zlib包壓縮之后傳出。另一類是學(xué)生對本宿舍的監(jiān)控，我們使用郵件形式，學(xué)生在QQ上推送一條消息后，后臺程序識別學(xué)生的QQ并自動將圖片郵件發(fā)送至該請求學(xué)生的郵箱內(nèi)。

2.3 人臉識別

API（Application Programming Interface，應(yīng)用程序編程接口）是一些預(yù)先定義的函數(shù)，目的是提供應(yīng)用程序與開發(fā)人員基于某軟件或硬件得以訪問一組例程的能力，而又無需訪問源碼，或理解內(nèi)部工作機制的細節(jié)。

在人臉識別模塊中，系統(tǒng)使用了百度的API，當(dāng)有學(xué)生發(fā)起開門請求時，攝像頭會自動拍攝一張圖片與云端圖片進行對比，如果對比成功，系統(tǒng)執(zhí)行開門動作并將該學(xué)生的學(xué)號上傳至服務(wù)器并進行記錄。如果匹配未通過，系統(tǒng)會等待下一次命令。為了防止人員密集的時候進行大規(guī)模的無用請求，我們使用觸摸按鍵進行一次請求，每當(dāng)用戶觸摸按鍵時，系統(tǒng)才會執(zhí)行一次人臉識別請求。

2.4 消防聯(lián)動

考慮到現(xiàn)代大學(xué)生以及消防意識的薄弱，存在學(xué)生對宿舍內(nèi)的消防設(shè)備不熟悉的問題；尤其是現(xiàn)代大學(xué)生宿舍的環(huán)境問題是比較突出的，為提醒學(xué)生注意宿舍環(huán)境衛(wèi)生以及保持室內(nèi)通風(fēng)，因此在系統(tǒng)中采用了煙霧傳感器，溫濕度傳感器，可有效減少學(xué)生室內(nèi)抽煙，同時幫助學(xué)生注意環(huán)境。系統(tǒng)工作是，當(dāng)系統(tǒng)檢測到室內(nèi)危險氣體以及出現(xiàn)大量煙霧的時候，會分別推送消息給管理員和學(xué)生，并自動把門打開，可保證學(xué)生的身體健康以及生命安全。

3 系統(tǒng)結(jié)果

本系統(tǒng)軟件設(shè)計主要有主控制程序和后臺服務(wù)器數(shù)據(jù)存儲和其他子功能程序設(shè)計。主控程序主要協(xié)調(diào)硬件與云端的關(guān)系。后臺存儲主要用來數(shù)據(jù)備份方便后期查詢，其他子功能程序包括流視頻監(jiān)控以及學(xué)生本寢室內(nèi)的圖片郵件監(jiān)控功能。硬件設(shè)計主要有樹莓派攝像頭圖像采集以及圖像識別，以及驅(qū)動門鎖開門，檢測寢室內(nèi)環(huán)境是否正常等功能。整套系統(tǒng)整體運行情況良好，且搭建方便費用較低?？梢赃\用到實際的宿舍內(nèi)部使用。

4 結(jié)語

本文介紹了基于樹莓派的宿舍管理系統(tǒng)的設(shè)計方案，若該系統(tǒng)應(yīng)用于學(xué)生宿舍，將大大方便學(xué)生的日常生活與學(xué)習(xí)，更好地適應(yīng)大學(xué)的生活。同時更好的實現(xiàn)學(xué)校端的寢室管理。學(xué)生只需攜帶一個手機便可方便的管理寢室，學(xué)校管理人員也可以方便的查詢學(xué)生的生活學(xué)習(xí)狀況，同時避免了寢室的物品丟竊等問題。對于有緊急危險的情況還能準確的開門，使得宿舍安全在整體上得到了改善，所以，在宿舍安全管理和考勤方面，本系統(tǒng)在未來會更好地發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

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注：青島工學(xué)院董事長基金資助項目——大學(xué)生科技創(chuàng)新項目（項目編號：2016CX014）

作者簡介：崔天倫，青島工學(xué)院2015級通信工程在校生；左修智，王兆旭，青島工學(xué)院2014級電子信息工程在校生。

通訊作者：孫文匯（1981），男，青島工學(xué)院信息工程學(xué)院實驗室主任，講師 。