項目簡介

隨著技術的進一步發展和需求的增長，社會對于安全與便捷的需求也在不斷上升。在這個快節奏的時代，人們對于門禁系統的要求不再局限于簡單的出入管理，更加注重系統的智能化、高效性以及與其他系統的整合能力。現代社會門禁系統早已不再只是傳統的鑰匙和鎖的簡單代替，而是結合了生物識別、物聯網技術、人工智能等先進技術，實現了全新的功能和應用。

智能門禁系統的設計旨在解決傳統門禁系統存在的諸多問題，提供更高效、安全和便捷的門禁控制方案，具有巨大潛力和廣泛需求。門禁系統作為一種高級門禁控制解決方案，滿足了各行各業對安全性、訪問控制、數據管理和便捷性的需求。近年來，智能門禁系統在技術創新和應用拓展方面取得了巨大的進步。從教育、商業到社區，智能門禁系統正逐步改變著我們生活和工作的方式，為我們帶來更智能、高效、安全的生活環境。

本項目使用的控制板是靈動微電子公司的MM32F5270開發板。MM32F5270是一款搭載了安謀科技Arm China STAR-MC1內核的MCU產品，其工作頻率可達120MHz，內置多達256KB Flash和192KB RAM，配置浮點運算單元（Floating Point Unit,FPU）、數字信號處理單元（Digital Signal Processing，DSP）、信號間互聯矩陣MindSwitch、可配置邏輯單元CLU、三角函數加速單元CORDIC等算法加速單元，并集成了豐富的外設模塊和充足的I/O端口。MM32F5270相較于現有產品全面提升了性能、存儲容量、總線架構和外設配置。

特色與創新

IoT技術應用

1 云平臺連接

借助ESP32無線WIFI模塊，智能門禁系統實現了遠程監控和控制功能。用戶可以通過WIFI模塊連接至服務器，從而控制小程序顯示以及云平臺的移動設備，隨時隨地實時監視門禁系統的狀態和活動。無論身處何地，用戶都能輕松地查看誰進出了門禁區域，并能根據實時上報的時間迅速采取必要的行動。這種便利性使得門禁系統的安全性和可管理性得到了大幅提升。

傳統的門禁系統通常是基于本地服務器或控制器進行管理，而本創新將門禁系統的數據和功能集中到了云平臺上，并實時將數據上傳到數據庫。這種連接方式極大地提高了系統的可訪問性和可管理性，用戶可以通過任何連接互聯網的設備隨時隨地遠程監控和控制門禁系統。

2 通信和交互

本作品WiFi模塊采用TCP透傳的方式，通過云平臺和云服務器作為數據接口，使得用戶與門禁系統之間能建立快速、穩定的實時通信通道。從而摒棄了繁瑣的AT指令，解決了大數據傳輸慢，單次數據量傳輸少的缺陷。這意味著用戶可以立即接收到有關門禁系統的關鍵信息，如門禁狀態、報警信息等。同時，用戶還可以通過移動設備與門禁系統進行實時交互，例如利用小程序實現遠程開鎖、遠程監控門禁狀態等。這種實時通信和交互的能力大大提高了門禁系統的操作靈活性和便捷性。

3 數據集中管理

通過將門禁系統與云平臺和數據庫連接，所有的門禁數據得以集中管理。云平臺可以存儲和處理大量的門禁記錄，包括用戶進出門禁區域的時間、監控圖片以及門禁狀態等。用戶可以通過這些數據更好地了解門禁系統的使用情況，判斷是否有可疑人員出入，并作出相應的決策和改進。

微信小程序集成

1 使用體驗方便

微信小程序是廣泛普及和使用的移動應用平臺，幾乎每個人都可以輕松地下載和使用。通過將智能門禁系統與微信小程序集成，用戶可以直接在微信中打開小程序，實現查看門禁數據、抓拍圖片以及遙控開關門等功能，無需額外下載其他應用程序或登錄其他平臺。這種無縫集成的方式帶來了極大的便利性，讓用戶能夠隨時隨地通過簡潔的微信界面來管理門禁系統，使得門禁系統的使用更加便捷和高效。

2 實時數據更新

微信小程序集成為智能門禁系統帶來了實時數據更新的優勢。通過與云平臺的連接，智能門禁系統可以將門禁數據實時同步到微信小程序中。當有人員進出門禁區域或發生其他門禁事件時，相關的數據會立即更新并顯示在微信小程序的界面上。這種實時數據更新的功能使用戶能夠及時獲取最新的門禁信息，如進出記錄、警報事件等，保持對門禁系統的實時感知。

通過微信小程序實時數據更新的優勢，用戶可以快速了解門禁系統的狀態和活動。他們可以實時查看誰進出了門禁區域、何時進出，甚至可以獲取到具體的門禁記錄。這種實時數據更新的功能對于安全性管理和活動追蹤非常重要。用戶可以即時檢查門禁系統的運行情況，確保未經授權的人員無法進入受限區域，并能及時采取必要的措施。

3 數據記錄與分析

小程序不僅僅是一個簡單的門禁控制工具，更是一款集報警記錄、數據分析和可視化呈現于一體的多功能應用。其具有歷史報警記錄和數據分析功能，以及通過曲線圖直觀展示的方式，為用戶提供了更深入的安全信息和洞察力。無論是門禁系統的異常事件、訪客記錄，還是其他可能引起警報的情況，小程序都會將這些信息進行準確的記錄，并將照片作為實物證據加以保存。這為用戶提供了一種方便而可靠的方法，用以了解門禁系統的安全情況，并在需要時進行查證和回溯。它能夠自動地分析近30次報警記錄，從中挖掘出潛在的模式、趨勢和異常。通過這一功能，用戶可以更好地理解報警事件之間的關聯，識別可能的風險因素，并針對性地制定安全改進計劃。這種視覺化呈現方式不僅提供了直觀的數據呈現，還能夠幫助用戶更容易地識別出可能的周期性或突發性事件。

人臉識別技術

1 身份驗證高效性

人臉識別技術通過采集門禁區域的圖像數據并進行人臉識別，實現了快速、準確的身份驗證。用戶只需在攝像頭前進行簡單的人臉掃描，系統即可迅速將其與事先存儲的授權用戶的人臉數據進行比對。這種身份驗證的高效性使得門禁系統能夠快速確認用戶的身份，從而減少了傳統的密碼或卡片驗證方式所帶來的麻煩和繁瑣。

2 高安全性保障

引入人臉識別技術為智能門禁系統帶來了更高的安全性保障。傳統的門禁系統往往依賴于密碼或卡片，但這些驗證方式存在著泄露、遺失或被盜用的風險。而人臉識別技術基于個體的唯一生物特征，難以偽造或冒用，大大降低了非法闖入的可能性。只有經過身份驗證的用戶才能進行開鎖操作，確保門禁區域的安全性得到有效的保護。

3 提升使用便捷性

相比傳統的身份驗證方式，人臉識別技術在使用上更加便捷。用戶只需站在門禁區域的攝像頭前，無需攜帶額外的卡片或記住復雜的密碼。這種無感知的身份驗證方式使得用戶可以快速進出門禁區域，提升了使用的便捷性和效率。

居家安全監控

1 兒童居家異常報警

智能門禁系統設置了兒童鎖，當兒童或者老人獨自在家中，發現門外異常時，按下報警鍵，門禁系統自動亮紅光警示驅逐并向監護人發送報警信息，此時，無論是密碼開門，還是刷卡開門，都無法打開。兒童鎖功能是一項綜合性的安全措施，以創新的方式回應家庭中的特殊需求。通過緊急報警、自動化警示和及時通知的組合，它在兒童和老人獨自在家時，為家庭成員的安全保駕護航。這一功能的引入，不僅僅展示了技術在安全領域的前沿應用，更凸顯了對家庭幸福的關切與呵護。

2 消防關聯報警

攝像頭部分部署有煙霧識別的算法，能夠識別檢測火情，當樓道內識別到煙霧判斷為火災隱患則會向用戶發送報警信息，拍攝照片緊急聯系戶主。

通過以上技術創新點，本作品實現了IoT技術的應用、微信小程序的集成、人臉識別和居家安全監控的應用，這些技術的應用以及功能創新使得智能門禁系統更加智能、安全、便捷、高效，滿足了不斷發展的安全管理需求，并為用戶提供了更優質的門禁管理體驗。

系統設計

總體結構設計

本作品的感知層包括攝像頭模塊、密碼按鍵以及NFC卡讀取器，主要功能是與用戶進行交互并獲取必要的輸入數據。

MM32F5270開發板是整個產品的核心主控部分，作為控制核心的功能，他進行了處理傳感器數據和控制門禁設備以及與云端進行數據交互的任務。并且各個狀態下都會有相應的語音播報。

傳輸層利用WIFI模塊實現云端數據交互。WIFI模塊負責與服務器進行透傳，將采集到的圖像數據、家電狀態、緊急報警信息等傳輸到云服務器。云服務器再將數據傳送到小程序，最后再由小程序將數據發送給單片機進行超控。

機械結構搭建

本作品通過控制電機轉動控制門的開關，攝像頭搭載在二維云臺上，主控核心與攝像頭之間沒有進行任何有線連接，而是使用無線串口實現了分離式的設計，并且給攝像頭增加了一個云臺，通過深度學習算法，可以實現無死角自動追蹤人體。

控制電路設計

本作品采用了攝像頭模塊、密碼鍵盤、語音播報模塊以及NFC卡進行感知層技術的實現，利用esp32物聯網模塊實現傳輸層技術，使用MM32F5270作為控制核心，通過阿里云物聯網平臺進行數據交互和遠程控制。通過軟件開發技術和云應用，實現了門禁系統的功能和云端管理。并且，通過數據挖掘和可視化應用，對門禁系統的數據進行分析和展示，提供更加全面和直觀的信息。

圖5 作品功能結構框圖

1 感知層技術

1.1攝像頭模塊

OpenMV是一種基于MicroPython的開源計算機視覺平臺，專門設計用于嵌入式系統和物聯網應用。它具有小巧、高效的特點，并且集成了圖像傳感器、處理器和運行MicroPython的環境。通過OpenMV模塊，門禁系統可以獲取門禁區域的圖像數據，并進行以下功能：

1、 圖像處理：OpenMV模塊內置了圖像處理庫，可以進行常見的圖像處理操作，如圖像濾波、邊緣檢測、二值化等。這樣可以對門禁區域的圖像進行處理，提取有用的信息，為后續的人臉識別和人體感應功能提供支持。
2、人臉識別：OpenMV模塊支持人臉識別算法，并提供了相應的API和庫。通過采集門禁區域的圖像數據，可以對人臉進行識別和驗證，判斷用戶的身份是否合法。這樣可以增強門禁系統的安全性，只有經過身份驗證的用戶才能進行開鎖操作。
3、人體感應：OpenMV模塊集成了紅外傳感器和圖像傳感器，可以進行人體感應功能。通過檢測門禁區域是否有人存在，可以觸發門禁系統的相應操作，如自動開門或警報。同時，當門外無人時，系統可以進入休眠狀態，以減少能量消耗。

綜上所述，OpenMV模塊作為感知層的一部分，在門禁系統中具備圖像處理、人臉識別和人體感應等功能，為系統提供了感知能力，以支持門禁系統的正常運行和安全性增強。

1.2密碼按鍵

密碼按鍵為四個按鍵，用戶可以通過按下E0、E1、E2三個按鍵來輸入密碼。在門禁系統中，當確認密碼按鍵（E3）被觸發時，系統將讀取用戶輸入的密碼。
通過密碼按鍵的使用，門禁系統可以提供一種傳統的身份驗證方式，以補充圖像處理和人臉識別的功能。用戶可以選擇使用密碼按鍵進行開門，以增加門禁系統的靈活性和安全性。

1.3刷卡開門

NFC（Near Field Communication，近場通信）卡是一種無線通信技術，它可以與門禁系統進行近距離通信。以下是NFC卡在門禁系統中的使用方式：
NFC卡可以作為一種方便、快速的身份驗證方式。用戶只需將NFC卡靠近讀取器，就能進行快速的身份驗證，無需手動輸入密碼。此外，用戶可以將NFC卡保存在手機上，使用手機的NFC功能進行刷卡開門。

通過結合OpenMV模塊、密碼按鍵和NFC卡，門禁系統可以提供多種身份驗證方式，增加靈活性和安全性。用戶可以根據自己的需求和偏好選擇合適的身份驗證方式來開啟門禁系統。

2 傳輸層技術

2.1TCP透傳技術

TCP協議是智能門禁系統傳輸層的基礎。它是互聯網傳輸數據的核心協議，具有可靠性和穩定性。TCP (Transmission Control Protocol) 負責在傳輸過程中進行數據分包、傳輸、重傳等操作，確保數據的完整性和準確性。Wifi模塊開啟透傳模式后，可以不再拘束于特定的AT指令，可以快速準確地傳輸大量數據，且避免了數據類型或格式不同所帶來的不便。

2.2WiFi技術

智能門禁系統常使用WiFi技術進行數據傳輸。WiFi技術提供了高速、穩定的無線數據傳輸能力，適用于對數據實時性要求較高的場景，為實時顯示圖像和時間數據等提供了技術支持。通過WiFi模塊，門禁設備可以與云平臺或其他管理終端建立網絡連接，并實現數據的快速上傳和傳輸。

2.3HTTP傳輸技術

云端服務器和微信小程序使用HTTP協議進行數據傳輸，這是一種常見的應用層協議，廣泛用于互聯網通信。HTTP協議是一種無狀態的、基于請求與響應模式的協議，它使用URL作為定位網絡資源的標識，并通過請求方法（如GET、POST等）來表明對資源的操作。微信小程序與云端服務器通信，以及WiFi模塊與服務器配網通信時，使用JSON格式來傳輸數據，因為JSON格式具有簡潔、輕量且易于解析的特點。

圖8 傳輸層示意圖

3 控制層技術

MM32F5270作為控制核心的功能包括處理傳感器數據和控制門禁設備。同時，它與esp32模塊進行通信，接收來自云平臺的指令，并判斷開鎖請求的合法性，最終發送開鎖指令給門禁設備。

3.1傳感器數據處理

MM32F5270負責接收和處理從感知層（如OpenMV模塊和NFC讀取器）傳來的傳感器數據。它可以對采集到的圖像數據進行處理、進行人臉識別算法的運算，或者獲取NFC卡的信息。通過處理這些傳感器數據，MM32F5270可以提取關鍵信息，進行身份驗證或者判斷門禁系統的狀態。

3.2控制門禁設備

MM32F5270通過與門禁設備的通信接口，控制門禁設備的開鎖操作。它可以發送開鎖指令給門禁設備，使其解除鎖定狀態，從而允許合法用戶進入。

3.3與esp32模塊的通信

MM32F5270與esp32模塊進行通信，以實現與云平臺的連接。它負責接收從esp32模塊傳來的數據，如云平臺的指令或者門禁狀態信息。同時，MM32F5270將處理后的傳感器數據或門禁狀態信息發送給esp32模塊，以便通過互聯網傳輸到云平臺。

3.4判斷開鎖請求的合法性

當MM32F5270接收到來自云平臺的開鎖請求指令時，它會對請求進行合法性判斷。通過對用戶身份驗證的結果、密碼輸入、NFC卡信息等進行比對，MM32F5270可以確定請求是否合法，并決定是否執行開鎖操作。

4 云應用

4.1技術概覽

本作品采用阿里云云服務器作為云端應用，用于門禁設備的數據交互和存儲。同時，結合微信小程序作為用戶交互頁面，用戶可以通過小程序從云服務器獲取門禁設備的各類數據和信息，并通過與門禁設備建立tcp連接來實現遠程控制。

4.2 技術細節

在云應用方面，使用阿里云云服務器作為云端應用平臺，通過云服務器提供的高可用性和容錯機制，使用springboot技術框架保證門禁系統的穩定性和可靠性。門禁系統的數據存儲和管理采用MySQL和Redis等數據庫，實現對門禁系統數據的快速存儲和查詢。

在小程序方面，通過與阿里云云服務器進行數據交互，支持用戶遠程訪問和控制門禁系統。用戶可以通過微信小程序獲取門禁系統的實時監控數據、開門記錄、警報信息等，同時可以通過小程序遠程控制門禁系統的開關、密碼設置、查看可疑人員警報等功能。

在門禁設備方面，通過與阿里云云服務器建立TCP連接，實現門禁設備的遠程控制和數據傳輸。門禁設備可以將監控數據、報警信息等實時上傳到云服務器，同時可以接收來自云服務器的遠程控制指令，實現開門、報警等操作。