基于K210和stm32的小区门禁系统设计[单片机]-计算机毕业设计源码+LW文档

摘要本文提出了一种基于K210和STM32的小区门禁系统设计方案。该系统以K210芯片为核心进行人脸识别处理利用STM32单片机实现系统的控制与协调结合红外测温、舵机控制、显示模块等外围设备实现了集人员身份识别、体温检测、门禁控制于一体的功能。通过系统测试表明该门禁系统具有较高的识别准确率、稳定的运行性能以及良好的实用性能够有效提升小区的安全性和管理效率。关键词K210STM32小区门禁系统人脸识别一、绪论1.1 研究背景与意义随着城市化进程的加速小区的规模不断扩大人员流动日益复杂小区的安全管理面临着严峻挑战。传统的门禁系统主要依靠刷卡或密码等方式进行身份验证存在卡片丢失、密码泄露等安全隐患无法满足现代小区对安全管理的更高要求。同时在疫情防控常态化背景下对进入小区人员进行体温检测也成为了必要的防控措施。因此设计一种集成人脸识别、体温检测等功能的智能小区门禁系统具有重要的现实意义能够提高小区的安全性和管理效率为居民提供更加安全、便捷的生活环境。1.2 国内外研究现状在国外智能门禁系统的发展较为成熟一些发达国家已经广泛应用了基于生物识别技术如人脸识别、指纹识别等的门禁系统。这些系统在识别精度、响应速度等方面具有较高水平并且与智能家居、安防监控等系统实现了集成形成了较为完善的智能安防体系。在国内智能门禁系统也得到了快速发展众多企业和科研机构投入到了相关技术的研发中。虽然国内在人脸识别等生物识别技术方面取得了显著进展但在系统的稳定性、可靠性以及与其他系统的集成度等方面仍有待提高。1.3 论文结构安排本文围绕基于K210和STM32的小区门禁系统设计展开首先介绍相关技术接着进行需求分析然后详细阐述系统的硬件设计与软件设计包括各模块的功能和实现方式最后对系统进行测试与分析并总结全文。二、技术简介2.1 K210芯片K210是一款基于RISC-V架构的人工智能芯片具有高性能、低功耗、低成本等优点。它集成了图像识别、语音识别等多种功能尤其擅长进行人脸识别等计算机视觉任务。K210芯片内部配备了专用的神经网络处理器KPU能够高效地运行各种深度学习算法为人脸识别提供了强大的计算支持。在本系统中利用K210芯片进行人脸图像的采集、处理和识别大大提高了人脸识别的效率和准确率。2.2 STM32单片机STM32是意法半导体公司推出的一系列基于ARM Cortex-M内核的32位微控制器。它具有丰富的外设资源、高性能、低功耗以及易于开发等特点广泛应用于工业控制、消费电子等领域。在本小区门禁系统中STM32单片机作为主控单元负责协调各模块之间的工作如接收K210芯片发送的人脸识别结果、控制舵机的开关动作、读取红外测温数据以及与显示模块进行通信等确保整个系统的稳定运行。2.3 红外测温技术红外测温技术是一种非接触式的温度测量方法通过检测物体发出的红外辐射能量来计算物体的温度。在本门禁系统中采用红外测温模块对进入小区的人员进行体温检测具有测量速度快、无需接触、避免交叉感染等优点能够满足疫情防控的需求。2.4 舵机控制技术舵机是一种位置角度伺服的驱动器适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。在本系统中舵机用于控制门禁的开关动作当人脸识别通过且体温正常时STM32单片机发送控制信号给舵机舵机按照设定的角度转动打开门禁反之则保持关闭状态。三、需求分析3.1 功能需求人脸识别功能能够快速、准确地识别小区居民的人脸信息实现身份验证。对于陌生人或未注册的人脸系统应能够进行识别并记录。体温检测功能对进入小区的人员进行体温检测当体温超过设定的阈值时系统应及时发出报警提示。门禁控制功能根据人脸识别和体温检测的结果控制舵机的动作实现门禁的自动开关。当人脸识别通过且体温正常时打开门禁否则保持门禁关闭。信息显示功能通过显示模块实时显示人员的身份信息、体温数据以及系统的工作状态等信息方便管理人员和居民查看。数据存储与管理功能能够对人员的人脸信息、进出记录、体温数据等进行存储和管理方便后续查询和统计分析。3.2 性能需求识别准确率人脸识别准确率应达到较高水平确保小区居民能够顺利通行同时有效阻止陌生人进入。响应速度系统的响应速度要快从人脸检测到门禁开关的整个过程应在较短时间内完成避免人员长时间等待。稳定性系统应具备较高的稳定性能够在不同的环境条件下如光照变化、温度变化等正常工作减少故障发生的概率。3.3 安全性需求数据安全对存储的人员信息和数据进行加密处理防止数据泄露和被篡改保障居民的隐私安全。系统安全采取必要的措施防止系统受到恶意攻击如设置访问权限、防火墙等确保系统的安全稳定运行。四、系统设计4.1 硬件设计4.1.1 整体架构本小区门禁系统的硬件部分主要包括K210人脸识别模块、STM32单片机、红外测温模块、舵机、显示模块、按键模块以及蜂鸣器等。K210模块负责采集和处理人脸图像并将识别结果发送给STM32单片机红外测温模块用于测量人员体温并将数据传输给STM32STM32单片机作为核心控制单元根据接收到的信息进行综合判断控制舵机的动作、显示模块的显示以及蜂鸣器的报警等显示模块实时显示相关信息按键模块可用于系统的设置和调试蜂鸣器在体温异常或出现其他异常情况时发出报警声音。4.1.2 K210人脸识别模块设计K210模块通过摄像头采集人脸图像利用内部的KPU处理器运行人脸识别算法对采集到的人脸图像进行特征提取和比对。将预先录入的小区居民人脸信息存储在模块的存储器中当采集到新的人脸图像时与存储的人脸信息进行匹配将识别结果通过串口或其他通信方式发送给STM32单片机。4.1.3 STM32单片机最小系统设计选择合适的STM32芯片型号设计其最小系统电路包括时钟电路、复位电路、电源电路等。时钟电路为单片机提供稳定的时钟信号确保单片机能够按照预定的时序工作复位电路用于在系统启动或出现异常时对单片机进行复位操作电源电路为单片机提供稳定的电源供应。4.1.4 红外测温模块接口设计将红外测温模块与STM32单片机的相应引脚连接根据模块的通信协议读取模块测量得到的体温数据。在设计接口电路时要考虑信号的稳定性和抗干扰能力确保测量数据的准确性。4.1.5 舵机控制电路设计舵机通过控制信号线与STM32单片机的GPIO引脚连接单片机通过输出不同占空比的PWM信号来控制舵机的转动角度。设计合理的驱动电路确保舵机能够获得足够的驱动电流实现稳定的转动控制。4.1.6 显示模块设计采用合适的显示模块如LCD显示屏通过相应的通信接口如I2C、SPI等与STM32单片机连接。编写驱动程序实现单片机对显示模块的控制将人员的身份信息、体温数据等实时显示在屏幕上。4.1.7 按键模块与蜂鸣器设计按键模块与单片机的GPIO引脚连接通过软件编程实现按键的消抖处理和功能响应可用于系统的参数设置、模式切换等操作。蜂鸣器通过三极管等驱动电路与单片机连接当系统检测到体温异常等情况时单片机控制蜂鸣器发出报警声音。4.2 软件设计4.2.1 整体流程系统上电后首先进行初始化设置包括STM32单片机的初始化、各模块的初始化等。然后进入主循环依次进行人脸录入如果是首次使用或需要添加新的人员信息、红外测温、异常判断、人脸识别、模板匹配判断等操作。如果体温异常则触发蜂鸣器报警如果人脸识别通过且体温正常则控制舵机打开门禁并在显示模块上显示相关信息否则保持门禁关闭并在显示模块上显示相应的提示信息。4.2.2 人脸录入程序在人脸录入阶段通过K210模块的摄像头采集人员的人脸图像经过处理后提取人脸特征信息并将该信息存储到模块的存储器中同时可以在STM32单片机中进行备份存储以便后续的识别和查询。4.2.3 红外测温程序编写红外测温程序通过STM32单片机读取红外测温模块的数据并对数据进行处理和校准确保体温测量的准确性。将测量得到的体温数据与设定的阈值进行比较判断是否异常。4.2.4 人脸识别与模板匹配程序K210模块完成人脸识别后将识别结果发送给STM32单片机。单片机将接收到的人脸信息与预先存储的人脸模板进行匹配判断是否为小区居民。如果匹配成功则进一步根据体温检测结果控制门禁的开关如果匹配失败则记录相关信息并保持门禁关闭。4.2.5 舵机控制与显示程序根据人脸识别和体温检测的结果STM32单片机输出相应的控制信号给舵机控制舵机的转动角度实现门禁的开关动作。同时根据系统的运行状态和测量数据控制显示模块显示相应的信息如人员姓名、体温数值、门禁状态等。五、系统测试与分析5.1 测试环境与方法在实际小区门禁环境中搭建测试平台邀请不同的人员进行测试包括小区居民和陌生人。在测试过程中记录人脸识别的准确率、体温测量的误差、门禁开关的响应时间等数据。同时模拟各种异常情况如体温异常、人脸识别失败等测试系统的报警功能和应对能力。5.2 测试结果分析经过多次测试结果表明该小区门禁系统在人脸识别方面具有较高的准确率能够准确识别小区居民并阻止陌生人进入体温测量误差在可接受范围内能够满足疫情防控的需求门禁开关的响应速度较快能够在短时间内完成开关动作。在异常情况测试中系统能够及时发出报警提示并保持门禁关闭确保小区的安全。六、总结6.1 研究成果总结本文成功设计了一种基于K210和STM32的小区门禁系统实现了人脸识别、体温检测、门禁控制、信息显示等多种功能。通过硬件电路设计和软件程序编写将各个模块有机地结合在一起形成了一个完整的智能门禁系统。经过测试该系统具有较高的性能和稳定性能够有效提升小区的安全性和管理效率。6.2 不足与展望然而本系统仍存在一些不足之处如在强光或弱光环境下人脸识别的准确率可能会受到一定影响系统的功能还可以进一步扩展如增加远程监控、手机APP控制等功能。在未来的研究中可以针对这些问题进行改进和优化不断提高系统的性能和实用性使其更好地满足小区安全管理的需求。总之基于K210和STM32的小区门禁系统设计为小区安全管理提供了一种有效的解决方案随着技术的不断发展有望在更多的小区得到推广和应用。