智能门控安防系统

智能门控安防系统

摘要本文介绍了一款基于STM32F429IGT6单片机，融合物联网技术和人工

智能技术，集成指纹模块、摄像头模块、GSM模块、Wi-Fi模块、非接触射频模块、键盘等模块的智能门控安防系统的设计。此系统主要解决被盗时无法及时向

用户报警等安全隐患问题及实现多方式安全开门，具有摄像头抓拍、时效动态验

证码开门、智能向用户电话报警、语音报警、人脸识别解锁、人脸数据对比、

APP远程控制等功能。

关键词物联网；人工智能；门控安防；报警；远程控制

0引言

相关数据表明，近几年来，入室盗窃犯罪案件急剧增多。入室盗窃案发率高，给国家、集体和公民的财产带来了重大损失，扰乱了公民正常的生活、生产秩序，威胁到了人民群众的财产安全。但目前家庭住宅的传统门控安防存在诸多不足之处：家庭住宅的大门一般安置有内锁，夜间晚归人员通常会让家人起床开内置门锁。这样的开门方式显得繁琐、不安全且容易影响家人作息。而安装有门禁卡模

式的门控系统却大部分缺乏有效的安全防御，比如：面对陌生人员或是不良分子

入侵时不能作出识别、预警以及及时反馈。这与广大住户追求的安全住宿环境存

在矛盾。

针对上述不足之处，本文的智能门控安防系统实现了APP远程开门、时效动

态验证码开门、人脸识别、智能抓拍不良分子、向用户报警、及时震慑不法分子、多方式开门防钥匙丢失无法进入住宅等人性化、智能化功能。

本系统通过指纹模块、射频卡模块、键盘模块实现开锁，用户可自行选择指纹、密码、射频IC卡等任意一种开锁方式通过第一层验证[1]，之后进行人脸识

别即可打开门控系统进入住宅，告别了传统钥匙开锁方式的繁琐。如有来访者而

用户不在家，用户可使用手机获得动态时效验证码并告知来访者通过键盘开锁，

或者当来访者到达住宅门口，用户可通过APP一键开锁。本系统的各个模块互不

影响，开锁方式多样且方便、可靠性好、安全性高。采用人性化的设计，不仅能

防止陌生人开锁并能及时报警，且APP远程一键开锁能给用户带来极大的方便，

可以避免来访者已到达用户住宅门口时的无聊等待。

1系统的整体设计

智能门控安防系统的整体结构如图1所示，采用STM32F429IGT6单片机作为

主控芯片，融合物联网技术和人工智能技术，使用指纹模块、摄像头模块、GSM

模块、Wi-Fi模块、射频卡模块、键盘模块等实现智能向用户电话报警、摄像头

抓拍不法分子、时效动态验证码开门、人脸识别解锁、人脸数据对比、APP远程

控制等功能。

图1 系统结构

2系统的硬件结构

ESP8266模块

GSM模块

STM32F429最小系统

本系统硬件设计思路如图2所示，以STM32F429IGT6微处理器作

为智能门控安防系统的控制核心，通过协调ATK-OV5640摄像头、GSM模块、非接触式射频模块、指纹模块等工作共同构成系统的硬件结构。

ATK-OV5640摄像头

信息验证

开门

键盘

IC卡

指纹

图2 硬件结构

2.1 硬件功能模块

STM32F429IGT6单片机：STM32F429IGT6单片机的内核采用Cortex-M4，总线大多采用矩阵结构，最高工作频率180MHz，单周期乘法和硬件除法，能达到1M

的FLASH，SRAM存储器存储字节多种，内部集成多个定时器、多路模数与数模转

换和串口等。具有大空间的片上存储、多种的外设资源、工作功率损耗小等优点。选择STM32F429IGT6单片机基本满足本设计的参数要求[2]。

图像上传：信息验证不断失败，标记为异常次数不断累加。当累计的异常次

数高于一定阈值时，由STM32F429芯片操控ATK-OV5640摄像头进行图像抓拍，

之后在系统空闲时再通过Wi-Fi发送图像至Web服务器，用户可使用APP从Web

服务器中提取上传的图像，并进行显示查看[3]。

摄像头（ATK-OV5640）：ATK-OV5640是一款采用SCCB接口且能与IIC总线

兼用、像素为500W的高清摄像头，可通过设置寄存器的字节来控制摄像头，如

图片格式、图片字节大小和对焦时间，可实现拍摄图片、逐行视频等功能。自动

对焦可令摄像头拍摄的图片的清晰度提高[4]。

2.2 信息验证

信息验证是通过键盘、射频IC卡模块和指纹模块采集开门者的生理特征，

并将采集的信息与系统内部预先录入的数据进行比对，如比对一致则进行人脸识别，否则记为一次异常行为，异常行为次数超过一定阈值将会触发警报[5]。

远程控制系统：当有认识的人来访，而人脸数据库中尚未录入其人脸数据，

此时用户不在家，但是用户想让来访者进入住宅，用户可通过APP远程控制系统

状态。

第一种情况：当来访者还在路上时，用户可以通过手机APP生成一个具有时

效性、使用次数为1次的密码，并将临时验证密码告知来访者，来访者通过键盘

输入此密码即可进入住宅。

第二种情况：当来访者已到达住宅门口时，用户可通过APP远程开门。

电话报警：系统在验证开门人的信息过程中累计的异常次数超过一定阈值时，会由STM32F429芯片控制GSM模块主动拨打预留在系统的用户手机号码[6][7][8]。

3系统软件设计

当系统开始工作时，首先对系统所用的外设和模块进行初始化。完成系统初

始化后，进入工作模式，通过协调各模块的功能实现系统的既定功能。每次进行

信息验证后，要对使用者进行人脸识别。当信息验证不通过或人脸识别不通过时，系统会通过GSM模块拨打预留的联系电话进行报警，并抓拍人脸图像传输到用户APP。如果是临时使用，还可以通过现场的GSM模块拨打电话，与用户进行联系

并告知缘由。用户可以通过手机APP实现远程开锁，或者随机生成一个6字符的

动态密码并设置动态密码的有效时长。

3.1 信息验证程序设计

信息验证程序主要由三部分组成，分别是密码输入、IC卡检测、指纹检测，

如图3所示。