阅读说明：本技术 一种基于传感网络的智能门禁系统 (Intelligent access control system based on sensing network ) 是由 左青松 于 2019-11-13 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种基于传感网络的智能门禁系统,基于传感网络的智能门禁系统包括中央处理装置、温度传感器、信号处理电路、指纹采集模块、摄像头、第一触发模块、温度识别模块、指纹识别模块、第二触发模块、图像识别模块、第三触发模块、闸门控制模块、非门电路以及报警模块,其中,使用温度传感器确认进入门禁的为人体,使用信号处理电路提高了温度监测精度,当监测到为人体时,触发指纹采集模块进行指纹采集作业,当采集到的指纹为允许进入门禁的人员的指纹时再进一步触发摄像头进行图像采集,再由图像识别模块提取图像的特征信息以再进一步判断进入门禁的是否为允许进入门禁的人员。(The invention provides an intelligent access control system based on a sensor network, which comprises a central processing unit, a temperature sensor, a signal processing circuit, a fingerprint acquisition module, a camera, a first trigger module, a temperature identification module, a fingerprint identification module, a second trigger module, an image identification module, a third trigger module, a gate control module, a NOT gate circuit and an alarm module, wherein, the temperature sensor is used for confirming that the entrance guard is a human body, the signal processing circuit is used for improving the temperature monitoring precision, when the person who is monitored is a human body, the fingerprint acquisition module is triggered to perform fingerprint acquisition operation, when the acquired fingerprint is the fingerprint of the person who is allowed to enter the entrance guard, the camera is further triggered to perform image acquisition, and the image identification module extracts the characteristic information of the image so as to further judge whether the person who enters the entrance guard is the person who is allowed to enter the entrance guard.)

一种基于传感网络的智能门禁系统

技术领域

本发明涉及智能机电领域，尤其涉及一种基于传感网络的智能门禁系统。

背景技术

当今社会科学技术水平发展迅猛，信息技术更是科学技术发展水平的领路军，基于信息技术的各项科学技术水平都在发生着日新月异的变化。人们正时刻感受着科学水平高速发展给生活带来的便捷，于此同时又对科技的发展方向提出了需求。科技发展虽然带给人们生活的便捷，但同时也带来了新的安全隐患，利用高科技犯罪的行为也在逐步增多。传统的门锁系统远不能满足现在社会的需求，智能的门禁系统因此诞生，它有效的提高了门的安全性，同时也提高了便捷性等多方面的改善。

门禁系统在射频识别技术高速发展的基础之上，也获得了迅猛的提升和前进，现今的门禁系统已经日趋完备，可用性愈加完善。并在此基础上不断衍生出新的技术的应用系统，在安全性，方便性，易管理性等方面都有更优异的表现，门禁系统已经不仅仅是门及钥匙的替代应用，而是更逐步的在进出管理控制领域里形成越来越完善的系统。现如今的人事考勤系统、工作环境安全限定等管理领域中都不乏射频识别技术的身影，并扮演着越来越重要的角色。

门禁系统作为将外来人员阻挡在外的有效手段，受到人们的广泛关注。常见的门禁系统可分为机械式、门禁卡式、键盘式密码锁、互联网式、生物特征式等，机械式门禁使用机械门锁和钥匙开启门禁，这种方式历史悠久，稳定可靠，但使用时要求用户将钥匙翻找出来，过程比较繁琐。门禁卡式使用IC卡（集成电路卡）作为判别方式，与使用钥匙开门的优缺点相似，稳定可靠，但存在取用不便的问题。键盘式密码锁通过输入密码来判定来访者是否为合法用户，非法用户可能在他人输入密码的时候记住密码，安全性较低。互联网式门禁是一种新型的门禁方式，主要通过远程操作来控制门禁系统，如通过手机进行操控。

现有技术中，门禁系统的智能性越来越高，但是其工作效率偏低，例如，门禁系统若采用指纹识别，则容易被他人套用指纹，若采用图像识别，在进行图像进行匹配时，目前图像识别的精度较低或响应速度较慢，若采用温度监测装置确定进入门禁的为人时，对温度的采集精度较低，也容易造成智能门禁误判。

发明内容

因此，为了克服上述问题，本发明提供了一种基于传感网络的智能门禁系统，基于传感网络的智能门禁系统包括中央处理装置、温度传感器、信号处理电路、指纹采集模块、摄像头、第一触发模块、温度识别模块、指纹识别模块、第二触发模块、图像识别模块、第三触发模块、闸门控制模块、非门电路以及报警模块，其中，使用温度传感器确认进入门禁的为人体，使用信号处理电路提高了温度监测精度，当监测到为人体时，触发指纹采集模块进行指纹采集作业，当采集到的指纹为允许进入门禁的人员的指纹时再进一步触发摄像头进行图像采集，再由图像识别模块提取图像的特征信息以再进一步判断进入门禁的是否为允许进入门禁的人员。

根据本发明提供的一种基于传感网络的智能门禁系统，其包括中央处理装置、温度传感器、信号处理电路、指纹采集模块、摄像头、第一触发模块、温度识别模块、指纹识别模块、第二触发模块、图像识别模块、第三触发模块、闸门控制模块、非门电路以及报警模块。

其中，温度传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接，信号处理电路的输出端与中央处理装置的输入端连接，指纹采集模块的输出端与中央处理装置的输入端连接，摄像头的输出端与中央处理装置的输入端连接，中央处理装置的输出端与温度识别模块的输入端连接，温度识别模块的输出端与第一触发模块的输入端连接，第一触发模块的输出端与指纹采集模块的输入端连接，中央处理装置的输出端与指纹识别模块的输入端连接，指纹识别模块的输出端与第二触发模块的输入端连接，第二触发模块的输出端与摄像头的输入端连接，中央处理装置的输出端与图像识别模块的输入端连接，图像识别模块的输出端与第三触发模块的输入端连接，第三触发模块的输出端与闸门控制模块的输入端连接，第二触发模块的输出端与非门电路的输入端连接，非门电路的输出端与报警模块的输入端连接，第三触发模块的输出端与非门电路的输入端连接，非门电路的输出端与报警模块的输入端连接。

其中，温度传感器用于采集待进入门禁物体的温度信号，并将采集到的温度信号传输至信号处理电路，信号处理电路对接收到的温度信号进行信号处理，信号处理电路将处理后的温度信号传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的温度信号传输至温度识别模块，温度识别模块内存储有标准温度范围，若温度识别模块接收到的温度信号在标准温度范围内，则认为待进入门禁的为人体，温度识别模块控制第一触发模块发送第一触发信号至指纹采集模块，指纹采集模块接收到第一触发信号后开始采集待进入门禁人员的指纹图像，指纹采集模块将采集到的指纹图像传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的指纹图像传输至指纹识别模块，指纹识别模块内存储有允许进入门禁人员的指纹信息，若指纹识别模块接收到的指纹图像信息与其存储的允许进入门禁人员的指纹信息中的任何一个匹配，则指纹识别模块控制第二触发模块发送第二触发信号至摄像头，若指纹识别模块接收到的指纹图像与其存储的允许进入门禁人员的指纹信息中的任何一个都不匹配，则第二触发模块发出低电平信号至非门电路，非门电路将接收到的低电平变为高电平后传输至报警模块，报警模块接收到高电平信号后开始报警作业，摄像头设置于指纹采集模块的上方，摄像头接收到第二触发信号后开始采集待进入门禁人员的面部图像信息，摄像头将采集到的面部图像信息传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的面部图像信息传输至图像识别模块，图像识别模块中存储有允许进入门禁人员的面部图像信息的标准特征量，图像识别模块提取其接收到的面部图像信息的特征量，标准特征量与图像识别模块提取的特征量为同一参量，若图像识别模块提取的特征量与其存储的标准特征量匹配，则图像识别模块控制第三触发模块发出第三触发信号至闸门控制模块，闸门控制模块接收到第三触发信号后打开门禁的闸门，若图像识别模块提取的特征量与其存储的标准特征量不匹配，则第三触发模块发出低电平信号至非门电路，非门电路将接收到的低电平变为高电平后传输至报警模块，报警模块接收到高电平信号后开始报警作业。

优选的是，图像识别模块提取其接收到的面部图像信息的特征量，特征量为面部图像中两鼻翼中点与两眼中点之间的距离。

优选的是，图像识别模块提取面部图像中两鼻翼中点与两眼中点之间的距离的方法如下：

S1：提取面部图像中左眼的坐标（x₁，y₁）、右眼的坐标（x₂，y₂）、左鼻翼的坐标（x₃，y₃）以及右鼻翼的坐标（x₄，y₄）；

S2：求取两鼻翼中点坐标（x₅，y₅），其中，

；

S3：求取左眼和右眼之间的距离b，其中，

；

S4：求取左眼和右眼连成的直线的方程：

；

S4：提取面部图像中两鼻翼中点与两眼中点之间的距离h，其中，

。

优选的是，温度传感器用于采集待进入门禁物体的温度信号，将采集的温度信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至信号处理电路，V1为经过信号处理电路处理后的电压信号，信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元，温度传感器的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与中央处理装置的输入端连接。

优选的是，信号放大单元包括运算放大器A1、电容C1-C3和电阻R1-R7。

其中，温度传感器的输出端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端接地，电阻R1的一端还与电容C1的一端连接，电阻R3的一端接地，电阻R3的另一端与电容C1的另一端连接，电阻R2的一端与运算放大器A1的同相输入端连接，电阻R2的一端还与电阻R3的另一端连接，电阻R2的另一端与直流电源Vcc连接，运算放大器A1的V+端与直流电源Vcc连接，运算放大器A1的V-端接地，电容C2的一端接地，电容C2的另一端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与运算放大器A1的反相输入端连接，电阻R4的另一端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与运算放大器A1的输出端连接，电容C3的一端与运算放大器A1的输出端连接，电容C3的另一端与电阻R6的一端连接，电阻R7的一端接地，电阻R7的另一端与电阻R6的另一端连接，电阻R6的另一端与信号滤波单元的输入端连接。

优选的是，信号滤波单元包括电阻R8-R11、电容C4-C7以及运算放大器A2。

其中，信号放大单元的输出端与电容C4的一端连接，电容C4的另一端与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与直流电源Vcc连接，电阻R9的一端接地，电阻R9的另一端与电容C4的另一端连接，电阻R9的另一端与电阻R10的一端连接，电阻R10的一端与电阻R11的一端连接，电阻R10的另一端与电容C5的一端连接，电容C5的另一端与运算放大器A2的反相输入端连接，电容C5的另一端还与运算放大器A2的输出端连接，运算放大器A2的V+端与直流电源Vcc连接，运算放大器A2的V-端接地，电容C6的一端接地，电容C6的另一端与运算放大器A2的同相输入端连接，电阻R11的另一端也与运算放大器A2的同相输入端连接，电容C7的一端与运算放大器A2的输出端连接，电容C7的另一端与中央处理装置的输入端连接，信号滤波单元将电压信号V1传输至中央处理装置。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明提供的基于传感网络的智能门禁系统包括中央处理装置、温度传感器、信号处理电路、指纹采集模块、摄像头、第一触发模块、温度识别模块、指纹识别模块、第二触发模块、图像识别模块、第三触发模块、闸门控制模块、非门电路以及报警模块，其中，使用温度传感器确认进入门禁的为人体，使用信号处理电路提高了温度监测精度，当监测到为人体时，触发指纹采集模块进行指纹采集作业，当采集到的指纹为允许进入门禁的人员的指纹时再进一步触发摄像头进行图像采集，再由图像识别模块提取图像的特征信息以再进一步判断进入门禁的是否为允许进入门禁的人员。

（2）本发明提供的基于传感网络的智能门禁系统的发明点还在于，由于温度传感器采集的信号为微弱的电压信号，因而信号放大单元通过运算放大器A1、电容C1-C3和电阻R1-R7对温度传感器输出的电压V0进行放大处理，由运算放大器A1、电容C1-C3和电阻R1-R7构成的信号放大单元只有1.45μV/℃的漂移、2μV以内的偏移、100pA偏置电流和0.1Hz到10Hz宽带内2.45nV的噪声。其中，信号滤波单元使用电阻R8-R11、电容C4-C7以及运算放大器A2对经过放大后的电信号进行滤波处理，从而提高了温度检测的精度。

（3）本发明提供的基于传感网络的智能门禁系统的发明点还在于，图像识别模块提取其接收到的面部图像信息的特征量，特征量为面部图像中两鼻翼中点与两眼中点之间的距离，因此，能够快速实现面部图像识别，大大提高了图像识别效率。

附图说明

图1为本发明的基于传感网络的智能门禁系统的示意图；

图2为本发明的信号处理电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的基于传感网络的智能门禁系统进行详细说明。

如图1所示，本发明提供的基于传感网络的智能门禁系统包括中央处理装置、温度传感器、信号处理电路、指纹采集模块、摄像头、第一触发模块、温度识别模块、指纹识别模块、第二触发模块、图像识别模块、第三触发模块、闸门控制模块、非门电路以及报警模块。

其中，温度传感器的输出端与信号处理电路的输入端连接，信号处理电路的输出端与中央处理装置的输入端连接，指纹采集模块的输出端与中央处理装置的输入端连接，摄像头的输出端与中央处理装置的输入端连接，中央处理装置的输出端与温度识别模块的输入端连接，温度识别模块的输出端与第一触发模块的输入端连接，第一触发模块的输出端与指纹采集模块的输入端连接，中央处理装置的输出端与指纹识别模块的输入端连接，指纹识别模块的输出端与第二触发模块的输入端连接，第二触发模块的输出端与摄像头的输入端连接，中央处理装置的输出端与图像识别模块的输入端连接，图像识别模块的输出端与第三触发模块的输入端连接，第三触发模块的输出端与闸门控制模块的输入端连接，第二触发模块的输出端与非门电路的输入端连接，非门电路的输出端与报警模块的输入端连接，第三触发模块的输出端与非门电路的输入端连接，非门电路的输出端与报警模块的输入端连接。

其中，温度传感器用于采集待进入门禁物体的温度信号，并将采集到的温度信号传输至信号处理电路，信号处理电路对接收到的温度信号进行信号处理，信号处理电路将处理后的温度信号传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的温度信号传输至温度识别模块，温度识别模块内存储有标准温度范围，若温度识别模块接收到的温度信号在标准温度范围内，则认为待进入门禁的为人体，温度识别模块控制第一触发模块发送第一触发信号至指纹采集模块，指纹采集模块接收到第一触发信号后开始采集待进入门禁人员的指纹图像，指纹采集模块将采集到的指纹图像传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的指纹图像传输至指纹识别模块，指纹识别模块内存储有允许进入门禁人员的指纹信息，若指纹识别模块接收到的指纹图像信息与其存储的允许进入门禁人员的指纹信息中的任何一个匹配，则指纹识别模块控制第二触发模块发送第二触发信号至摄像头，若指纹识别模块接收到的指纹图像与其存储的允许进入门禁人员的指纹信息中的任何一个都不匹配，则第二触发模块发出低电平信号至非门电路，非门电路将接收到的低电平变为高电平后传输至报警模块，报警模块接收到高电平信号后开始报警作业，摄像头设置于指纹采集模块的上方，摄像头接收到第二触发信号后开始采集待进入门禁人员的面部图像信息，摄像头将采集到的面部图像信息传输至中央处理装置，中央处理装置将接收到的面部图像信息传输至图像识别模块，图像识别模块中存储有允许进入门禁人员的面部图像信息的标准特征量，图像识别模块提取其接收到的面部图像信息的特征量，标准特征量与图像识别模块提取的特征量为同一参量，若图像识别模块提取的特征量与其存储的标准特征量匹配，则图像识别模块控制第三触发模块发出第三触发信号至闸门控制模块，闸门控制模块接收到第三触发信号后打开门禁的闸门，若图像识别模块提取的特征量与其存储的标准特征量不匹配，则第三触发模块发出低电平信号至非门电路，非门电路将接收到的低电平变为高电平后传输至报警模块，报警模块接收到高电平信号后开始报警作业。

具体地，标准温度范围为与人体温度相对应的温度范围。

具体地，图像识别模块中存储有允许进入门禁人员的面部图像信息的标准特征量，允许进入门禁人员的面部图像信息的标准特征量与允许进入门禁人员的的指纹信息对应。

具体地，若指纹识别模块接收到的指纹图像信息与其存储的允许进入门禁人员的指纹信息中的任何一个匹配，则指纹识别模块将匹配的允许进入门禁人员的信息传输至图像识别模块，图像识别模块根据接收到的允许进入门禁人员的信息获取该人员的标准特征量。

上述实施方式中，本发明提供的基于传感网络的智能门禁系统包括中央处理装置、温度传感器、信号处理电路、指纹采集模块、摄像头、第一触发模块、温度识别模块、指纹识别模块、第二触发模块、图像识别模块、第三触发模块、闸门控制模块、非门电路以及报警模块，其中，使用温度传感器确认进入门禁的为人体，使用信号处理电路提高了温度监测精度，当监测到为人体时，触发指纹采集模块进行指纹采集作业，当采集到的指纹为允许进入门禁的人员的指纹时再进一步触发摄像头进行图像采集，再由图像识别模块提取图像的特征信息以再进一步判断进入门禁的是否为允许进入门禁的人员。

具体地，图像识别模块提取其接收到的面部图像信息的特征量，特征量为面部图像中两鼻翼中点与两眼中点之间的距离。

具体地，图像识别模块提取面部图像中两鼻翼中点与两眼中点之间的距离的方法如下：

S1：提取面部图像中左眼的坐标（x₁，y₁）、右眼的坐标（x₂，y₂）、左鼻翼的坐标（x₃，y₃）以及右鼻翼的坐标（x₄，y₄）；

S2：求取两鼻翼中点坐标（x₅，y₅），其中，

；

S3：求取左眼和右眼之间的距离b，其中，

；

S4：求取左眼和右眼连成的直线的方程：

；

S4：提取面部图像中两鼻翼中点与两眼中点之间的距离h，其中，

。

上述实施方式中，图像识别模块提取其接收到的面部图像信息的特征量，特征量为面部图像中两鼻翼中点与两眼中点之间的距离，因此，能够快速实现面部图像识别，大大提高了图像识别效率。

如图2所示，温度传感器用于采集待进入门禁物体的温度信号，将采集的温度信号转换为电压信号V0，并将电压信号V0传输至信号处理电路，V1为经过信号处理电路处理后的电压信号，信号处理电路包括信号放大单元和信号滤波单元，温度传感器的输出端与信号放大单元的输入端连接，信号放大单元的输出端与信号滤波单元的输入端连接，信号滤波单元的输出端与中央处理装置的输入端连接。

具体地，信号放大单元包括运算放大器A1、电容C1-C3和电阻R1-R7。

其中，温度传感器的输出端与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端接地，电阻R1的一端还与电容C1的一端连接，电阻R3的一端接地，电阻R3的另一端与电容C1的另一端连接，电阻R2的一端与运算放大器A1的同相输入端连接，电阻R2的一端还与电阻R3的另一端连接，电阻R2的另一端与直流电源Vcc连接，运算放大器A1的V+端与直流电源Vcc连接，运算放大器A1的V-端接地，电容C2的一端接地，电容C2的另一端与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与运算放大器A1的反相输入端连接，电阻R4的另一端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与运算放大器A1的输出端连接，电容C3的一端与运算放大器A1的输出端连接，电容C3的另一端与电阻R6的一端连接，电阻R7的一端接地，电阻R7的另一端与电阻R6的另一端连接，电阻R6的另一端与信号滤波单元的输入端连接。

具体地，信号滤波单元包括电阻R8-R11、电容C4-C7以及运算放大器A2。

其中，信号放大单元的输出端与电容C4的一端连接，电容C4的另一端与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与直流电源Vcc连接，电阻R9的一端接地，电阻R9的另一端与电容C4的另一端连接，电阻R9的另一端与电阻R10的一端连接，电阻R10的一端与电阻R11的一端连接，电阻R10的另一端与电容C5的一端连接，电容C5的另一端与运算放大器A2的反相输入端连接，电容C5的另一端还与运算放大器A2的输出端连接，运算放大器A2的V+端与直流电源Vcc连接，运算放大器A2的V-端接地，电容C6的一端接地，电容C6的另一端与运算放大器A2的同相输入端连接，电阻R11的另一端也与运算放大器A2的同相输入端连接，电容C7的一端与运算放大器A2的输出端连接，电容C7的另一端与中央处理装置的输入端连接，信号滤波单元将电压信号V1传输至中央处理装置。

上述实施方式中，信号处理电路的噪声在2.45nV以内，漂移为1.45μV/℃，运算放大器A1的型号均为LT1012，运算放大器A2的型号为LT1192。

在信号放大单元中，电阻R1的阻值为50Ω，电阻R2的阻值为50Ω，电阻R3的阻值为100Ω，电阻R4的阻值为10Ω，电阻R5的阻值为1kΩ，电阻R6的阻值为50Ω，电阻R7的阻值为50Ω，电容C1的电容值为0.01μF，电容C2的电容值为0.01μF，电容C3的电容值为0.1μF。

信号放大单元中为同相放大电路，本发明提供的信号放大单元具有较高的输入阻抗，信号放大单元的增益使用反馈电阻R5和增益电阻R4设定，则有：

；

给定电路增益时，则有：

；

在具体测试时，信号放大单元的增益设置为不小于1/2（-6dB），运算放大器A1单位增益稳定。

信号放大单元在运算放大器A1的同相输入端的耦合电容C1后面，用一对分压电阻R6和R7产生虚地，以将运算放大器A1的工作点抬高到地和直流电源Vcc的电压之间。

信号放大单元中使用耦合电容C1和C3来隔离运算放大器A1的前后级，增益电阻R4的虚地电位和真实的地也使用耦合电容C2来隔离，耦合电容C1-C3在工作频率下具有低阻抗，在具体测试时，耦合电容C1-C3的容量不能小到直接影响运算放大器A1的增益。

在信号滤波单元中，电阻R8的阻值为100kΩ，电阻R9的阻值为100kΩ，电阻R10的阻值为1kΩ，电阻R11的阻值为1kΩ，电容C4的电容值为1μF，电容C5的电容值为0.002μF，电容C6的电容值为0.001μF，电容C7的电容值为0.01μF，电容C8的电容值为1μF

其中，C2=C1×2，且有：

；

其中，f为信号滤波单元的工作频率。

再有，C4=C8=1000×C6。

上述实施方式中，由于温度传感器采集的信号为微弱的电压信号，因而信号放大单元通过运算放大器A1、电容C1-C3和电阻R1-R7对温度传感器输出的电压V0进行放大处理，由运算放大器A1、电容C1-C3和电阻R1-R7构成的信号放大单元只有1.45μV/℃的漂移、2μV以内的偏移、100pA偏置电流和0.1Hz到10Hz宽带内2.45nV的噪声。其中，信号滤波单元使用电阻R8-R11、电容C4-C7以及运算放大器A2对经过放大后的电信号进行滤波处理，从而提高了温度检测的精度。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。