毕业设计_基于K210的人脸识别门禁

系统介绍
硬件准备
软件准备
部分代码
tips
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分享一则自己的毕业设计，基于人脸识别技术的门禁系统研究。系统硬件比较糙，可以集成化更高一点，基本控制是交由STM32处理，图像识别由K210处理。水平有限，恳请大家指正。

系统介绍

本系统设计以Kendryte K210为人脸图像识别的核心芯片，以STM32为系统逻辑控制芯片，同时加入语音模块、触摸屏和RFID模块。系统共四个功能模式，分别是人脸识别、口罩检测、特征学习、门禁通卡。人脸识别采用基于YOLO的人脸检测算法和特征提取算法，同时将模型部署至K210运行。系统可对人脸特征进行学习，实现了对人脸信息的实时录入，方便了门禁系统的管理。硬件方面系统还加入了RFID模块、语音播报模块、TFT触摸屏等。RFID模块主要实现了对用户ID卡识别，并将ID卡信息通过串口传送到STM32进行用户信息匹配。语音模块和触摸屏组成了系统人机交互部分，系统界面简洁操作简单，同时具备语音播报功能，智能化程度高。

硬件准备

STM32f103zet6、Maixduino、RFID模块、JZ-TRIG语音播报、触摸屏、LCD、摄像头、角度舵机、锂电池、稳压管（两个，一个给系统供电，一个单独给舵机供电）

软件准备

软件工具：MDK、Maixpy IDE、串口助手（调试用）
程序组成：人脸检测程序、人脸五点特征点提取、口罩检测程序、特征学习程序、RFID模块识别程序

部分代码

人脸识别、特征学习
代码参考Maixpy论坛一些前辈的经验，请大家多多支持Maixpy。

def face_recognize():global flag_enterglobal task_mask,task_ld,task_feglobal sum_3global sum_4global now_modeimg = sensor.snapshot()code = kpu.run_yolo2(task_fd, img)if code:for i in code:# Cut face and resize to 128x128a = img.draw_rectangle(i.rect())face_cut = img.cut(i.x(), i.y(), i.w(), i.h())face_cut_128 = face_cut.resize(128, 128)a = face_cut_128.pix_to_ai()# a = img.draw_image(face_cut_128, (0,0))# Landmark for face 5 pointsfmap = kpu.forward(task_ld, face_cut_128)plist = fmap[:]le = (i.x() + int(plist[0] * i.w() - 10), i.y() + int(plist[1] * i.h()))re = (i.x() + int(plist[2] * i.w()), i.y() + int(plist[3] * i.h()))nose = (i.x() + int(plist[4] * i.w()), i.y() + int(plist[5] * i.h()))lm = (i.x() + int(plist[6] * i.w()), i.y() + int(plist[7] * i.h()))rm = (i.x() + int(plist[8] * i.w()), i.y() + int(plist[9] * i.h()))a = img.draw_circle(le[0], le[1], 4)a = img.draw_circle(re[0], re[1], 4)a = img.draw_circle(nose[0], nose[1], 4)a = img.draw_circle(lm[0], lm[1], 4)a = img.draw_circle(rm[0], rm[1], 4)# align face to standard positionsrc_point = [le, re, nose, lm, rm]T = image.get_affine_transform(src_point, dst_point)a = image.warp_affine_ai(img, img_face, T)a = img_face.ai_to_pix()# a = img.draw_image(img_face, (128,0))del (face_cut_128)# calculate face feature vectorfmap = kpu.forward(task_fe, img_face)feature = kpu.face_encode(fmap[:])reg_flag = Falsescores = []for j in range(len(record_ftrs)):score = kpu.face_compare(record_ftrs[j], feature)scores.append(score)max_score = 0index = 0for k in range(len(scores)):if max_score < scores[k]:max_score = scores[k]index = kif max_score > 85:a = img.draw_string(i.x(), i.y(), ("%s :%2.1f" % (names[index], max_score)), color=(0, 255, 0), scale=2)sum_3+=1if sum_3 == 10:uart_A.write(b'i')print(sum_3)sum_3=0sum_4=0now_mode = 0else:a = img.draw_string(i.x(), i.y(), ("X :%2.1f" % (max_score)), color=(255, 0, 0), scale=2)#串口数据预留sum_4+=1if sum_4 == 10:uart_A.write(b'j')print(sum_4)sum_3=0sum_4=0now_mode = 0#特征值学习if flag_enter==1 :print('feature study')#features_data = uart_A.read()#if features_data:#stu_name = features_data.decode('utf-8')#print("stu_name=",stu_name)with open("/sd/features.txt", "a") as f:f.write(str(feature))  #信息写入SD卡record_ftrs.append(feature)            #人脸特征追加到record_ftrs列表#names.append(stu_name)          #追加到姓名列表f.write("\n")f.close()flag_enter=0uart_A.write(b'i')now_mode = 0sum_3=0sum_4=0#写入sd卡break

口罩检测

def mask_recognize():#print('Hello')global sum_1global sum_2global now_modecode = kpu.run_yolo2(task_mask, img)if code:totalRes = len(code)for item in code:confidence = float(item.value())itemROL = item.rect()classID = int(item.classid())if confidence < 0.52:a = img.draw_rectangle(itemROL, color=color_B, tickness=5)continue#有口罩if classID == 1 and confidence > 0.76:a = img.draw_rectangle(itemROL, color_G, tickness=5)if totalRes == 1:drawConfidenceText(img, (0, 0), 1, confidence)sum_1+=1if sum_1 == 10:uart_A.write(b'i')sum_1=0sum_2=0now_mode = 0blank()break#无口罩else:a = img.draw_rectangle(itemROL, color=color_R, tickness=5)if totalRes == 1:drawConfidenceText(img, (0, 0), 0, confidence)sum_2+=1if sum_2 == 10:uart_A.write(b'j')sum_1=0sum_2=0now_mode = 0blank()break

RFID程序

unsigned char ReadTagId(unsigned char *idout)
{unsigned char status;unsigned char i;unsigned char pkt[12];status = STATUS_ERR;if(Uart1RxDataConut > 0) //判断串口是否接收到数据{Delay(150000);  //等待串口接收完成，根据视情况调整延时if(Rx1Flag == 1)//判断串口是否接收到一帧完整数据{  Rx1Flag = 0;for(i=0;i<12;i++) //自动读卡号数据包固定为12字节{pkt[i] = Uart1RxBuf[i]; //将串口接收数组内的数据复制到pkt数组中}if(RxCheckSum(pkt,12) == STATUS_OK)  //判断校验和是否正确{if(pkt[4] == STATUS_OK) //判断是否正确的读到卡{//04 0C 02 20 00 04 00 45 96 B7 8A 3Fif((pkt[0] == 0x04)&&(pkt[1] == 0x0C)&&(pkt[2] == 0x02)&&(pkt[3] == 0x20))//对数据包进行判断{for(i=0;i<4;i++)//获取4字节卡号{idout[i] = pkt[i+7];//从数组的第7个字节开始为卡号，共4字节}if((idout[0] == 0xFD)&&(idout[1] == 0x68)&&(idout[2] == 0x01)&&(idout[3] == 0xAF)&&(Function4_Flag == 1))//对数据包进行判断{GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);jpgDisplay("0:/three.jpg");Delay(4000000);TIM_SetCompare2(TIM2, 2500);Delay(20000000);TIM_SetCompare2(TIM2, 500);jpgDisplay("0:/one.jpg");Function4_Flag = 0;}else if((idout[0] == 0x5D)&&(idout[1] == 0xD2)&&(idout[2] == 0x56)&&(idout[3] == 0xAF)&&(Function4_Flag == 1))//对数据包进行判断{GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);jpgDisplay("0:/three.jpg");Delay(4000000);TIM_SetCompare2(TIM2, 2500);Delay(20000000);TIM_SetCompare2(TIM2, 500);jpgDisplay("0:/one.jpg");Function4_Flag = 0;}else if((idout[0] == 0x4D)&&(idout[1] == 0xA0)&&(idout[2] == 0xFC)&&(idout[3] == 0xAE)&&(Function4_Flag == 1))//对数据包进行判断{GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);jpgDisplay("0:/three.jpg");Delay(4000000);TIM_SetCompare2(TIM2, 2500);Delay(20000000);TIM_SetCompare2(TIM2, 500);jpgDisplay("0:/one.jpg");Function4_Flag = 0;}else if((idout[0] == 0x68)&&(idout[1] == 0x54)&&(idout[2] == 0xED)&&(idout[3] == 0x3D)&&(Function4_Flag == 1))//对数据包进行判断{GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);jpgDisplay("0:/three.jpg");Delay(4000000);TIM_SetCompare2(TIM2, 2500);Delay(20000000);TIM_SetCompare2(TIM2, 500);jpgDisplay("0:/one.jpg");Function4_Flag = 0;}else if((idout[0] == 0x87)&&(idout[1] == 0x84)&&(idout[2] == 0xED)&&(idout[3] == 0x3D)&&(Function4_Flag == 1))//对数据包进行判断{GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);jpgDisplay("0:/three.jpg");Delay(4000000);TIM_SetCompare2(TIM2, 2500);Delay(20000000);TIM_SetCompare2(TIM2, 500);jpgDisplay("0:/one.jpg");Function4_Flag = 0;}else if((idout[0] == 0xB6)&&(idout[1] == 0xDE)&&(idout[2] == 0xDC)&&(idout[3] == 0x6B)&&(Function4_Flag == 1))//对数据包进行判断{GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);jpgDisplay("0:/three.jpg");Delay(4000000);TIM_SetCompare2(TIM2, 2500);Delay(20000000);TIM_SetCompare2(TIM2, 500);jpgDisplay("0:/one.jpg");Function4_Flag = 0;}else {if(Function4_Flag == 1){GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_1);GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);jpgDisplay("0:/four.jpg");TIM_SetCompare2(TIM2, 500);Delay(20000000);jpgDisplay("0:/one.jpg");Function4_Flag = 0;}}status = STATUS_OK;         //成功返回0}}}}for(i=0;i<Uart1RxDataConut;i++)//清空串口接收数组{Uart1RxBuf[i] = 0x00; }Uart1RxDataConut = 0x00;} return status;           //失败返回1
}

tips

1、人脸识别和口罩检测都是图像识别类的，在检测环境不良或者模型精度无法得到保证时，应该加入一个检测次数判断，比如设定识别成功10次才算成功，或者识别正确或者错误两者谁先达到这个阈值再判定最终结果。这个在我的人脸和口罩程序中均有体现，欢迎讨论。
2、STM32和K210的通信我没有采用通信协议，因为发送的字符串为简单的几个字母，且通信线长度很短，一般不用担心通信出错问题。
3、如果想要集成度高一点，大家可以采用串口屏，控制也可以用K210做，不过我用K210不够熟练，所以没采用它来干这活。
4、舵机最好跟控制系统分开供电，这样工作时不会影响系统的电压。（稳压管一定要调准确，不要接反。）

写在最后

我的这个课题属于视觉类，自己在一些底层识别算法的基础相较薄弱，大家如果跟我一样的话，建议先复刻一下别人的工程，再学习相关的识别算法，本人学习的是YOLO 相关的检测方法，内容大多跟卷积神经网络相关，数学要求较高，大家如果有什么学习的好办法欢迎分享鸭。这个工程大家如果有需要的可以联系我邮箱945520988@qq.com

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