CN113658347A - 一种基于fpga实现的公司防疫打卡器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于FPGA实现的公司防疫打卡器，包括核心控制模块、显示器、摄像头模块、门禁模块、口罩发放盒。核心控制模块包括FPGA系统、刷卡模块、口罩发放控制模块、门禁模块控制电机。当员工出现在摄像头模块捕获范围时，FPGA系统根据摄像头模块对员工佩戴口罩是否符合要求进行AI判断，当判断员工佩戴口罩不符合要求时提示器正确佩戴口罩或控制口罩发放盒打开，为其提供口罩；然后再通过刷卡模块进行员工身份验证，当验证成功后控制门禁模块自动开启。与现有的打卡系统相比，本发明满足了防疫工作对规范佩戴口罩的要求，并增加了口罩发放和控制门禁的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于FPGA实现的公司防疫打卡器。
背景技术
目前，打卡器成为各个公司考勤的标配，它相较于传统人工签到，具有操作便捷，且信息准确的优点。但是随着公司考勤人数增多，考勤数据量加大，员工每日工作量变化，伴随着带来了打卡系统需要优化问题。
现有的打卡方法主要有：
（1）机械打卡法
员工通过打印的方式进行记录上下班时间，其特点在于机器价格便宜，适合人数不多的小微型企事业单位。但是统计考勤记录费时间，数据保存时间短，人机交互水平低，比较落后。
（2）IC卡感应法
员工通过IC卡刷卡感应，电脑记录考勤时间。其特点在于使用成本低，统计员工考勤数据快，数据保存时间长。但是实现功能单一，不能完成工作的下发等功能拓展。
（3）人脸识别法
员工通过对准摄像头识别完成考勤打卡，电脑记录考勤时间。其特点在于非接触时打卡，使用和统计方便，数据保存时间长。但是配置成本昂贵，在防疫佩戴口罩要求严格的区域，不能完成口罩佩戴识别，人脸识别收到限制。
目前方案实现的打卡系统具有一定的使用价值，但机械打卡法略显落后并且没办法实现人机交互等各种功能，IC卡感应法功能单一，无法满足考勤工作的更多需求，人脸识别法在部分应用场景受限，设备价格昂贵，需要定期检查维护。
而在疫情期间，佩戴口罩成为了硬性要求，这也为一些使用人脸打卡的公司带来了麻烦。一般公司对打卡系统的要求包括打卡人员出勤时间、防疫工作检测（佩戴口罩）等，随着工作效率的提升，还提出了工作任务下发、门禁功能绑定等新的需求，在疫情期间，规范佩戴口罩也成为了对考勤打卡系统新的考验。目前的打卡系统功能相对单一，且对成本的要求层次区别大，难以全面的实现公司打卡作用。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种基于FPGA实现的公司防疫打卡器，可以准确识别员工佩戴口罩是否符合规范，提高防疫期间的考勤安全性。
技术方案：一种基于FPGA实现的公司防疫打卡器，包括核心控制模块、显示器、摄像头模块、门禁模块、口罩发放盒；
所述核心控制模块包括FPGA系统、刷卡模块、口罩发放控制模块、门禁模块控制电机；
所述摄像头模块位于显示器上方；显示器、摄像头模块、刷卡模块、口罩发放控制模块、门禁模块控制电机均连接到FPGA系统；
所述FPGA系统包括执行以下程序的存储器：
步骤1：当员工出现在摄像头模块捕获范围时，摄像头模块将数据传输到FPGA系统，FPGA系统对员工佩戴口罩是否符合要求进行AI判断，当判断员工佩戴口罩不符合要求时执行步骤2，否则执行步骤3；
步骤2：进一步判断结果为员工为未佩戴口罩时，则发出发放口罩控制信息到口罩发放控制模块，口罩发放控制模块连接口罩发放盒；若判断结果为员工口罩佩戴不符合规范时，发送规范的佩戴口罩参照图示到显示器，以此提示员工；持续对摄像头模块采集信息进行判断，直到员工佩戴口罩符合要求时执行下一步骤；
步骤3：FPGA系统根据刷卡模块采集的ID信息进行身份验证，若验证通过，则在显示器上显示打卡成功，并发送门禁开启信号到门禁模块控制电机，若身份验证失败则在显示器上显示身份验证失败提示。
有益效果：与现有的打卡系统相比，本发明的一种基于FPGA实现的公司防疫打卡器具有以下优点：
1、准确度高。本发明的公司防疫打卡器可以准确识别员工佩戴口罩是否符合规范，确保防疫工作的进行。通过替换训练算法文件即可实现不同模型的加载和使用，如安全帽识别等，为不同公司用户的开发和定制提供便利。
2、运行流畅。根据FPGA处理器双核心arm的特点，使用python提供的多线程和多进程工具实现了进程间交互和线程间的数据共享。将显示进程与AI识别进程，声音播放线程分离，实现了流畅的运行效果；
3、人机交互。本发明采用了刷卡模块、显示器、口罩发放模块，可以提高打卡器与人的交互性，使考勤打卡的实现更为简单。
4、功能丰富。本发明实现口罩识别、口罩发放、门禁控制功能，既确保防疫控制的标准要求，又提升了公司考勤管理和工作的效率，可拓展性强。
5、可大规模使用。整体成本较低，配置简单，适用于各类公司打卡应用场景。
附图说明
图1是基于FPGA实现的公司防疫打卡器的结构示意图；
图2是核心控制模块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，一种基于FPGA实现的公司防疫打卡器，包括核心控制模块1、显示器2、摄像头模块3、门禁模块4、口罩发放盒5。其中，如图2所示，核心控制模块1包括FPGA系统6、刷卡模块8、口罩发放控制模块10、门禁模块控制电机11。摄像头模块3位于显示器2上方；口罩发放盒5位于核心控制模块1的下方；刷卡模块8位于核心控制模块1靠外位置便于信号传输和员工刷卡。显示器2、摄像头模块3、刷卡模块8、口罩发放控制模块10、门禁模块控制电机11均连接到FPGA系统6。
FPGA具有数据内部存储功能，实现定时器功能，具有I/O端口，可以输出PWM波功能，数模转换功能，外部中断功能以及CPU和程序存储器。FPGA系统6包括执行以下程序：
步骤1：当打卡器未进入打卡状态时，系统处于待机状态；当员工出现在摄像头模块3捕获范围时，摄像头模块3将数据传输到FPGA系统6，FPGA系统6进入打开状态，首先对员工佩戴口罩是否符合要求进行AI判断，当判断员工佩戴口罩不符合要求时执行步骤2，否则执行步骤3。
步骤2：进一步判断结果为员工为未佩戴口罩时，则发出发放口罩控制信息到口罩发放控制模块10，口罩发放控制模块10连接口罩发放盒5，口罩发放盒5具有电控门，当收到控制信号后能够自动打开便于员工取得口罩，口罩发放盒5具有延时自动关闭功能；若判断结果为员工口罩佩戴不符合规范时，发送规范的佩戴口罩参照图示到显示器2，以此提示员工；持续对摄像头模块3采集信息进行判断，直到员工佩戴口罩符合要求时执行下一步骤。
步骤3：FPGA系统6根据刷卡模块8采集的ID信息进行身份验证，若验证通过，则在显示器2上显示打卡成功，并发送门禁开启信号到门禁模块控制电机11，若身份验证失败则在显示器2上显示身份验证失败提示，门禁模块4禁止员工进入。
本实施例中，FPGA系统6对员工佩戴口罩是否符合要求进行AI判断时，采用yolov4-tiny搭建的框架算法进行识别。在训练过程中，标注制作了总计13967张图片的口罩训练用数据集，包括了不同生活场景。使用darknet进行训练后转化为tensorflow模型，再使用openvino工具链进行处理，最终得到能够在ncs2上加速的模型。使用C语言程序实现识别和通信功能。通过该训练模型算法，识别速度做到了13fps，具有较强的实时性可以保证项目人机交互的流畅度和可靠性。
摄像头模块3为USB驱动，相比较其他摄像头，其具有价格便宜，稳定性好，可靠度高，更适合应用在打卡系统。
刷卡模块8使用PN5180和配套电路，其优点为NFC感应技术，具有高准确度和实用的IC卡识别效果，配置成本低，便于大规模使用。
核心控制模块1采用3.3V电源模块。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于FPGA实现的公司防疫打卡器，其特征在于，包括核心控制模块（1）、显示器（2）、摄像头模块（3）、门禁模块（4）、口罩发放盒（5）；
所述核心控制模块（1）包括FPGA系统（6）、刷卡模块（8）、口罩发放控制模块（10）、门禁模块控制电机（11）；
所述摄像头模块（3）位于显示器（2）上方；显示器（2）、摄像头模块（3）、刷卡模块（8）、口罩发放控制模块（10）、门禁模块控制电机（11）均连接到FPGA系统（6）；
所述FPGA系统（6）包括执行以下程序的存储器：
步骤1：当员工出现在摄像头模块（3）捕获范围时，摄像头模块（3）将数据传输到FPGA系统（6），FPGA系统（6）对员工佩戴口罩是否符合要求进行AI判断，当判断员工佩戴口罩不符合要求时执行步骤2，否则执行步骤3；
步骤2：进一步判断结果为员工为未佩戴口罩时，则发出发放口罩控制信息到口罩发放控制模块（10），口罩发放控制模块（10）连接口罩发放盒（5）；若判断结果为员工口罩佩戴不符合规范时，发送规范的佩戴口罩参照图示到显示器（2），以此提示员工；持续对摄像头模块（3）采集信息进行判断，直到员工佩戴口罩符合要求时执行下一步骤；
步骤3：FPGA系统（6）根据刷卡模块（8）采集的ID信息进行身份验证，若验证通过，则在显示器（2）上显示打卡成功，并发送门禁开启信号到门禁模块控制电机（11），若身份验证失败则在显示器（2）上显示身份验证失败提示。
2.根据权利要求1所述的基于FPGA实现的公司防疫打卡器，其特征在于，所述FPGA系统（6）对员工佩戴口罩是否符合要求进行AI判断时，采用yolov4-tiny搭建的框架算法进行识别。
3.根据权利要求1所述的基于FPGA实现的公司防疫打卡器，其特征在于，所述摄像头模块（3）为USB驱动。
4.根据权利要求1所述的基于FPGA实现的公司防疫打卡器，其特征在于，口罩发放盒（5）具有电控门，当收到控制信号后能够自动打开，并延时自动关闭。
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