CN206726320U - 一种基于fpga的人脸识别电子密码锁 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于FPGA的人脸识别电子密码锁，主体上设有显示屏和输入键盘，主体内部设有FPGA系统，FPGA系统包括主控单元、人脸识别模块、按键处理模块和译码显示电路，主体上还设有摄像头，主体中还设有开/关门模块电路、图像采集模块、键盘电路、存储单元和电源系统，输入键盘通过键盘电路连接按键处理模块，按键处理模块连接主控单元，显示屏通过译码显示电路连接主控单元，摄像头连接图像采集模块，图像采集模块连接人脸识别模块，人脸识别模块、开/关门模块电路与主控单元相连接。本实用新型采用人脸识别技术对电子门锁进行控制，避免只要知道密码就可以打开密码锁的情况，大大提高了整个装置的安全性。

Description

一种基于FPGA的人脸识别电子密码锁

技术领域

本实用新型涉及安保领域，尤其涉及一种基于FPGA的人脸识别电子密码锁。

背景技术

日常生活和工作中，文件档案以及一些个人资料的保存等一系列安全防盗问题不容乐观。传统的机械锁由于其构造原理简单，被撬的事件屡见不鲜，且人们常需携带多把钥匙，使用极不方便。为满足人们对防盗的要求，增加锁的安全性，具有防盗功能的电子密码锁应运而生，如广泛应用于保险箱、保险柜和金库等的键盘式电子密码锁。电子密码锁与普通机械锁相比，具有无可比拟的优越性，如保密性好、防盗性强、可以不用钥匙记住密码即可开锁等。目前使用的电子密码锁大部分是基于单片机技术，以单片机为主要器件，以软件的方式生成编码器与解码器，但在实际应用中，由于单片机程序容易跑飞，使得系统的可靠性比较差。

人脸识别系统中最关键的是系统所采用的人脸识别技术，该技术发展于最近的几十年，在90年代后期人们提出了各种识别算法，加之算法的实现硬件处理器性能的飞速发展，人脸识别技术得到了巨大的提升被广泛地应用于各领域。人脸识别技术是一种自然、直接、友好、方便又是具有非侵犯性的可以采用主动和被动方式的身份识别技术，在现代社会中，必将在各个行业领域内拥有广阔的应用前景，也必将成为各国研究的热点与重点。公开号CN205750958U公布了一种基于FPGA的密码锁，该密码锁利用FPGA系统和所述的WiFi接受控制模块分别连接电源系统电路，其中WiFi接受控制模块通过无线网络连接手机，能够保证密码锁实时联网在线，可以使身处异地的用户采用手机对需要保护的部位和使用的装置的密码锁密码进行保护性修改，有利于对需要保护的部位和装置进行强化管理。但是该密码锁不能对人脸进行识别，无法预防密码被盗用的情况，不能防患于未然，更好的避免盗窃事故的发生。

实用新型内容

本实用新型针对现有的电子密码锁没有人脸识别模块，安全性低以及基于单片机的电子密码锁可靠性差等问题，提出了一种基于FPGA的人脸识别电子密码锁。该密码锁通过人脸识别技术对开锁者进行人脸识别，充分利用了人脸识别技术的灵活性，采用摄像头获取人脸图像信息与存储在数据库中的人脸数据进行对比，当数据匹配且输入密码正确时自动打开门锁，否则不开锁。该装置还具有设置密码、录入人脸数据功能。预防了只要通过密码就能开锁等问题，可以防患于未然，更好的避免盗窃事故的发生。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于FPGA的人脸识别电子密码锁，包括主体，所述主体上设有显示屏和输入键盘，所述主体内部设有FPGA系统，所述FPGA系统包括主控单元、人脸识别模块、按键处理模块和译码显示电路，所述主体上还设有摄像头，所述主体中还设有开/关门模块电路、图像采集模块、键盘电路、存储单元和电源系统，所述输入键盘连接键盘电路，键盘电路连接按键处理模块，按键处理模块连接主控单元，所述显示屏连接译码显示电路，所述译码显示电路连接主控单元，所述摄像头连接图像采集模块，所述图像采集模块连接人脸识别模块，所述人脸识别模块连接主控单元，所述开/关门模块电路与所述主控单元相连接，所述存储单元与所述主控单元相连接，所述电源系统为FPGA系统供电。

作为优选，所述主控单元包括控制电路，所述控制电路包括寄存器清除信号发生电路、输入人脸/密码寄存器、预存人脸/密码寄存器、比较器和计数器，所述寄存器清除信号发生电路连接输入人脸/密码寄存器，所述输入人脸/密码寄存器连接预存人脸/密码寄存器，所述输入人脸/密码寄存器和预存人脸/密码寄存器均连接比较器，所述比较器连接计数器，所述计数器连接开/关门模块电路和报警电路。

作为优选，所述主控单元还连接有WiFi接收控制模块，所述电源系统为所述WiFi接收控制模块供电。

作为优选，所述WiFi接收控制模块通过无线网络连接手机或电脑。

作为优选，所述主体上还设有红外感应模块，所述红外感应模块与所述人脸识别模块相连接。

作为优选，所述主控单元还连接有报警电路，所述报警电路连接报警装置。

作为优选，所述报警装置为指示灯和/或扬声器。

作为优选，所述输入键盘为4×4矩阵键盘。

作为优选，所述存储单元为SD存储卡。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的基于FPGA的人脸识别电子密码锁，与传统密码锁相比，具有以下有益效果：

1、采用FPGA控制系统，其特点是体积小、功耗低、价格便宜、安全可靠、维修和升级十分方便，与可编程逻辑器件配合使用能够实现适时、智能管理功能,特别是在系统的扩展上有很好的优势，具有较好的应用前景。

2、密码锁的WiFi接收控制模块采用无线通信技术，不需要重新布线，使整个系统的安装和使用更为灵活、便捷，对身处异地的用户，可以采用手机对需保护的部位和使用的装置密码锁的密码进行保护性修改，有利于对需要保护的部位和装置进行强化管理。

3、采用人脸识别技术对电子门锁进行控制，避免只要知道密码就可以打开密码锁的情况，大大提高了整个装置的安全性。

附图说明

图1是本实用新型的外部结构示意图；

图2是本实用新型的内部结构框；

图3是主控单元控制电路结构框图；

图4是实用新型与PC终端、移动终端进行数据传输的拓扑图。

附图标记列表：

1-主体；2-显示屏；3-输入键盘；4-摄像头；5-指示灯。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步描述：

如图1、图2所示，本实用新型为一种基于FPGA的人脸识别电子密码锁。包括主体1，主体1上设有显示屏2和输入键盘3，主体1内部设有FPGA系统。FPGA系统包括按键处理模块、人脸识别模块、主控单元和译码显示电路；主体1内还设有开/关门模块电路、报警电路、键盘电路、存储单元、红外感应模块和WiFi接收控制模块。其中输入键盘3通过键盘电路连接按键处理模块，摄像头4通过导线连接图像采集模块，图像采集模块连接人脸识别模块。按键处理模块和人脸识别模块均连接主控单元，主控单元连接译码显示电路，译码显示电路连接显示器，红外感应模块连接人脸识别模块，存储单元和WiFi接受控制模块均连接主控单元。FPGA系统和WiFi接收控制模块分别连接电源系统，WiFi接收控制模块可以通过无线网络连接手机或电脑。报警电路连接报警装置。报警装置可以是指示灯和/或扬声器。

如图3所示，本实用新型专利主控单元的控制电路是整个电路的控制核心，主要完成对数字按键的输入和功能按键输入的响应控制，完成密码的比较、修改及多次试探密码报警提示等多项控制功能。控制电路包括寄存器清除信号发生电路、输入人脸/密码寄存器、预存人脸/密码寄存器、比较器和计数器。寄存器清除信号发生电路连接输入人脸/密码寄存器，输入人脸/密码寄存器连接预存人脸/密码寄存器，输入人脸/密码寄存器和预存人脸/密码寄存器均连接比较器，比较器连接计数器，计数器连接开/关门模块电路和报警电路。其中寄存器清除信号发生电路用于产生清除信号，当检测到此信号时，将输入人脸/密码寄存器清零。输入人脸/密码寄存器部分是采用一个16位的寄存器，负责保存输入的6位数字密码和人脸图像。比较器通过比较输入的密码及人脸图像和预存的是否相等，若相等则触发开/关门模块电路。

本例中主控单元采用型号为EP4C15F23C8N的模块芯片。图像采集模块采用0V9650芯片实现人脸图像信息获取。存储单元采用SD存储卡。警报装置采用扬声器和指示灯5。输入键盘3采用4×4矩阵键盘，采用十六个ALPS的两脚按键复位开关排成4行4列设计而成，组成输入键盘3。其中第一行为数字键0-3，第二行为数字键4-7，第三行为数字键8、9和字母键A、B，第四行为字母键为C、D、E、F，0-9是数字键用于设置、输入密码，A、B、C、D是功能键。E、F是保留键，A键是开门信号键。

当按下开门信号键时装置自动开启摄像头4并在3秒内通过摄像头4抓取10帧图像再采用PCA算法与数据库里的人脸识别数据进行匹配。如果匹配成功，液晶显示屏2上显示“匹配成功”，并提示“请输入密码”，当输入密码也正确时将输出有效电平通过解锁电路自动打开电子门锁。如果人脸匹配不成功或者密码输入错误，则不会输出有效电平并将自动关闭电子门锁。如连续三次输入错误密码，电路自动处于自锁状态，使其无法再打开，并由扬声器发出持续20秒的报警信号，直到按复位键才允许再次输入密码。以上两个步骤只有全部正确才能打开密码锁，否则就会触发FPGA系统通过WiFi联网向手机和/或PC终端发出报警，并将摄像头4采集到的图片发到终端设备上。B键是锁门信号键，当按下此键时，FPGA系统输出有效电平将自动关闭电子门锁。C键是密码设置键，当按下此键液晶屏提示输入旧密码，如果输入正确将进一步提示输入新密码，3秒后自动提示新密码设置成功，如果旧密码输入错误，将提示密码错误并自动退出密码设置功能，设备初始密码设为“000000”。D键是人脸图像数据编入数据库功能按键，当按下此键时提示输入密码，密码输入错误将退出此功能，在密码正确的前提条件下，摄像头4将抓取人脸图像信息并将其保存进数据库。本实用新型的密码锁的状态用LED指示灯5模拟，当密码输入正确时，其中用红灯灭，绿灯亮表示开锁；用红灯亮，绿灯熄灭表示关锁。在密码锁主控CPU中储存一个可以修改的1~10位密码，当开锁按钮开关按下并且输入密码等于存储器储存值时实现开锁，否则一直关锁，并会导致报警。

图4是本实用新型密码锁与PC终端、移动终端进行数据传输的拓扑图。具体地，图4中的密码锁可以通过PC终端或者移动终端进行控制，其中终端通过与密码锁的WiFi接收控制模块进行通讯实现对密码锁的控制。更为具体地，终端设备向密码锁发送密钥数据以及控制指令，密码锁接收到密钥数据后通过控制单元进行解码，并与存储在存储单元中的加密数据进行比对，如果比对成功则执行控制指令，如果比对失败则不执行控制指令。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于FPGA的人脸识别电子密码锁，其特征在于，包括主体，所述主体上设有显示屏和输入键盘，所述主体内部设有FPGA系统，所述FPGA系统包括主控单元、人脸识别模块、按键处理模块和译码显示电路，所述主体上还设有摄像头，所述主体中还设有开/关门模块电路、图像采集模块、键盘电路、存储单元和电源系统，所述输入键盘连接键盘电路，键盘电路连接按键处理模块，按键处理模块连接主控单元，所述显示屏连接译码显示电路，所述译码显示电路连接主控单元，所述摄像头连接图像采集模块，所述图像采集模块连接人脸识别模块，所述人脸识别模块连接主控单元，所述开/关门模块电路与所述主控单元相连接，所述存储单元与所述主控单元相连接，所述电源系统为FPGA系统供电。

2.如权利要求1所述的基于FPGA的人脸识别电子密码锁，其特征在于，所述主控单元包括控制电路，所述控制电路包括寄存器清除信号发生电路、输入人脸/密码寄存器、预存人脸/密码寄存器、比较器和计数器，所述寄存器清除信号发生电路连接输入人脸/密码寄存器，所述输入人脸/密码寄存器连接预存人脸/密码寄存器，所述输入人脸/密码寄存器和预存人脸/密码寄存器均连接比较器，所述比较器连接计数器，所述计数器连接开/关门模块电路和报警电路。

3.如权利要求1或2所述的基于FPGA的人脸识别电子密码锁，其特征在于，所述主控单元还连接有WiFi接收控制模块，所述电源系统为所述WiFi接收控制模块供电。

4.如权利要求3所述的基于FPGA的人脸识别电子密码锁，其特征在于，所述WiFi接收控制模块通过无线网络连接手机或电脑。

5.如权利要求1或2所述的基于FPGA的人脸识别电子密码锁，其特征在于，所述主体上还设有红外感应模块，所述红外感应模块与所述人脸识别模块相连接。

6.如权利要求1或2所述的基于FPGA的人脸识别电子密码锁，其特征在于，所述主控单元还连接有报警电路，所述报警电路连接报警装置。

7.如权利要求6所述的基于FPGA的人脸识别电子密码锁，其特征在于，所述报警装置为指示灯和/或扬声器。

8.如权利要求1所述的基于FPGA的人脸识别电子密码锁，其特征在于，所述输入键盘为4×4矩阵键盘。

9.如权利要求1所述的基于FPGA的人脸识别电子密码锁，其特征在于，所述存储单元为SD存储卡。