世平集团基于 NXP LPC54101 & i.MX 7ULP 的 3D 人脸识别 E-Lock方案

在智能家居的蓬勃发展背景下，智能门锁也渐渐走入人们的生活。与传统机械钥匙门锁相比，智能门锁在安全性、便利性、功能性等方面有着巨大的优势。智能门锁具有多种开锁方式，如密码、指纹识别、刷卡、蓝牙、人脸识别等多种方式，再也不会有忘记带钥匙的问题出现了。智能门锁以其复杂的门锁结构和智能的防撬报警功能让用户的安全性得到了大大的提升，让犯罪分子再也兴不起入室偷窃的念头。

世平集团针对新兴智能门锁市场，推出基于 NXP LPC54101 & NXP i.MX 7ULP 的 3D 人脸识别 E-Lock方案。此智能门锁方案以 NXP LPC54101 为主控 MCU，具有密码、刷卡、指纹、人脸识别四种开锁方式，其中 i.MX 7ULP 人脸模块支持 3D 结构光摄像头，结合 3D 人脸识别算法，将人脸的深度信息如鼻梁、嘴唇等训练成人脸特征，能实现更高精度、更高安全级别的真 3D 人脸防伪和人脸识别。

硬件设计说明

1）主控选择 LPC54101 高性价比 MCU，具有低功耗、易调试、高性能等多种优势，具体参数如下：

● ARM Cortex-M4 处理器，运行频率可高达 100 MHz

● 5 个 32 位标准通用定时器/ 计数器

● 高达 512 kB 片内 flash 可编程存储器，104KB 的 SRAM

● 四个 USART 接口，两个 SPI 接口，三个 I2C 总线接口

● 高达 50 个通用输入/输出 (GPIO) 引脚

LPC5410X 框图如下

2）MX 7ULP系列处理器代表了恩智浦在超低功耗处理领域的最新成就，具体参数如下：

● 异构多核处理架构，Cortex-A7 和 Cortex-M4 双配置

● 2D 和 3D 图形处理单元 (GPU)

● 外部存储器支持： LPDDR2/LPDDR3

● 512KB 的 SRAM

● MIPI DSI 显示器接口

● 并行摄像头接口

● 通信端口 (I2C、 SAI、 UART、SPI、SDIO、 USB)

● Flash 存储器支持：管理型 NAND (eMMC，eSD)

i.MX 7ULP 框图如下：

3）电源设计

该方案人脸模块的电源控制采用单独端口控制，需要使用人脸模块时打开，不需要时则是关闭状态，极大的降低了功耗。

4）Touch 触摸设计

各个按键的信号线之间间隔了一定距离，避免了用户按键误触。

方案原理图

PCB Layout

软件设计说明

1. 软件开发工具: Keil uVision5

方案采用 Keil Software 公司的 Keil uVision5软件，具体软件版本为 5.23，用于程序编写和调试。

2. 软件框架

方案软件架构分为驱动层和应用层，现驱动层和应用层代码都已编写验证无误，客户可根据自己需求来调整应用层代码。

主流程代码：

人脸模块代码：

展示版照片

方案方块图

核心技术优势

1）人脸开锁：3D 人脸摄像头结合深度算法，提供安全性和准确性

2）NFC 开锁：读写卡技术采用卡片数据块进行开锁验签，加密密钥和锁绑定

3）指纹开锁：响应时间极短，可存储 100 个指纹数量

4）密码开锁：虚位密码，提高安全性

5）电量监测：实时监测门锁剩余电量

6）防撬报警：防止暴力破解

7）OLED 显示、语音播报、中英切换等

方案规格

1）多功能智能门锁

2）支持人脸、指纹、刷卡、密码四种开锁方式

3）支持500条开锁记录存储

4）可用 USB 或电池供电，供电范围在5V~6V

5）低功耗，电池供电更持久

6）后续产品会增加蓝牙开锁功能