基于NXP LPC54101深度VPU的3D人脸识别E-LOCK方案

在智能家居潮流的推动之下，越来越多的家庭开始选择智能产品，来换取更便捷的生活体验。作为家庭的一道安全保障，门锁是每个家庭都会用到的设备，智能门锁也是一种新潮流。智能门锁是指在传统机械锁的基础上改进的，在用户安全性、识别、管理性方面更加智能化简便化的锁具。智能门锁区别于传统机械锁, 是具有安全性, 便利性, 先进技术的复合型锁具。

大联大世平集团针对智能门锁市场，推出基于 NXP LPC54101 & Intel Movidius MA2155 VPU 及 Intel RealSense 深度 VPU 的 3D 人脸识别 E-LOCK 方案，支持人脸识别（3D 双目散斑结构光）、指纹、NFC、密码四种解锁方式。指纹算法集成于 MCU，进一步缩减成本。同时配备有触摸按键、OLED 显示、语音播报、电机驱动等实用功能。

1. 硬件设计

(1) 主控

主控采用 NXP LPC54101J512BD64，基本参数如下：

ARM Cortex-M4 处理器，运行频率高达 150MHz。高达 512KB 的片上 flash 编程存储器。高达 104KB 的片上 SRAM。串行接口包括四个 USART 接口，两个 SPI 接口，三个 I2C 接口。5 个 32 位标准定时器/计数器。最多 50 个通用 I/O (GPIO)引脚。12 位 ADC，具有 12 个输入通道，采样速率高达 5MS/s。62V 至 3.6V 电源供电。采用 LQFP64 封装。

LPC5410x 功能框图如下：

(2) 人脸识别模组

本方案采用小钴科技 AlphaLock 3D mini 人脸识别模组，模组内置Intel Movidius MA2155 VPU 及 Intel RealSense 深度 VPU， 搭载面向门锁场景定制的 3D 双目散斑结构光摄像头， 内置 3D 人脸检测算法、3D 手势识别算法。3D 人脸活体算法可以针对硅胶级的面具实现活体防伪， 3D 人脸识别算法将深度信息训练成人脸特征，实现更高精度的人脸识别。更多特性如下：

定制 28nm 深度计算处理器，5 路 mipi 视频输入，实时计算深度信息。采用先进的立体深度算法，能更准确、更长距离的实现深度感知。图像分辨率和帧率可达 960 x 960@30FPS 。支持全新跨平台及开源英特尔 实感 SDK 2.0。采用专用的彩色图像处理器，支持图像校正和彩色数据缩放。采用主动红外信号发射器，增强物体的深度数据。

不同身高兼容：

模组硬件参数如下：

(3) 方案原理图

(4) PCB Layout

2. 软件设计

(1) 开发环境：Keil V5.23 及以上

(2) 软件架构

软件架构可分为 BSP、驱动层、应用层。BSP 直接配置、读取外设寄存器并向驱动层提供 API ，驱动层通过这些 API 来对系统及外设进行配置、驱动并向应用层提供 API。

(3) 软件流程

软件流程可分为在待机模式下和管理员模式下：待机模式下可实现密码、指纹、卡片、人脸解锁等功能；管理员模式下可实现用户的添加与删除、系统设置、查看开锁记录等相关功能。具体操作流程请参考附件《WPI E-LOCK 操作说明V1.0》。

场景应用图

展示版照片

方案方块图

核心技术优势

高性能：Cortex-m4 内核，频率高达 150MHz。大容量：高达 512KB Flash，104KB SRAM。低成本：指纹算法集成于主控，节约成本。多种开锁方式：支持人脸、指纹、卡片、密码四种开锁方式。安全性：3D 人脸识别，活体防伪检测。多用户存储：人脸 500 张，指纹 100 枚，卡片 100 张，密码 10 组。多功能：语音播报、电机控制、防撬报警、电压检测、用户按键。低功耗：休眠模式整机功耗 ≦ 50μA。方案规格

主控：NXP LPC54101J512BD64内核：Cortex-m4，150MHz存储：--512KB Flash--104KB SRAM支持用户数量：--500 张人脸--100枚指纹--100张卡片--10组密码功耗：--待机模式：~100mA--休眠模式：≦ 50μA6. 供电方式：--USB 供电（建议规格：5V 2A）--8 节五号电池整机尺寸：125mm*62mm*310mm(L*W*H)
编辑：hfy