物联网应用开发课程设计

章节名称

智慧人脸门禁系统

学时/总学时

10学时/15学时

教学

目标

1. 物联网传感层、网络层、应用层三层结构的课程实践；

2. 掌握人脸识别门禁系统的原理和设计过程；

3. 掌握单片机原理及嵌入式开发技术；

4. 掌握人脸识别的人工智能算法；

5. 课题行业背景分析能力；

所覆盖

的知识点

1. 人脸智能识别AI算法；

2. 基于Linux系统的软件开发；

3. RSA非对称加密算法；

4. 虹软ArcFace SDK人脸识别引擎；

5. 移动端App开发技术；

6. 经济学中的商品行业调研与市场分析；

教学

难点

教学重点：人脸智能识别算法、加密算法、嵌入式开发技术、市场调研

考察的

能力

1. 设计和搭建物联网三层框架结构的能力；

2. 系统集成与软硬件协同开发的能力；

3. 题目相关的行业背景和市场分析能力；

教

学

策

略

对系统进行模块划分，在组里指定学生分工完成工控机功能，服务端功能，后台管理功能，App端功能，并掌握虹软ArcFace SDK人脸识别引擎、利用RSA非对称加密算法、低功耗的嵌入式Linux开发板等开发技术。

对应的课前任务：

根据本组开发任务提前做好相关开发技术的准备工作，包括PyCharm、Qt、ArcFace SDK，Eclipse、IntelliJ，MySQL，Android Studio，TensorFlow等开发环境的搭建，开发语言和脚本的学习。

模块设计框图（如图1所示）

图1 人脸识别门禁系统框架图

1. 6名学生1组，系统共4个模块，2-3人负责一个模块，小组之间可以相互重叠，其中一个小组队长负责整体进度的调控；

2. 课堂分组后，每周至少一次组会并进行实践指导；

3. 教师现场指导学生完成人脸识别门禁系统的整体设计方案；

4. 指导同学们同步进行项目技术报告的撰写；

5. 帮助学生完成目前人脸识别门禁系统的行业调研和市场分析。

选修课

要求

物联网应用开发技术、物联网通信技术、单片机原理及接口技术等。

教

学

过

程

教学内容及覆盖的知识点：

1. 搭配有i3处理器的工控机 网络支持功能。

2. 使用SRF08超声波传感器，对访客进行测距。

3. 后台管理模块为管理员管理访客信息提供了良好的数据管理接口。

（4）云端服务器模块，将通过手机APP端和物业管理端注册的用户的信息以及其人脸特征存储在服务器中。

（5）用户客户端模块，主要用于用户的注册，以及管理员对门禁的操作功能。

6. 粒子群图像优化算法研究，对人脸图像清晰度进行优化。

（7）对门禁的操作基于MQTT协议，本系统针对发送的Message添加了RSA加密机制。

7. GG-16是视觉几何组（Visual Geometry Group）开发的卷积神经网络结构。在本项目中，项目组使用VGG-16已经训练好的模型与权重参数来对人脸图片进行判定和预测。

8. 门禁系统行业现状调研，在各个应用领域所占比例。

挑战度：中高等

学生的完成情况：

1. 掌握了物联网工程应用环境下进行应用开发的思维方式和设计方法，了解到如何进行匹配物联网数据采集及数据处理特征的应用系统的设计与实现。

2. 掌握了一个完整物联网或互联网+应用项目的系统结构，能够完成项目中一个较完整硬件部件或软件模块的应用开发，并通过团队合作完成整体项目的集成与测试。

3. 掌握一定的项目营收分析、商业模式策划的知识，通过模拟创业项目的开发与运行实现创业能力的训练。

课程设计成果物的提交展示

采取小组汇报/答辩等形式，对成果物进行展示、验收和评价；对于创业类项目成果物，成果物可有开发文档和商业计划书构成，其中商业计划书应包含项目营收分析和商业策划等内容。

课题建设计划和设想

借助课程的项目成果，进一步指导学生参加各类大学生技能竞赛，进行校企联合申报产教融合协同育人项目合作、大学生创新创业项目，打磨出优秀的竞赛和创新作品，进而为师生合作开展科研活动提供条件，为提高学生创新创业和就业能力提供条件。