2017 International Conference on Computer and Applications (ICCA)

Smart Door System for Home

Security Using Raspberry pi3

Naser Abbas Hussein	Inas Al mansoori
	Department of Computer Engineering
Department of Computer Engineering	Ferdowsi University of Mashhad
Ferdowsi University of Mashhad	Mashhad, Iran
Mashhad, Iran	Inas al_mansoori@mail.um.ac.ir
Naserabbas.hussein@ferdowsi.um.ac.ir

Abstract —Nowadays, providing a security system for houses has become a vital research in which the latest technologies are being adopted to serve this purpose. Wireless network is one of the technologies that have been used to provide remote monitor and control for the home appliances. This paper aims to propose a security door lock system based on Raspberry pi technology where cameras, keypad and pi-lids are being utilized to provide an alarming system that has the ability to notify the owner, as well as, recognizing guests by giving them a user-id. In this vein, the authorized individuals are only the ones who will get the permission to access the doors. The system works by taking snaps for the guest through a code and camera pi positioned in the doors then, such snaps will be sent to the owner. The proposed system can be extended to be used for different properties and facilities such as banks and office.

Keywords— smart home; home automation security ; door system ; Raspberry pi

1. INTRODUCTION

Nowadays, technology plays an essential role in our life in which different domain of interests are taking advantage of technology. Recently, computers and smart phones have significantly contributed our daily life where numerous computations and adjustments are being accomplished by such technologies.

Securing homes has become one of the concerning issues that facing many people. With the expanded duration of leaving the home due to work, study and other duties, homes are being more vulnerable for several threats especially being burgled. Apart from the threats, there are different cases where securing or monitoring the house is very critical such as the existence of elderly individuals or kids with baby sitter. For this manner, home security system or so-called Home OS has been proposed in order to provide more secure arrangements. Such concept aims to turn the home into a smart in which different tasks especially monitoring can be performed remotely. Monitoring and controlling some tasks inside the house would have the ability to provide maximum safety [1].

Home automation system is a computer-based application that has the ability to connect different electronic devices for the sake of monitoring and controlling the home appliances. Home automation system is an area that has caught several attentions by both the academic and business fields. The earliest effort of

home security system was relied on wired home networks however, due to the appropriate planning and construction works required to offer a wired home, such effort tend to be insufficient. As a solution for this problem, wireless communication has been emerged to provide more flexible platform where the installation cost is significantly lower than the wired one. Therefore, it has been applied for different security home systems in order to provide an alarm for critical threats such as intrusions or other environmental risks such as gas leaking or fire [2].

Recently, electronic door lock systems are one of the most popular security systems that is being installed for many residents and business places. The key characteristic behind such systems lies on the reliability in which the authorized individuals can gain the permission to access the doors throughout a secure system that has an interactive interface. A new system has been emerged which is called Near Field Communication (NFC) door lock system [3]. Such system is based on a pattern recognition technology where the individuals#39; faces are being analyzed in order to identify their personalities [4]. Such analysis takes different forms such as analyzing facial image or video stream. In addition, the size and position of the face#39;s elements are being also considered in the analysis

This paper aims to present a novel security home system based on Bluetooth network. The main goal is to develop a prototype that has the ability to simulate the wireless tasks including monitoring and controlling digital door lock. Such system would have the capability to provide secure and controlled home appliances

1. RELATED WORKS

Several remote systems have been proposed whether for the academic or business domain. Such systems were intended to provide a remote control and monitoring tasks. For instance, a system has been proposed by [5] which is based on Zigbee technology. This system is composed of multiple modules such as the human detection module (HDM) which aims to detect the user at the door. This can be performed using the camera module in which the images or the video stream is being processed. Consequentially, the results of the two-mentioned module will go through the Zigbee module that would identify a verification

978-1-5386-2752-5/17/$31.00 copy;2017 IEEE

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tag for each user. Once the user got failure in terms of the zigbee verification tag, a speaker phone will be provided with the owner of the property.

Digital door lock in home automation system provides proper control and home environment monitoring to the user. A system has

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基于Raspberry pi3的智能家居门禁系统

摘要

目前，为住宅提供安防系统已成为一项重要的研究，一些最新技术也是为此而开发。无线网络是用于家电远程监控的技术之一。本文提出了一种基于Raspberry pi技术的安全门禁系统，其中，摄像机、键盘和PI被用于提供警报系统，该系统能够通知使用者，并且通过识别用户ID来识别客人。在这个系统中，只有得到权限的用户才能进门。该系统通过代码和相机PI定位门口的客人并拍摄闪照，然后，将闪照发送给使用者。本文所提出的系统可以扩展应用到不同的场合和设施中，如银行和办公室等。

关键词：智能家居 家庭自动化安全 门禁系统 Raspberry pi

一、引言

如今，科学技术在我们的生活中扮演着重要的角色，不同的领域都在利用科技的优势。最近，计算机和智能手机对我们的日常生活做出了巨大贡献，在日常生活中，这些技术完成了大量的计算和调整。

住房保障已成为许多人关注的问题之一。由于工作、学习和其他原因，人们离开住房的时间变长了，这使得房屋出现了一些不安全现状，尤其是被窃取。除了不安全现状之外，还有一些不同的情况，比如对老年人或带孩子的保姆进行监护是非常重要的。在这种情况下，我们提出了家居安全系统即或所谓的家居操作系统，以便提供更安全的住所。这样的概念旨在使房屋更加智能化，其中一些不同的操作任务，特别是监控可以远程执行。监视和控制房屋内部的某些动作可以为我们提供最大的安全性。

智能家居系统是一种基于计算机的应用程序，它可以连接不同的电子设备，以便监视和控制家用电器。智能家居系统是一个受到学术界和企业界关注的领域。家庭安全系统的最早依赖于有线家庭网络，然而，由于适当规划和建设工作需要提供一个有线家庭网络，这往往是不够的。作为这个问题的解决方案，无线通信出现了，它提供了更灵活的平台，其安装成本显著低于有线通信的安装成本。因此，它已被应用于不同的安全家庭系统，以便为诸如入侵或其他由于环境因素引起的如气体泄漏或火灾等事故提供警报。

近来，电子门禁系统成为许多居民和商业场所安装的最流行的安全系统之一。这样的系统背后的关键特性在于授权个体在整个具有交互接口的安全系统中能够获得进入门的许可的可靠性。目前出现了一种新的系统，称为近场通信（NFC）门禁系统，这个系统基于模式识别技术，在分析人脸时分析他们的个人特征。这种分析可采取不同的形式，例如分析面部图像或视频流。此外，在分析的过程中也考虑了面部元素的大小和位置。

本文提出了一种基于蓝牙网络的新型安全家居系统。主要目标是开发一个能够模拟无线任务包括监控和控制数字门锁的系统。这样的系统可以使得家用电器处于控制之下，提供了一定的安全性。

二、相关作品

无论是在学术领域还是业务领域，都已经提出了几种远程控制系统。这样的系统旨在提供远程控制和监视服务。例如，一种基于ZigBee技术的控制系统已经被提出。该系统由多个模块组成，如人体检测模块（HDM），其目的是检测门口开门的用户。此模块可以使用处理图像或视频流的相机模块来执行。因此，以上所提到的两个模块将通过ZigBee模块来识别每个用户的验证标签。一旦用户在ZigBee验证标签时出现问题，就会通过扬声器电话通知这个系统的持有者。

智能家居系统中的数字门锁为用户提供适当的控制和家庭环境监控功能。基于RFID技术提出了一种基于触摸屏的液晶显示器。

这方面的研究有一种系统由智能电话的内置NFC功能组成，最终通过逻辑链路控制协议开门钥匙，然后与用户自己的密码集相匹配，以验证用户是否应该被许可进入。另一种系统提出了基于智能手机的NFC系统。这样的系统使用逻辑链路控制来识别用户身份的许可。

此外，还有一种基于GSM数字门禁系统的PIC平台的系统。提供5位密码用于锁定/解锁门。如果用户提交了不正确的密码，系统将会立即通知门禁系统的管理者。

在GSM网络低成本家庭安防系统的设计与实现中，设计了传感器来检测障碍物、触觉、热量、烟雾、声音。整个系统由PIC单片机16F76控制。它收集来自传感器的信息，对此做出判断，并使用GSM调制解调器发送手机短信到相应的号码。如果系统识别到一个中断，那么PIC将发送一个手机短信给管理员者、一个手机短信给派出所。类似地，对于诸如火灾之类的环境事故，手机短信将被发送给消防队和业主。在这个系统中需要用到额外的硬件组件，如传感器、GSM调制解调器。警报只通过手机短信发送。

在使用光敏背景模型的智能家庭安全系统中，提出了一种基于光敏背景模型的家庭安全智能系统。此系统能够跟踪和检测入侵者，由此可以保障家庭防护安全。为此，利用人脸识别技术来识别入侵者并找到入侵者，将闯入者的图像发送到管理员的邮箱中以进行下一步的操作。该系统还可实现对对象跟踪的不同方法的比较，然后对所提出的安全系统使用光敏建模方法。但该系统不使用密码进行身份识别。

三.提出方法

在这一部分中，简要介绍了系统的设计，接着介绍了我们设计中的Raspberry PI模块的操作、键盘门锁和摄像机PI模块。

智能数字门禁系统是一种在家庭中监控和管理多个设备的系统。我们的智能数字禁锁系统通过Raspberry pi3在互联网上运行。

如图1所示，系统结构由以下三个阶段组成：（i）输入，（ii）处理和（iii）输出。

图1 系统结构

输入部分的作用是输入一个新到访者的钥匙，如果钥匙是有效的或新的图像与数据库中的图像相匹配，则门可被打开，否则门无法打开并拍摄照片，并通过电子邮件发送给家里的主人，然后如果房屋的主人同意，那么为了允许他进入，新到访人的钥匙和图像会被存储在数据库中。通过批准数据库或他/她的图像中的密码验证，该到访者会被准许随时进入。

A.通信模型

在所提出的的智能数字门禁系统中，该系统工作在两种通信模式下：Raspberry模式和电子邮件模式下，Raspberry Pi是一个小型计算机板，工作在Linux操作系统上，与计算机监视器、键盘和鼠标相连接。Raspberry Pi可以应用于电子结构和编程网络，它还可以作为个人计算机与Apache WebServer和MySQL安装在主机上。

B.输入输出模型

控制模块的输入是用户或访问者的键盘。控制模块通过启动PI摄像头捕获图像，并通过电子邮件将文件发送到数据库。输出模块基本上包括通过使用LED（红色和绿色）来通知门的进入权限。它还包括消息报警，并发送正确的现场反馈给业主，并在访客进入和离开房屋时通知业主，图2表示输入/输出系统框图。

图2 输入/输出系统框图

C. Raspberry Pi控制模块

它控制PI摄像机、键盘和服务器之间的通信，并通过该模块完成所有重要的过程。控制模块“Raspberry pi”是门禁系统的中心，所有的过程循环都在这里完成。该模块是用于验证用户ID和微控制器的服务器。照相机连接到Raspberry pi用于监视。所有的操作都是由控制模块完成的，它包括发送短信和图像到管理员的电子邮件，检查客人是否被授权进入房子并验证图像。

四、系统运行

当用户对门禁系统插入代码时，键盘作为输入模块。然后将信号发送到控制模块“Raspberry pi3”，然后通过数据库检查客户ID。随后，控制模块将客户ID发送给服务器进行验证。服务器搜索客户ID，如果ID存在于数据库中，那么服务器会将信号发送回控制模块作为响应，同时激活相机并在门上拍摄访客闪照并通过电子邮件发送。同时，服务器通知管理员客人已经出现在门口“通过消息”发送访问门请求。

图3 消息形式

该系统采用Fisher方法的人脸识别技术，将图像与现有数据库进行比较，从而判断访问者可进入或不可进入，随后管理员可以查看访客的快照并发送信号到服务器注册该用户的ID，并更新数据库，如图5所示。除此之外管理员也可以可以采取适当的行动。如图4显示了访客使用用户ID访问门禁系统的所有步骤的流程图方法。

图4 访问门禁流程框图

图5 数据库用户界面

如图6所示即用户界面。它涉及添加用户数据、管理用户数据的操作，该表单是通过发送电子邮件向访客授权的数据库接口。

图6 数据库更新

当第一次通过相机拍摄图像时，它被发送到电子邮件。房屋的主人通过电子邮件收到一个信息，里面就是访客的照片。图像随后被上传并检查。如果通过批准，消息将通过电子邮件发送到数据库，条目代码遵循“OK”，如下所示：

NASER:335OK

在不一致的情况下，消息将通过电子邮件发送到数据库，条目代码遵循“LK”，如下所示：

NASER:335LK

数字号码（335）表示用户ID

通过对每个步骤的编程实现的系统运行，系统将在Python环境中运行调用的一组必要的库：

import MySQLdb

import smtplib

import cv2

import sys

import numpy

import os import

getpass import

imaplib import

threading

一个基于中断的Python 2/3库，用于使用RasBuri-PGPIO引脚读取矩阵键盘按键。

from pad4pi import rpi_gpio

new_id='';

lock_timeout=0

每次按下键盘按钮时都会调用输出键：

keypad.registerKeyPressHandler(printKey)

监视开关最基本的方法是调用Python代码检查GPIO输入引脚的当前值。当开关被按下时，GPIO改变输入值。

a=GPIO.VERSION

GPIO.setmode(GPIO.BCM);

GPIO.setup(2,GPIO.OUT);

GPIO.setup(4,GPIO.OUT);

GPIO.output(2,GPIO.LOW)

GPIO.output(4,GPIO.LOW)

当第一次输入密码或可以预先存储时，我们使用：

def printKey(key):

global key_buffer

if key==#39;*#39; :

get_name(key_buffer)

key_buffer='' elif key==#39;##39;:

save_new(key_buffer) key_buffer=''

else:

key_buffer = str(key)

从所附邮件下载电子文件：

from email.MIMEMultipart import MIMEMultipart

from email.MIMEText import MIMEText

from email.MIMEBase import MIMEBase

from email import encoders

为了“授权”用户，使用以下代码：

def enable_user(user_id):

db =

MySQLdb.connect('127.0.0.1','root','123','naser ' )

cursor = db.cursor()

sqlstmt = 'update users set active=1 where user_key = #39;%s#39;' % user_id

定义要使用的电子邮件地址：

限制电子邮件：

阅读新邮件：

基于Haar特征级联分类器的目标检测是一种有效的目标检测方法，在本设计中使用以下代码：

检测脸部并通过走完循环过程：

尝试识别脸部特征：

五、结论

智能门禁系统是一种最流行的数字设备系统，因为它不仅使用户更方便，价格也更合理。事实上，它正在取代许多传统类型的门锁。本次设计中提出的门禁和监控系统，包括以下不同的阶段：

（1）键盘和摄像机PI用户检测

（2）获取用户ID

（3）核实

（4）信息

（5）按要求处理

这种基于Raspberry pi3系统和人脸识别的低成本认证系统，使得智能家居系统更安全、更具成本效益。这项技术无疑可以改变社会的犯罪率。虽然NFC、RFID等技术都可以用于保障家庭安全，但实现成本和可用性对硬件要求的供应不尽如人意。但是基于RASBRIPE PI系统的智能家居门禁系统是一种低成本和高效率的设备。

在未来，Android应用会支持更多的门禁、Windows和基本家用电器的控制。盗窃触发的自动警告可以连同国内地址一起发送到最近的警察局。这个想法使得我们提出的系统具有更好的价值。

基于Android的家庭门禁（通过蓝牙应用于残疾人）

摘要

本文讨论了一个用于满足身体残疾者在家中的需要的正在研究中的项目。利用蓝牙技术建立用户智能手机与控制器板之间的通信。样机支持手动控制和单片机控制，锁定和解锁门禁。通过将电路与中继板连接并将其连接到ARDUINO控制器板，可以通过蓝牙来控制从平板电脑或智能手机提供远程访问。本文讨论了Android应用程序的功能和发展，用以帮助残疾人在他们的

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