跨学科项目主题——火神星家园管家

跨学科项目主题——火神星家园管家：基于人脸识别的智能门禁系统
       火神星（Vulcan）是一个位于外太空的遥远星球，因其极端的环境和复杂的生态系统而闻名。这个星球以其频繁的火山活动而得名，火山爆发不仅改变了星球的地貌，也给居民带来了巨大的安全威胁。火神星的气候环境严酷，空气污染严重，充满了危险的化学物质，这使得生存条件十分艰难。由于资源稀缺和环境恶劣，火神星成为了非法活动频发的区域，尤其是星际盗贼和不法分子常常利用星球的复杂地形进行掠夺。小偷和非法入侵者不断威胁到当地居民的安全，尤其是在火神星的研究基地和居民区附近，安全问题尤为严峻。在这个充满危险的星球上，防御措施和安全监控显得尤为重要。为了确保居民的安全和基地的完整性，火神星的门禁系统必须具有高度智能化和高效性，能够及时识别出居民与入侵者并进行区分。因此，开发一个基于人脸识别技术的智能门禁系统，成为了火神星解决安全问题的关键任务。
       通过本项目，学生将设计和实现一个基于人脸识别的门禁系统，不仅可以识别合法居民（如男主人、女主人和小主人），还能够有效地防止非法入侵，为火神星的居民提供更加安全的生活环境。
主题来源

• 社会生活的痛点、堵点：随着科技发展，智能门禁系统逐渐成为现代生活的一部分。然而，如何确保这些系统的安全性和智能化，尤其在特殊环境下（如火星、火神星等），是一个亟待解决的问题。
• 学生的兴趣点：学生们对太空探索、人工智能和人脸识别技术有着浓厚兴趣。通过结合火神星的故事背景，学生可以将这些兴趣点与现实技术应用相结合，探索如何实现一个智能、安全的门禁系统。
  

引发探究的项目驱动性问题

• 火神星的门禁系统如何保障基地的安全？
• 如何设计一个高效且智能的门禁系统来防止非法入侵？
• 如何通过人脸识别技术来实现个性化的门禁管理？
• 如何让系统识别男主人、女主人和小主人，并播报相应的欢迎信息？
• 在检测到非法入侵时，如何通过系统发出警告？
  

项目化学习过程概述一、项目启动

• 导入问题：通过视频引入火神星的故事，描述在火神星上生活的人们如何解决安全问题，提出需要一套智能门禁系统来确保安全。
• 过渡主题：介绍项目目标——设计一个基于人脸识别技术的门禁管家系统，能够识别不同的家庭成员并提供个性化的欢迎。
• 驱动问题：如何利用人脸识别技术开发一个智能门禁系统？哪些技术支持系统的识别和管理功能？
  

二、介绍AIGC技术并进行简单应用

• 老师讲解AIGC技术：简要介绍AIGC技术和如何将其应用于门禁系统中。
• 应用演示：学生利用AIGC工具（即梦AI）设计火神星的背景图以及男主人，女主人和小主人的形象图。
• 实操：学生使用AIGC生成识别人物的图像，帮助理解如何训练系统识别不同的人物特征。
  

三、行空板K10监测工具的设计与实现

软件使用：Mind+编程软件
Mind+编程软件
1.软件压缩包下载：
* 网页下载：https://pan.baidu.com 提取码: zxdt
* 夸克网盘下载

2. 将压缩包解压，注意解压过程中关闭杀毒软件，解压后文件夹路径不含中文，解压后文件夹路径不宜过长
3.打开解压后的文件夹，找到 Mind+.exe，双击打开
4.若编译任何代码都报错，建议在解压时将所有后台的杀毒软件退出，将解压出的文件夹放到 C 盘根目录，文件夹的名字改为"win-ia32-unpacked20241012"。文件夹中的 exe 文件，不可直接拖到桌面，要右键-发送到桌面快捷方式。

软件基础使用
1、 打开 Mind+，切换到上传模式

2、 加载行空板 K10
基于前面的操作，只需要点击“扩展库”，找到“官方库”下的“行空板”模块点击完成添加，点击返回后，就可以在“指令区”找到行空板 K10，完成行空板 K10 加载。

3、连接行空板 K10

点击连接设备后，点击 COM7-UNIHIKER K10 进行连接。

四、编程与界面设计

       在这个项目中，学生将学习如何使用行空板K10进行人脸识别的编程设计，并结合界面设计实现一个智能门禁系统。门禁系统将能够识别三种人脸：男主人、女主人和小主人，当识别成功时，播报欢迎语；当识别到非法入侵者时，播报拒绝通行语。此外，系统还包括一个忘记人脸的功能，允许用户删除先前存储的人脸信息。这个过程将涉及编程、界面设计和人脸识别算法的实现。

       在这一部分，学生需要使用行空板K10的摄像头对目标人脸进行采集，并将人脸数据存储在系统中。这个过程涉及图像处理和数据存储。
编程步骤：

• 使用行空板K10的摄像头采集人脸图像。
• 通过摄像头捕获的图像处理模块进行人脸检测，确保图像清晰，并有效检测到目标人脸。
  

2. 识别人脸：进行门禁验证

       这一部分是智能门禁系统的核心功能，学生需要使用存储的人脸数据与实时采集的人脸数据进行匹配，判断是否为合法身份。系统将基于人脸识别技术完成此任务。
编程步骤：

• 通过摄像头捕获到当前人的面部图像，进行人脸识别。
• 将捕获的图像与已存储的男主人、女主人和小主人的人脸数据进行比对。
• 如果匹配成功，则触发欢迎语播报，显示相应的欢迎信息。
• 如果匹配失败，则触发非法入侵警告语播报，提示“对不起，您没有通行权限”。
  

3. 忘记人脸：删除人脸数据       此功能允许用户删除已存储的人脸信息，便于更新和管理人脸数据库。该功能尤其适用于当某些人不再需要访问权限时，系统可以将其从数据库中删除。
编程步骤：

• 在系统中提供删除人脸的按钮或菜单，用户点击后可以选择要删除的人脸。
• 删除操作需要确保安全性，确保用户只能删除自己授权的人脸数据。
  

4. 完整程序

总结：       通过本部分的学习，学生将能够设计和实现一个具备人脸识别、验证与管理功能的门禁系统。整个过程不仅涵盖了编程技术，还使学生能够深入理解计算机视觉技术在人脸识别中的应用，掌握相关的编程技能技巧。这一项目将在提高学生编程能力的同时，激发他们对安全技术和人工智能的兴趣。