智慧指紋門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：智慧校園指的是以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的智慧化校園工作、學(xué)習(xí)和生活的一體化環(huán)境，環(huán)境以各種應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)為載體，將教學(xué)、科研、管理和校園生活進(jìn)行充分融合。目前大部分高校的門禁仍采用人防或刷卡的方式進(jìn)行管理，存在管理難度大、安全性差或容易丟失卡片造成盜刷的問題，設(shè)計(jì)一款基于指紋識(shí)別的門禁系統(tǒng)軟件，配合門禁裝置實(shí)現(xiàn)智能化管理，用戶可以通過指紋識(shí)別開啟門禁，并能自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，方便、安全進(jìn)出;同時(shí)提供門禁數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查詢、導(dǎo)出功能，便于事后管理。

關(guān)鍵詞：智慧門禁;指紋識(shí)別;校園安全;二次開發(fā);SI4463無(wú)線模塊

中圖分類號(hào)：TP311.56 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）33-0088-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（ OSID）：

1 引言

智慧校園是指以促進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)融合、提高學(xué)與教的效果為目的，以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析等新技術(shù)為核心技術(shù)，提供一種環(huán)境全面感知、智慧型、數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡(luò)化、協(xié)作型一體化的教學(xué)、科研、管理和生活服務(wù)，并能對(duì)教育教學(xué)、教育管理進(jìn)行洞察和預(yù)測(cè)的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境[1]。高校智慧校園建設(shè)成為繼數(shù)字化校園之后教育信息化發(fā)展的全新理念，智慧校園給高校教學(xué)、科研與管理、生活等方面帶來了極大的便利[2]。目前許多高校對(duì)外開放，一些社會(huì)不明人員隨意出入校園，安全就成了一個(gè)問題，包括學(xué)生的人身安全與財(cái)產(chǎn)安全，也包括學(xué)校的資產(chǎn)安全;尤其是疫情當(dāng)下，更要關(guān)注相關(guān)人員的進(jìn)出問題。

作為智慧校園建設(shè)中安全保障的第一道防線，門禁系統(tǒng)智能化發(fā)展也將成為一種必然趨勢(shì)。目前很多高校的實(shí)驗(yàn)室出入管理、宿舍出入管理仍采取傳統(tǒng)的人防管理模式，需要人去識(shí)別和開關(guān)門，管理難度大、安全性差;或者采取刷卡的方式進(jìn)出，但是卡片容易丟失，造成盜刷的問題[3]。本文設(shè)計(jì)一款基于指紋識(shí)別的智慧校園門禁系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)門禁系統(tǒng)的智能化管理。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

指紋識(shí)別技術(shù)是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)中生物計(jì)量識(shí)別中的一個(gè)分支，相比于同屬于自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的射頻識(shí)別技術(shù)，指紋識(shí)別技術(shù)更為安全、便捷。指紋是指手指的指肚上凹凸不平皮膚形成的紋線。這種凹凸不平產(chǎn)生于手指指紋皮膚發(fā)育階段，手指皮膚的表層較硬，皮下組織較軟，導(dǎo)致表層皮膚比皮下組織發(fā)育較慢，因此表層皮膚一直受到皮下組織的向上壓力，為了減輕這種壓力，表層皮膚開始收縮塌陷，變得彎曲打皺，最終形成終身不變的紋線[4]。由于指紋是發(fā)育中隨機(jī)產(chǎn)生的，所以每個(gè)人的指紋不一樣，并且將伴隨每個(gè)人一生，這種唯一性、穩(wěn)定性足夠?yàn)樽詣?dòng)識(shí)別提供數(shù)據(jù)支持。

智慧門禁系統(tǒng)采用可編程指紋采集儀作為輸入、采集、驗(yàn)證指紋，使用C#編程語(yǔ)言開發(fā)設(shè)計(jì)軟件，實(shí)現(xiàn)既能控制門禁的開啟，又能采集數(shù)據(jù)，處理、展示與導(dǎo)出。系統(tǒng)的架構(gòu)示意圖如圖1所示。

智慧門禁系統(tǒng)通過指紋采集器采集用戶的指紋，當(dāng)指紋在數(shù)據(jù)庫(kù)中匹配成功時(shí)能夠成功開啟門禁并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，包括用戶姓名、時(shí)間;同時(shí)對(duì)門禁系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與展示，方便管理者了解進(jìn)出信息，制定相關(guān)政策進(jìn)行管理。該系統(tǒng)的主要功能有：1）用戶通過指紋儀能夠進(jìn)行指紋的采集與驗(yàn)證;2）通過指紋儀能夠控制門禁裝置開啟與關(guān)閉;3）門禁數(shù)據(jù)的采集、處理、展示與導(dǎo)出。

3 硬件設(shè)計(jì)

智慧門禁系統(tǒng)的硬件部分主要由指紋儀、控制器、電門磁鎖、無(wú)線模塊等組成。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

用戶通過指紋儀輸入指紋，控制器得到指紋后進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、驗(yàn)證，然后通過無(wú)線模塊發(fā)送命令數(shù)據(jù)至電磁門鎖控制門鎖動(dòng)作;電磁門鎖同樣能夠發(fā)送數(shù)據(jù)到控制器，控制器得到電磁門鎖信息。

指紋儀采用中控研發(fā)的Live 20R指紋采集器，這是一款超薄、超小的指紋采集器，它采用業(yè)界領(lǐng)先光學(xué)設(shè)計(jì)，具有抗強(qiáng)光及有效識(shí)別假指紋等功能[5];控制器直接使用PC（個(gè)人電腦）進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)與運(yùn)行，功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定;為了減少布線，提高簡(jiǎn)潔性，系統(tǒng)采用SI4463無(wú)線模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。SI4463無(wú)線模塊是Silicon Lsbs推出的一款高性能低功耗ISM無(wú)線接收器，該芯片具有頻率范圍廣，接收靈敏度高，低功耗的特點(diǎn)[6]。

此外在電磁門鎖端，系統(tǒng)通過加裝一塊單片機(jī)、繼電器與無(wú)線模塊，使電磁門鎖成為一個(gè)聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備[7]，單片機(jī)可以接收數(shù)據(jù)控制繼電器模塊動(dòng)作來控制門鎖，也能通過無(wú)線模塊反饋電磁門鎖的狀態(tài)到控制器端，達(dá)到一個(gè)智能門禁的效果。

4 軟件實(shí)現(xiàn)

智慧門禁系統(tǒng)的軟件部分主要包括指紋儀的采集驗(yàn)證程序、控制器的數(shù)據(jù)處理程序以及電磁門鎖的終端控制程序。系統(tǒng)程序的主流程圖如圖3所示。

用戶通過指紋儀輸入指紋，控制器得到指紋數(shù)據(jù)后在數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢是否存在此指紋信息;如果有，則返回該指紋的用戶信息，發(fā)送數(shù)據(jù)到電磁門鎖端開門，同時(shí)記錄本次的開門用戶和時(shí)間等相關(guān)信息至數(shù)據(jù)庫(kù)以供事后查詢。

本次設(shè)計(jì)基于指紋識(shí)別的智慧門禁系統(tǒng)，主要完成了用戶登錄、功能選擇、用戶添加、查詢、修改、刪除、設(shè)備狀態(tài)查詢、歷史數(shù)據(jù)查詢導(dǎo)出、當(dāng)前工作狀態(tài)等功能。

4.1 指紋錄入

Live 20R指紋采集器提供了二次開發(fā)SDK（ Software Devel-opment Kit，軟件開發(fā)包），包括指紋采集器的初始化、獲取連接設(shè)備數(shù)、連接設(shè)備、采集指紋圖像等函數(shù)，部分函數(shù)介紹見表1。

用戶信息添加功能除了需要輸入用戶基本信息之外，還要采集指紋。為了保證采集的指紋數(shù)據(jù)一致，確保其準(zhǔn)確性，這里設(shè)置了需要輸入3次指紋，根據(jù)頁(yè)面提示進(jìn)行操作即可。指紋儀的初始化與采集指紋的部分代碼如下：

zkfp2.1nit0;//初始化設(shè)備

zkfp2.GetDeviceCount0;//獲取設(shè)備數(shù)量

zkfp2.OpenDevice（0）;//打開第一個(gè)設(shè)備

//采集指紋

zkfp2. AcquireFingerprint（mDevHandle， FPBuffer， CapTmp，ref cbCapTmp）;

//轉(zhuǎn)換成圖片

BitmapFormat. GetBitmap（FPBuffer， mfpWidth， mfpHeight，ref ms）;

軟件的用戶添加頁(yè)面實(shí)現(xiàn)如圖4所示。

4.2 指紋驗(yàn)證管理

智慧門禁系統(tǒng)正常工作后，用戶通過指紋采集器輸入指紋，系統(tǒng)會(huì)在數(shù)據(jù)庫(kù)中查找是否存在該指紋對(duì)應(yīng)的用戶信息;如果存在，則開啟門禁并在后臺(tái)頁(yè)面記錄該條門禁出入信息;如果不存在，則忽略這次指紋采集。

指紋采集驗(yàn)證的流程圖如圖5所示，指紋管理門禁系統(tǒng)工作頁(yè)面實(shí)現(xiàn)如圖6所示。

4.3 歷史數(shù)據(jù)查詢

為了方便管理人員在事后可以查詢門禁出入相關(guān)信息，智慧門禁系統(tǒng)除了門禁功能之外，還提供歷史數(shù)據(jù)查詢功能。用戶可以按照姓名、設(shè)備名稱、時(shí)間段來查詢特定條件下的門禁信息。

頁(yè)面默認(rèn)會(huì)顯示全部的門禁出人數(shù)據(jù)，用戶輸入條件后點(diǎn)擊查詢即可顯示查詢結(jié)果，支持模糊查詢。另外系統(tǒng)提供了導(dǎo)出功能，用戶可以點(diǎn)擊導(dǎo)出按鈕，將查詢的結(jié)果生成Excel文件進(jìn)行導(dǎo)出，方便日常的文件操作。歷史數(shù)據(jù)查詢頁(yè)面的實(shí)現(xiàn)如圖7所示。

5 結(jié)論

智慧門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)完成后，管理員可以通過用戶名和密碼登錄系統(tǒng)。進(jìn)入系統(tǒng)之后根據(jù)需求選擇相應(yīng)功能;用戶添加，根據(jù)頁(yè)面提示輸入所需信息即可，指紋根據(jù)彈框提示需要輸入3次;用戶管理，可以對(duì)門禁用戶進(jìn)行信息的查詢、修改和刪除，支持模糊查詢;設(shè)備狀態(tài)查詢，管理員可以查看當(dāng)前聯(lián)網(wǎng)門禁設(shè)備的狀態(tài)信息，并能一鍵遠(yuǎn)程控制門禁系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉;歷史數(shù)據(jù)查詢，提供所有門禁的出入信息，可以按照姓名、設(shè)備、時(shí)間等參數(shù)查詢，另外提供數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能;門禁系統(tǒng)日常工作，可以對(duì)輸入的指紋進(jìn)行驗(yàn)證判斷并記錄相關(guān)信息。系統(tǒng)經(jīng)過測(cè)試與試運(yùn)行，功能穩(wěn)定，性能可靠。

項(xiàng)目采用指紋識(shí)別技術(shù)，增強(qiáng)了門禁出入的安全性;同時(shí)設(shè)計(jì)門禁系統(tǒng)管理軟件，為管理人員提供了查詢、導(dǎo)出功能，更是設(shè)計(jì)了遠(yuǎn)程開啟/關(guān)閉設(shè)備功能，為門禁系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理、設(shè)備管理提供了極大的方便;另外設(shè)計(jì)了能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控設(shè)備當(dāng)前工作狀態(tài)，便于系統(tǒng)維護(hù)。

高校智慧校園建設(shè)成為繼數(shù)字化校園之后教育信息化發(fā)展的全新理念，給高校教學(xué)、科研與管理、生活等方面帶來了極大的便利。由于許多高校對(duì)外開放，一些社會(huì)不明人員隨意出入校園，安全就成了一個(gè)問題。相對(duì)于傳統(tǒng)的人工管理或采用射頻識(shí)別技術(shù)，基于指紋識(shí)別的智慧門禁系統(tǒng)使用指紋對(duì)進(jìn)出人員進(jìn)行控制，在安全性上得到了提高，同時(shí)對(duì)門禁系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與展示，方便管理者了解進(jìn)出信息，制定相關(guān)政策便于管理。

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【通聯(lián)編輯：梁書】

作者簡(jiǎn)介：鄭定超，男，浙江溫州人，講師（軟件設(shè)計(jì)師），碩士，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)智能控制，軟件開發(fā)。