智慧指纹门禁系统设计

2020-12-28郑定超

电脑知识与技术 2020年33期

摘要：智慧校园指的是以物联网为基础的智慧化校园工作、学习和生活的一体化环境，环境以各种应用服务系统为载体，将教学、科研、管理和校园生活进行充分融合。目前大部分高校的门禁仍采用人防或刷卡的方式进行管理，存在管理难度大、安全性差或容易丢失卡片造成盗刷的问题，设计一款基于指纹识别的门禁系统软件，配合门禁装置实现智能化管理，用户可以通过指纹识别开启门禁，并能自动记录数据，方便、安全进出;同时提供门禁数据的存储、查询、导出功能，便于事后管理。

关键词：智慧门禁;指纹识别;校园安全;二次开发;SI4463无线模块

中图分类号：TP311.56 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）33-0088-03

开放科学（资源服务）标识码（ OSID）：

1 引言

智慧校园是指以促进信息技术与教育教学融合、提高学与教的效果为目的，以物联网、云计算、大数据分析等新技术为核心技术，提供一种环境全面感知、智慧型、数据化、网络化、协作型一体化的教学、科研、管理和生活服务，并能对教育教学、教育管理进行洞察和预测的智慧学习环境[1]。高校智慧校园建设成为继数字化校园之后教育信息化发展的全新理念，智慧校园给高校教学、科研与管理、生活等方面带来了极大的便利[2]。目前许多高校对外开放，一些社会不明人员随意出入校园，安全就成了一个问题，包括学生的人身安全与财产安全，也包括学校的资产安全;尤其是疫情当下，更要关注相关人员的进出问题。

作为智慧校园建设中安全保障的第一道防线，门禁系统智能化发展也将成为一种必然趋势。目前很多高校的实验室出入管理、宿舍出入管理仍采取传统的人防管理模式，需要人去识别和开关门，管理难度大、安全性差;或者采取刷卡的方式进出，但是卡片容易丢失，造成盗刷的问题[3]。本文设计一款基于指纹识别的智慧校园门禁系统，实现门禁系统的智能化管理。

2 系统设计

指纹识别技术是自动识别技术中生物计量识别中的一个分支，相比于同属于自动识别技术的射频识别技术，指纹识别技术更为安全、便捷。指纹是指手指的指肚上凹凸不平皮肤形成的纹线。这种凹凸不平产生于手指指纹皮肤发育阶段，手指皮肤的表层较硬，皮下组织较软，导致表层皮肤比皮下组织发育较慢，因此表层皮肤一直受到皮下组织的向上压力，为了减轻这种压力，表层皮肤开始收缩塌陷，变得弯曲打皱，最终形成终身不变的纹线[4]。由于指纹是发育中随机产生的，所以每个人的指纹不一样，并且将伴随每个人一生，这种唯一性、稳定性足够为自动识别提供数据支持。

智慧门禁系统采用可编程指纹采集仪作为输入、采集、验证指纹，使用C#编程语言开发设计软件，实现既能控制门禁的开启，又能采集数据，处理、展示与导出。系统的架构示意图如图1所示。

智慧门禁系统通过指纹采集器采集用户的指纹，当指纹在数据库中匹配成功时能够成功开启门禁并记录相关数据，包括用户姓名、时间;同时对门禁系统产生的数据进行处理与展示，方便管理者了解進出信息，制定相关政策进行管理。该系统的主要功能有：1）用户通过指纹仪能够进行指纹的采集与验证;2）通过指纹仪能够控制门禁装置开启与关闭;3）门禁数据的采集、处理、展示与导出。

3 硬件设计

智慧门禁系统的硬件部分主要由指纹仪、控制器、电门磁锁、无线模块等组成。系统的硬件结构示意图如图2所示。

用户通过指纹仪输入指纹，控制器得到指纹后进行处理、存储、验证，然后通过无线模块发送命令数据至电磁门锁控制门锁动作;电磁门锁同样能够发送数据到控制器，控制器得到电磁门锁信息。

指纹仪采用中控研发的Live 20R指纹采集器，这是一款超薄、超小的指纹采集器，它采用业界领先光学设计，具有抗强光及有效识别假指纹等功能[5];控制器直接使用PC（个人电脑）进行软件设计与运行，功能强大、性能稳定;为了减少布线，提高简洁性，系统采用SI4463无线模块进行数据的传输。SI4463无线模块是Silicon Lsbs推出的一款高性能低功耗ISM无线接收器，该芯片具有频率范围广，接收灵敏度高，低功耗的特点[6]。

此外在电磁门锁端，系统通过加装一块单片机、继电器与无线模块，使电磁门锁成为一个联网智能设备[7]，单片机可以接收数据控制继电器模块动作来控制门锁，也能通过无线模块反馈电磁门锁的状态到控制器端，达到一个智能门禁的效果。

4 软件实现

智慧门禁系统的软件部分主要包括指纹仪的采集验证程序、控制器的数据处理程序以及电磁门锁的终端控制程序。系统程序的主流程图如图3所示。

用户通过指纹仪输入指纹，控制器得到指纹数据后在数据库中查询是否存在此指纹信息;如果有，则返回该指纹的用户信息，发送数据到电磁门锁端开门，同时记录本次的开门用户和时间等相关信息至数据库以供事后查询。

本次设计基于指纹识别的智慧门禁系统，主要完成了用户登录、功能选择、用户添加、查询、修改、删除、设备状态查询、历史数据查询导出、当前工作状态等功能。

4.1 指纹录入

Live 20R指纹采集器提供了二次开发SDK（ Software Devel-opment Kit，软件开发包），包括指纹采集器的初始化、获取连接设备数、连接设备、采集指纹图像等函数，部分函数介绍见表1。

用户信息添加功能除了需要输入用户基本信息之外，还要采集指纹。为了保证采集的指纹数据一致，确保其准确性，这里设置了需要输入3次指纹，根据页面提示进行操作即可。指纹仪的初始化与采集指纹的部分代码如下：

zkfp2.1nit0;//初始化设备

zkfp2.GetDeviceCount0;//获取设备数量

zkfp2.OpenDevice（0）;//打开第一个设备

//采集指纹

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

//转换成图片

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

软件的用户添加页面实现如图4所示。

4.2 指纹验证管理

智慧门禁系统正常工作后，用户通过指纹采集器输入指纹，系统会在数据库中查找是否存在该指纹对应的用户信息;如果存在，则开启门禁并在后台页面记录该条门禁出入信息;如果不存在，则忽略这次指纹采集。

指纹采集验证的流程图如图5所示，指纹管理门禁系统工作页面实现如图6所示。

4.3 历史数据查询

为了方便管理人员在事后可以查询门禁出入相关信息，智慧门禁系统除了门禁功能之外，还提供历史数据查询功能。用户可以按照姓名、设备名称、时间段来查询特定条件下的门禁信息。

页面默认会显示全部的门禁出人数据，用户输入条件后点击查询即可显示查询结果，支持模糊查询。另外系统提供了导出功能，用户可以点击导出按钮，将查询的结果生成Excel文件进行导出，方便日常的文件操作。历史数据查询页面的实现如图7所示。

5 结论

智慧门禁系統设计实现完成后，管理员可以通过用户名和密码登录系统。进入系统之后根据需求选择相应功能;用户添加，根据页面提示输入所需信息即可，指纹根据弹框提示需要输入3次;用户管理，可以对门禁用户进行信息的查询、修改和删除，支持模糊查询;设备状态查询，管理员可以查看当前联网门禁设备的状态信息，并能一键远程控制门禁系统的开启和关闭;历史数据查询，提供所有门禁的出入信息，可以按照姓名、设备、时间等参数查询，另外提供数据导出功能;门禁系统日常工作，可以对输入的指纹进行验证判断并记录相关信息。系统经过测试与试运行，功能稳定，性能可靠。

项目采用指纹识别技术，增强了门禁出入的安全性;同时设计门禁系统管理软件，为管理人员提供了查询、导出功能，更是设计了远程开启/关闭设备功能，为门禁系统的数据管理、设备管理提供了极大的方便;另外设计了能够实时监控设备当前工作状态，便于系统维护。

高校智慧校园建设成为继数字化校园之后教育信息化发展的全新理念，给高校教学、科研与管理、生活等方面带来了极大的便利。由于许多高校对外开放，一些社会不明人员随意出入校园，安全就成了一个问题。相对于传统的人工管理或采用射频识别技术，基于指纹识别的智慧门禁系统使用指纹对进出人员进行控制，在安全性上得到了提高，同时对门禁系统产生的数据进行处理与展示，方便管理者了解进出信息，制定相关政策便于管理。

参考文献：

[1]梁日荣.人工智能技术在智慧校园中的应用[J].产业创新研究，2020（12）：36-37.

[2]赖家望.物联网与云计算构建学校智慧校园的研究[J].福建电脑，2020，36（6）：44-48.

[3]白丽丽，陈晶.物联网在高校智慧校园建设中的应用[J].大众标准化，2020（12）：18-19.

[4]高汉辰，李之暄，梁非凡，等.基于智能门禁系统的智慧社区安全管理模式[J].管理观察，2020（4）：54-55，58.

[5]叶军.智慧视频门禁云平台建设研究[J].江苏科技信息，2020，37（2）：48-51.

[6]赵振涛，朱新雨，王俊修，等.基于物联网技术的智能门禁在智慧社区的应用研究[J].警察技术，2019（6）：8-10.

[7]郑定超，李稗.一种智能继电器模块的设计与制作[J].中原工学院学报，2019，30（1）：49-52.

[8]叶军.智慧视频门禁云平台建设研究[J].江苏科技信息，2020，37（2）：48-51.

[9]刘琦.物联网智慧小区安防技防系统的建设与实现[J].网络安全技术与应用，2019（12）：151-153.

[10]赵振涛，朱新雨，王俊修，等.基于物联网技术的智能门禁在智慧社区的应用研究[J].警察技术，2019（6）：8-10.

【通联编辑：梁书】