基于指紋識別技術(shù)的銀行門禁監(jiān)控系統(tǒng)

基于指紋識別技術(shù)的銀行門禁監(jiān)控系統(tǒng)摘要隨著改革開放的深入，給國民經(jīng)濟帶來了空前的繁榮和發(fā)展，使得包含銀行等金融單位的綜合性建筑越來越多的出現(xiàn)。如何搞好銀行的保安系統(tǒng)設(shè)計，也隨之成為設(shè)計領(lǐng)域一個非常重要的內(nèi)容。這一系統(tǒng)的好與壞，是直覺關(guān)系到國家的金融和人民財產(chǎn)的安全及金融工作人員生命安全的大事，因此也越來越受到各方面人士的重視。銀行的保安工作是一個系統(tǒng)工程，有制度的因素，也有科技的作用，近幾年來伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些先進的現(xiàn)代技術(shù)和手段在防盜保安領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，更在銀行保安工作中發(fā)揮了巨大的作用。銀行的門禁系統(tǒng)在銀行整個安防系統(tǒng)中占了最主要的地位。先進的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)與生物特征識別技術(shù)的應(yīng)用，使的門禁系統(tǒng)技術(shù)迅速的發(fā)展并完善起來，加上生物特征的唯一性、高防偽性，指紋門禁系統(tǒng)的安全保密性已經(jīng)達到了很高的水平，其功能極其豐富齊全，被廣泛應(yīng)用于類似銀行等金融機構(gòu)的安全防范系統(tǒng)中。門禁技術(shù)在銀行安全防范系統(tǒng)的應(yīng)用中主要表現(xiàn)為：銀行營業(yè)廳、庫區(qū)通道門互鎖門禁系統(tǒng)、金庫門門禁系統(tǒng)、監(jiān)控管理中心門禁系統(tǒng)等。本文所設(shè)計的指紋門禁系統(tǒng)硬件主要由計算機、指紋采集儀、門控制器及電鎖、232/485轉(zhuǎn)換器等部分組成。計算機存儲和管理著所有使用者的信息，在需要的時候向門禁控制器發(fā)出開門信號。門控制器主要接收微機發(fā)出的開門信號以及發(fā)送開鎖信號，報警器則用來接收從門禁控制器發(fā)出的報警信號，對非法開門進行報警。該系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要完成了人員信息管理、出入記錄查詢、通訊功能。人員信息管理部分處理使用者的信息，它包括人員基本信息，指紋信息的登記、更改和刪除,人員門禁權(quán)限的分配。出入記錄查詢部分在必要的時候為管理者提供查詢的方便。通迅部分則實現(xiàn)了計算機與門禁控制器之間開門信號及報警信號的傳輸。關(guān)鍵詞：指紋識別；門禁系統(tǒng)；串行接口AccesscontrolsystemofbankbasedonfingerprintrecognitiontechnologyABSTRACTWiththedeepeningofreformandopen,thenationaleconomyhasbroughtunprecedentedprosperityanddevelopment,whichgivesrisetomoreandmoreintegratedfinancialunitsincludingbanks.Howtoimprovethedesignofthebank'ssecuritysystemwillbecomeaveryimportantdesigningelement.Thisreliabilityofthesystemhasintuitiverelationshiptothemajoreventofthecountry’sfinancial,people’spropertyandthestaff’slife,whichhasbroughtmoreandmoreattentions.Banksecurityworkisasystematicproject,containinginstitutionalfactorsandtheroleofscienceandtechnology.Inrecentyearsalongwiththedevelopmentofmodernscienceandtechnology,advancedmoderntechnologiesandmeanshavebeenwidelyusedinthefieldofantitheftsecurity,especiallyplayedahugeroleinthebankingsecuritywork.Accesscontrolsystemsinthebankaccountforthemostimportantpositioninthewholesecuritysystemofthebank.Theapplicationofcomputernetworktechnology,communicationtechnologyandbiometrictechnologymakeaccesscontrolsystemtechnologydeveloprapidlyandperfected.Biometricisuniqueandhigh-security,andthesecurityandconfidentialityoffingerprintaccesscontrolsystemhavebeenreachedaveryhighlevel,anditsfunctionsareextremelyrichandcompleted,whicharewidelyusedinthesecuritysystemlikebanksandotherfinancialinstitutions.Accesscontroltechnologyinthebank’ssecuritysystemisappliedinthefieldsasfollows:bankoffice,reservoirchanneldoorinterlockaccesscontrolsystems,thevaultdooraccesscontrolsystems,monitoringandmanagementcenteraccesscontrolsystem.Thekeyhardwareusedinthisdesignfingerprintaccesscontrolsystemarecomputer,fingerprintscanner,doorcontrollersandpowerlocks,232/485converterandsoon.Theinformationofallusersismanagedbycomputer,anddoorsignalisissuedtotheaccesscontrollerwhenneeded.Doorcontrollerreceivescomputerissuingthedoorsignalandsendstheunlocksignal.Thealarmisusedtoreceivethealarmsignalfromtheaccesscontroller.Whenthedoorisopenedillegallyitalarms.Thesoftwaredesignsofthesystemareasfollows:thepersonnelinformationmanagement,thequeryofinandout,communicationsfunctions.Personnelinformationmanagementcomponenthandlesusers’information,includingregister’sbasicinformation,fingerprintinformation,change,deleteandtheallocationofpersonnelaccesscontrolpermissions.Accessrecordsquerypartfacilitateofthequeryformanagerswhennecessary.Communicationpartsachievetransmissionbetweenthecomputerandtheaccesscontroller.前言金融行業(yè)是貨幣流通行業(yè)，屬于高風(fēng)險單位，對于安全防范系統(tǒng)的防護等級自然就很高，智能門禁系統(tǒng)是安防系統(tǒng)中的一個很重要的組成部分，而在銀行、金庫等金融行業(yè)的應(yīng)用場所，門禁系統(tǒng)顯然就稱為了金融行業(yè)的“守護神”，其作用至關(guān)重要。銀行各個營業(yè)廳是銀行與外部溝通的橋梁，面對社會復(fù)雜的環(huán)境，如何保證營業(yè)內(nèi)部資金和工作人員的安全，這就是銀行安保思考的重要課題，而營業(yè)廳通道到門是內(nèi)部人員進出的重要通道，這就是需要對于通行安全做重要保證，此系統(tǒng)主要是防止外部不法分子趁機犯罪。門禁又稱出入管理控制系統(tǒng)，是一種將信息技術(shù)、電子技術(shù)和機械鎖有機地結(jié)合在一起，對進出人員進行適當級別的權(quán)限鑒別，并進行相應(yīng)控制的數(shù)字化管理系統(tǒng)。本方案設(shè)計的門禁系統(tǒng)是基于非接觸式感應(yīng)IC卡識別技術(shù)，由管理系統(tǒng)、控制器、感應(yīng)式讀卡器、電子鎖等組成的一個功能強大的智能型網(wǎng)絡(luò)門禁系統(tǒng)，人員手持一張合法的感應(yīng)式IC卡即可通過IC卡識讀設(shè)備自動控制授權(quán)允許開啟的電子鎖。門禁系統(tǒng)取代機械鎖匙，減少鑰匙管理的麻煩，有效地避免鑰匙流失。同時可記錄、查詢進出人員信息，與普通機械鎖有著無法比擬的優(yōu)越性。門禁系統(tǒng)控制著多個門，每個都只允許有相應(yīng)權(quán)限的人出入，系統(tǒng)有三種權(quán)限控制方式，一是可以根據(jù)持卡人身份權(quán)限設(shè)定有效開門區(qū)域（控制器號碼及門號碼）。二是可對每個電子鑰匙設(shè)置不同的有效開放時段，且可以通過權(quán)限組定義組合出無數(shù)種權(quán)限類型，如企業(yè)普通職員只有在正常上班時間段才可有效開某些門，超出設(shè)定時段將禁止開門；三是系統(tǒng)可以設(shè)置每個時間段有不同的開門方式（單卡、雙卡、卡+密碼、密碼、常開通行等），分別對每張卡可以授權(quán)在不同時段使用不同的開門方式。主要特點是：多指紋開門、支持高級密碼開門功能（密碼用過一次即失效，需重新授權(quán)更新）、語音提示、按脅迫指紋開門同時中心報警等、中心確認開門等。1指紋識別的基本原理1.1指紋識別技術(shù)的特點指紋識別技術(shù)把一個人同他的指紋對應(yīng)起來，通過比較他的指紋和預(yù)先保存的指紋進行比較，就可以驗證他的真實身份。每個人（包括指紋在內(nèi)）皮膚紋路在圖案、斷點和交叉點上各不相同，也就是說，是唯一的，并且終生不變?，F(xiàn)今通用的密碼識別技術(shù)有諸多弊端，密碼易于忘記，容易被盜用，能被多個個體共享，鑒于這些，人們把目光轉(zhuǎn)向了生物識別技術(shù)。生物識別技術(shù)是一種通過核對個體的具備唯一性的生理或行為舉止特性來識別個體身份的自動識別方法。研究和經(jīng)驗表明，人的指紋、掌紋、面孔、發(fā)音、虹膜、視網(wǎng)膜、骨架等都具有唯一性和穩(wěn)定性的特征，即每個人的這些特征都與別人不同且終生不變，因此可以據(jù)此識別出人的身份[1]?；谶@些，人們發(fā)展了指紋識別、面部識別、發(fā)音識別等多種生物識別技術(shù)，目前許多技術(shù)都己經(jīng)成熟并應(yīng)用，指紋識別技術(shù)更是生物識別技術(shù)的熱點[18,19,20,21]。眾多的用于身份驗證的生物識別技術(shù)中，指紋識別技術(shù)是目前最方便、可靠、非侵害和價格便宜的解決方案。指紋是人體獨一無二的特征，具有隨身性，唯一性、不可復(fù)制性、絕對保密性，并且它們的復(fù)雜度足以提供用于簽別的足夠特征。如果想要增加可靠性，我們只需要登記更多的指紋，鑒別更多的手指。讀取指紋時用戶只需要將活體手指與指紋采集頭相互接觸，與指紋采集頭直接接觸是讀取人體生物特征最可靠的方法。與人工處理不同，一般的生物識別技術(shù)公司并不直接存儲指紋的圖象，而是使用不同的數(shù)字化算法在指紋圖象上找到并比對指紋的特征。每個指紋都有幾個獨一無二、可測量的特征點，每個特征點都有大約5~7個特征，我們的十個手指產(chǎn)生最少4900個獨立可測量的特征，這足以說明指紋識別是一個更加可靠的鑒別方式。取指紋圖像、提取特征、保存數(shù)據(jù)和比對。在一開始，通過指紋讀取設(shè)備讀取到人體指紋的圖象，取到指紋圖像之后，要對原始圖像進行初步的處理，使之更清晰。接下來，指紋辨識軟件建立指紋的數(shù)字表示——特征數(shù)據(jù)，一種單方向的轉(zhuǎn)換，可以從指紋轉(zhuǎn)換成特征數(shù)據(jù)但不能從特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為指紋，而兩枚不同的指紋不會產(chǎn)生相同的特征數(shù)據(jù)。有的算法把節(jié)點和方向信息組合產(chǎn)生了更多的數(shù)據(jù)，這些方向信息表明了各個節(jié)點之間的關(guān)系，也有的算法還處理整幅指紋圖像?？傊?，這些數(shù)據(jù)，通常稱為模板，保存為1K大小的記錄。無論它們是怎樣組成的，至今仍然沒有一種模板的標準，也沒有一種公布的抽象算法，而是各個廠商自行其是。最后，通過計算機模糊比較的方法，把兩個指紋的模板進行比較，計算出它們的相似程度，最終得到兩個指紋的匹配結(jié)果。1.2指紋識別的理論依據(jù)人類的手掌及其手指、腳、腳趾內(nèi)側(cè)表面的皮膚凸凹不平產(chǎn)生的紋路會形成各種各樣的圖案。這些紋路的存在增加了皮膚表面的摩擦力，使得我們能夠用手來抓起重物。人們也注意到，包括指紋在內(nèi)的這些皮膚的紋路在圖案、斷點和交叉點上各不相同，也就是說，是唯一的。依靠這種唯一性，我們就可以把一個人同他的指紋對應(yīng)起來，通過對他的指紋和預(yù)先保存的指紋進行比較，就可以驗證他的真實身份。這種依靠人體的身體特征來進行身份驗證的技術(shù)稱為生物識別技術(shù)，指紋識別是生物識別技術(shù)的一種。目前，從實用的角度看，指紋識別技術(shù)是優(yōu)于其他生物識別技術(shù)的身份鑒別方法。這是因為指紋各不相同、終生基本不變的特點已經(jīng)得到公認，近二三十年的警用指紋自動識別系統(tǒng)的研究和實踐為保安指紋自動識別打下了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。特別是現(xiàn)有的指紋自動識別系統(tǒng)已達到操作方便、準確可靠、價格適中的階段，是實用化的生物測定方法。在計算機系統(tǒng)中，指紋識別可以用于開機登錄身份確認，遠程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的訪問權(quán)限及身份的確認，銀行儲蓄防冒領(lǐng)及通存通兌的加密方法，保險行業(yè)中投保人的身份確認，期貨證券提款人的身份確認，醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)中醫(yī)療保險人的身份確認等。如將指紋信息記錄在特殊用途的卡上，通過現(xiàn)場比對，可以防止冒充等欺詐行為。例如：信用卡、醫(yī)療卡、會議卡、儲蓄卡、駕駛證、準考證、護照防偽等。計算機指紋自動識別技術(shù)正在從科幻小說走入我們實際生活中，也許有一天，您不必隨身攜帶那一串鑰匙，只需手指一按，門就會打開；也不必記住那煩人的密碼，利用指紋就可以提款、計算機登錄。指紋特征分為總體特征和局部特征。在考慮局部特征的情況下，英國學(xué)者ERHerry認為，只要比對13個特征點重合，就可以確認為是同一個指紋?？傮w特征[3]是指那些人眼直接可以觀察到的特征，包括：(1)紋形：主要包括環(huán)型、弓型、螺旋型，其它的指紋圖案都是基于這三種基本圖案的。依靠紋形來分辨指紋只是一個粗略的分類。(2)核心點：核心點是讀取和比對指紋的參考點，位于指紋紋路的漸進中心核心點對于指紋識別算法很重要，許多算法是基于核心點的，能處理和識別具有核心點的指紋，但沒有核心點的指紋有些算法仍然能夠處理。(3)三角點：三角點可以是斷點或者兩條紋路會聚處、折轉(zhuǎn)處，它提供了指紋紋路的計數(shù)跟蹤的開始之處。(4)模式區(qū)：模式區(qū)是指包括了指紋總體特征的區(qū)域，即從模式區(qū)就能夠分辨出指紋是哪一種類型。好的指紋識別算法不僅要能使用模式區(qū)的數(shù)據(jù)，而且能對模式區(qū)進行分析和識別。局部特征[4,5]是指指紋上的節(jié)點特征，這些具有某種特征的節(jié)點又稱為特征點。具體地說，特征點是指指紋紋路上不連續(xù)的，出現(xiàn)中斷、分叉或打折的點，這些分叉點和轉(zhuǎn)折點提供了指紋唯一性的確認信息。兩枚指紋經(jīng)常會具有相同的總體特征，但它們的局部特征卻不可能完全相同。特征點的分類有以下幾種類型：①終結(jié)點：即一條紋路在此處終結(jié)②分叉點：即一條紋路在此分開成為兩條或更多的紋路③分歧點：即兩條平行的紋路在此分開④孤立點：即一條特別短的紋路，以至于成為一點⑤環(huán)點：即一條紋路分開后立即又合并成為一條，形成的小環(huán)稱為環(huán)點⑥短紋：即一端較短但不至于成為一點的紋路⑦曲率：即描述紋路方向改變的速度⑧位置：即節(jié)點的位置通過(x,y)坐標來描述一幅指紋圖像會有多個特征點，不同指紋和不同的提取算法都會得到不同數(shù)量的特征點，通常提取10個特征點就可以用來區(qū)別兩個指紋。1.3指紋識別的基本流程指紋識別系統(tǒng)完成指紋識別一般分為四個過程[6]：(1)指紋圖像生成通過指紋采集儀采集指紋并生成指紋圖像，目前使用的指紋采集儀有光學(xué)敏感器、硅敏感器等。(2)指紋特征提取將指紋圖像上的節(jié)點特征抽取出來轉(zhuǎn)化為特征數(shù)據(jù)。(3)數(shù)據(jù)存儲將指紋特征數(shù)據(jù)存儲保存下來，這些數(shù)據(jù)一般被稱為指紋模板。(4)對比通過對比算法，將采集到的指紋與儲存的指紋模板進行對比，計算出匹配結(jié)果。確認某人是否與他所聲稱的身份相符合。指紋識別的基本流程如圖1.1所示：圖像預(yù)處理圖像預(yù)處理特征提取特征匹配結(jié)果輸出特征庫圖1.1指紋識別基本流程1.4指紋取像技術(shù)當前的指紋取像設(shè)備分成三大類：光學(xué)取像設(shè)備、晶體傳感器和超聲波掃描。光學(xué)取像設(shè)備是被應(yīng)用最早的，它依據(jù)的是光的全反射原理[7]。光線照到壓有指紋的玻璃表面，反射光線由CCD去獲得，反射光的量依賴于壓在玻璃表面指紋的脊和谷的深度以及皮膚與玻璃間的油脂和水分。光線經(jīng)玻璃射到谷的地方后在玻璃與空氣的界面發(fā)生全反射，光線被反射到CCD。射向脊的光線不發(fā)生全反射，而是被脊與玻璃的接觸面吸收或者漫反射到別的地方，這樣就在CCD上形成了指紋的圖像。光學(xué)掃描有自己的優(yōu)勢，它可以在較大的外形做較大指紋取像區(qū)域。晶體傳感器是指含有微型晶體的平面通過多種技術(shù)來繪制指紋圖像，最常見的是電容傳感器，它通過電子度量來捕捉指紋。在半導(dǎo)體金屬陣列上能結(jié)合多個電容傳感器，外面是絕緣層，當用戶手指放上面時，接觸的皮膚則組成了電容陣列的另一面。另一種晶體傳感器是壓感式的，其表面的頂層是具有彈性的壓感介質(zhì)材料，他們依照指紋的外表地形轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電子信號，其他的晶體傳感器還有溫度感應(yīng)傳感器等[8]。晶體傳感器技術(shù)最重要的弱點在于，它們?nèi)菀资艿届o電的影響，這使得晶體傳感器有時會取不到圖像，甚至?xí)粨p壞，另外，它們并不象玻璃一樣耐磨損，從而影響了使用壽命。超聲波掃描被認為是指紋取像技術(shù)中較好的一種。超聲波首先掃描指紋的表面，接著接收設(shè)備獲取了其反射信號，測量它的范圍，得到脊的深度，這點很像光學(xué)掃描的激光[8]。另外，它積累在皮膚上的臟物等對超音速獲得的圖像影響不大，所以這樣的圖像是實際脊地形(凹凸)的真實反映，應(yīng)用起來更為方便。各種技術(shù)都具有它們各自的優(yōu)勢，也有各自的缺點。1.5指紋的驗證與識別相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)利用指紋識別的技術(shù)可以分為兩類，即驗證和識別[9]。驗證技術(shù)就是通過把一個現(xiàn)場采集到的指紋與一個己經(jīng)登記的指紋進行一對一的比對來確認身份。作為驗證的前提條件，有關(guān)的指紋必須在指紋庫中已經(jīng)注冊。通常驗證軟件能從指紋上找到節(jié)點的數(shù)據(jù)點，即那些指紋紋路的分叉、終止或打圈處的坐標位置，計算出約300～490個字節(jié)數(shù)據(jù)，形成所謂的指紋模板。有的算法把節(jié)點和方向信息組合產(chǎn)生了更多的數(shù)據(jù)，這些方向信息表明了各節(jié)點間的關(guān)系，指紋以數(shù)據(jù)模板的壓縮格式存貯，并與其姓名或其標識聯(lián)系起來，然后比對現(xiàn)場，先驗證其標識再利用系統(tǒng)的指紋與現(xiàn)場采集的指紋比對來證明其標識是合法的，這是應(yīng)用系統(tǒng)中使用得較多的方法。而識別技術(shù)則是把現(xiàn)場采集到的指紋同指紋數(shù)據(jù)庫中的指紋逐一對比，從中找出與現(xiàn)場指紋相匹配的指紋，這也叫“一對多”匹配。識別主要應(yīng)用于犯罪指紋匹配的傳統(tǒng)領(lǐng)域中，一個不明身份的人的指紋與指紋庫中有犯罪記錄的人指紋進行比對，來確定此人是否曾經(jīng)有過犯罪記錄。驗證和識別在比對算法和系統(tǒng)設(shè)計上各具技術(shù)特點。驗證系統(tǒng)一般只考慮對完整的指紋進行比對，而識別系統(tǒng)要考慮殘紋的比對；驗證系統(tǒng)對比對算法的速度要求不如識別系統(tǒng)高，但更強調(diào)易用性。除了驗證和識別比對方法外，在實際中還有“一對幾”匹配。它主要應(yīng)用于只有幾個用戶的系統(tǒng)中，比如一個家庭的成員要進入他們的房子。一對幾個匹配一般使用與一對一匹配相同的方法。2基于指紋識別技術(shù)的銀行營業(yè)廳門禁系統(tǒng)的設(shè)計2.1門禁系統(tǒng)的硬件功能設(shè)計對于一般的指紋門禁系統(tǒng)來說，其實現(xiàn)的主要功能就是用手指開門。在用手指開門之前，指紋庫中必須要有相應(yīng)的指紋特征信息，所以就要有錄入指紋這一項功能。為了實現(xiàn)對指紋庫中指紋的靈活管理，就要有刪除指紋這一項功能。若室內(nèi)存有貴重物品，如果出現(xiàn)丟失等意外情況，那么需要可以查看開門記錄，確定是誰在什么時候開過門。指紋門禁子系統(tǒng)主要利用指紋采集儀來完成客戶指紋的采集、比對和驗證。通過門禁系統(tǒng)管理軟件實現(xiàn)了客戶原始數(shù)據(jù)錄入、授權(quán)、客戶身份驗證、數(shù)據(jù)的傳輸及處理、電控鎖開閉鎖的控制。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖2.1所示：指紋采集儀指紋采集儀主控微機門禁控制器轉(zhuǎn)換器門內(nèi)開門按鈕電控鎖報警器圖2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖該系統(tǒng)硬件部分主要有：計算機、指紋采集儀、門控制器及電鎖、232/485轉(zhuǎn)換器。計算機是整個系統(tǒng)的中樞，它存儲和管理著所有使用者的信息，在需要的時候向門禁控制器發(fā)出開門信號，同時存儲并管理門的出入紀錄，可提供給管理者進行查詢。門控制器主要接收微機發(fā)出的開門信號以及發(fā)送開鎖信號。報警器用來接收從門禁控制器發(fā)出的報警信號，對非法開門進行報警。主控微機與門禁控制器系統(tǒng)之間的通訊是通過RS232/RS485轉(zhuǎn)換裝置完成的。本系統(tǒng)采用AT89C51單片機作為門禁控制電路的控制中心,其使用是單片機內(nèi)部的4K程序存儲器，這時EA/VPP信號線應(yīng)該接低電平。單片機的復(fù)位電路分為上電復(fù)位和人工復(fù)位兩種。本次設(shè)計采用上電復(fù)位，在RST端高電平信號保持兩個機器周期以上時，就能保證單片機有效地復(fù)位。上電瞬間，電路電容通過電阻充電，RST引腳端出現(xiàn)正脈沖[10]。本系統(tǒng)的時鐘電路采用內(nèi)部振蕩時鐘電路，其由晶體振蕩器和微調(diào)電容組成。該電路晶體頻率12MHz，電容取30pf，振蕩器具有較高的頻率穩(wěn)定性。石英晶體起振后，產(chǎn)生一個正弦波，使片內(nèi)的OSC電路產(chǎn)生自激振蕩[11]。該系統(tǒng)硬件設(shè)計的實現(xiàn)主要集中在指紋門禁系統(tǒng)的門禁控制部分。指紋門禁系統(tǒng)的前端是用于指紋采集的指紋儀，它通過USB接口與微機聯(lián)接，可以快速的將用戶的指紋采集到微機中進行存儲和比對。利用它軟件開發(fā)包中的指紋識別模塊可以對它進行操作。門禁控制器是由AT89C51單片機系統(tǒng)組成，為了提高系統(tǒng)通信的可靠性和抗干擾性能，本系統(tǒng)采用RS485標準進行數(shù)據(jù)傳輸，PC機通過接口電路實現(xiàn)RS232到RS485的轉(zhuǎn)換，經(jīng)過485總線傳輸后通過接口電路將RS485標準信號轉(zhuǎn)換成TTL信號供單片機串口接收[12]，從而實現(xiàn)PC機和門禁系統(tǒng)的電氣物理連接。2.2門禁系統(tǒng)控制器的設(shè)計與實現(xiàn)門禁控制器是整個指紋門禁系統(tǒng)的中樞，它的主要功能是實現(xiàn)與主控PC機的通信以及報警和開門信號的輸出。當用戶身份驗證合法后，門禁控制器接收從主控PC機發(fā)出的開門信號，收到后發(fā)出開鎖信號。若用戶身份驗證不合法，接收從主控PC機發(fā)出的報警信號，其中單片機則發(fā)出信號驅(qū)動報警器報警。門禁控制器上設(shè)有出門按鈕，當室內(nèi)的人出門或出現(xiàn)緊急情況時按下此按鈕即可開門。對于系統(tǒng)本身而言，它實現(xiàn)微機RS-232電平與單片機TTL電平的相互轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)兩者間的通訊。2.2.1門禁系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)概述門禁控制器[13]主要包括單片機最小系統(tǒng)，串口通信電路，輸出控制部分室內(nèi)開門鈕，電源組成。其中輸出控制部分又包括報警驅(qū)動電路、開鎖驅(qū)動電路。其結(jié)構(gòu)框圖如圖2.2所示。MAX232作為接口芯片用于實現(xiàn)微機串口的RS-232信號與AT89C51串行口的TTL信號的相互轉(zhuǎn)換。電源部分包括DC+5V電路。圖2.2門禁控制器結(jié)構(gòu)框圖2.2.2門禁控制器核心控制部件AT89C51是一種低功耗、高性能的8位單片機，它采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲器技術(shù)，片內(nèi)帶有一個4K字節(jié)的Flash可編程可擦除只讀存儲器，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容[14]。因此AT89C51是一種功能強、靈活性高且價格合理的單片機，它可方便地應(yīng)用在各種控制領(lǐng)域。我們將P3口的RXD（P3.0），TXD（P3.1）作為轉(zhuǎn)換后的信號傳輸端，P2.3接報警電路，P2.4接執(zhí)行電路。單片機I/O口的分配如圖2.3所示：圖2.3單片機I/O接口分配圖2.2.3執(zhí)行電路的實現(xiàn)單片機完成控制處理總是以數(shù)字信號形式通過I/O口或數(shù)據(jù)總線傳送給控制對象，這些數(shù)字信號形態(tài)主要有開關(guān)量、數(shù)字量和頻率量，這里我們選擇開關(guān)量形態(tài)的數(shù)字信號通過I/O口送給控制對象。這些信號須經(jīng)過功率放大才能用來驅(qū)動被控對象，并且在單片機和功率放大電路之間需使用電氣隔離技術(shù)，用以去掉被控對象與輸入輸出通道之間的公共地線，實現(xiàn)彼此間的隔離以抑制干擾脈沖。電氣隔離通常可分為繼電器隔離和光電隔離兩類，這里我們選用光電隔離器。光電隔離器[15]由發(fā)光二極管和光敏三級管組成，當在發(fā)光二極管兩端加正向電壓時，發(fā)光二極管被點亮，通過一定的作用使光敏管導(dǎo)通，產(chǎn)生高電平輸出信號，反之，則產(chǎn)生低電平輸出信號。該部分電路是用于控制電控鎖開關(guān)的。2.2.4門禁控制器串行接口電路的實現(xiàn)在門禁控制器的設(shè)計中，由于開鎖命令來自上位微機，故需要設(shè)計控制器和上位機間的通信硬件電路。在設(shè)計時，我們使用MAX232芯片實現(xiàn)TTL電平和上位機RS-232電平的轉(zhuǎn)換，使用該芯片可使外圍電路簡單，且工作可靠。MAX232是一種雙組驅(qū)動器/接收器，片內(nèi)含有一個電容性電壓發(fā)生器用以在單個電源供電時提供EIA/TIA-232-電平，每個接收器將EIA/TIA-232-E電平輸入轉(zhuǎn)換為5VTTL/CMOS電平。這些接收器具有l(wèi).3V的典型門限值及0.5V的典型遲滯，而且可以接收+/－30V的輸入，每個驅(qū)動器將TTL/CMOS輸入電平轉(zhuǎn)換為EIA/TIA-232-E電平，工作溫度范圍為0℃至70℃。2.2.5報警電路的實現(xiàn)報警器的種類很多，比如揚聲器，蜂鳴器等。蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，通過一個三極管來驅(qū)動，廣泛應(yīng)用于打印機、報警器、汽車電子設(shè)備、電話機等。蜂鳴器的結(jié)構(gòu)原理[16]：(1)壓電式蜂鳴器壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成，有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成，在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。

(2)電磁式蜂鳴器電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場，振動膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動發(fā)聲。在本設(shè)計中采用壓電式蜂鳴器作為報警器，由單片機中的P2.3口完成報警。當報警時，該位置位，打開三極管接通電路，使發(fā)光二極管發(fā)光，蜂鳴器發(fā)出報警信號。在報警聯(lián)動方面，采用與視頻監(jiān)控聯(lián)動，實現(xiàn)視頻圖像的時時抓拍，當發(fā)生意外時，可實現(xiàn)雙門死鎖或雙門同時打開的功能，并實現(xiàn)多種報警功能：強迫開門報警、脅迫開門報中心報警、開門超時報警、防拆（控制器非法開蓋）報警、手動報警、紅外線探測報警等。當報警事件發(fā)生時，觸發(fā)事件由繼電器輸出，可用來控制警燈、警鈴或者聯(lián)動相應(yīng)的攝像頭動作，同時上傳警情中心報警。聯(lián)動功能：當發(fā)生消防報警時，聯(lián)動輸入門禁控制器，可以聯(lián)動控制所有的門都處于開啟狀態(tài)，便于所有人員快速撤離、逃生（可設(shè)置打開或者關(guān)閉該功能）。緊急狀態(tài)閉鎖聯(lián)動，當發(fā)生偷盜事件時，可以聯(lián)動控制相應(yīng)的門處于緊急關(guān)閉狀態(tài)。與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動，當刷卡（按指紋）正常開門時，輸出聯(lián)動信號至閉路監(jiān)控系統(tǒng)，進入畫面圖像的抓拍，當系統(tǒng)報警時，輸出聯(lián)動控制信號啟動相應(yīng)攝像頭抓拍。3指紋識別門禁系統(tǒng)的軟件設(shè)計3.1門禁系統(tǒng)的軟件功能設(shè)計指紋門禁系統(tǒng)的管理軟件主要完成了人員信息管理、通信、出入記錄統(tǒng)計和查詢?nèi)齻€功能[17]。人員信息管理部分處理所有系統(tǒng)使用者的信息，它包括人員基本信息、指紋信息的登記更改、刪除和查詢以及人員門禁權(quán)限的分配。通迅部分實現(xiàn)了計算機與門禁控制器之間開門信號及報警信號的傳輸。出入記錄查詢部分記錄了使用人員的出入操作紀錄并按照需要生成出入記錄報表，以供管理員查詢或打印。指紋門禁系統(tǒng)的工作流程圖如圖3.1所示：圖3.1指紋門禁系統(tǒng)的工作流程圖圖3.1的偽代碼如下：#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include<math.h>charID[10]//全局變量，ID號最大長度設(shè)為10voidmain(){voidID_input();//引用函數(shù)聲明ID_identify();voidFingerprint_get(); Fingerprint_identify();voidstore_record();voidoutput_alarm();voidRead_clock();voidShow_time();while(1)//ID號與指紋驗證，ID匹配成功后相關(guān)信息均存入歷史記錄{do//ID號無效則重新輸入，否則程序繼續(xù)進行{ID_input();ID_identify();}while(ID_matchingiswrong)Fingerprint_get(); Fingerprint_identify();//指紋驗證if(fingerprint_matchingisright)//匹配則開門，否則輸出報警信號{store_record();openthedoor;Read_clock();Show_time();}else{store_record();displaymatchingfailure;output_alarm();}}}voidID_input()//ID號獲取{scanf("%s",ID)}ID_identify()//與管理員已經(jīng)輸入的ID號進行匹配，匹配成功則返回真，否則為假voidFingerprint_get()//獲取指紋信息Fingerprint_identify()//與系統(tǒng)中相應(yīng)ID號的指紋進行匹配，匹配成功則返回真，否則為假voidstore_record()//將訪問者的ID號、訪問時間等信息存入歷史記錄voidoutput_alarm()//輸出報警信號voidRead_clock()//讀時鐘芯片voidShow_time()//顯示時間根據(jù)系統(tǒng)功能來分，該系統(tǒng)軟件主要由開/關(guān)門程序、錄入指紋程序、刪除指紋程序等幾部分組成。根據(jù)程序功能模塊要求來分，系統(tǒng)軟件主要由以下幾部分構(gòu)成：與指紋識別模塊通訊的程序模塊、開門控制程序模塊、關(guān)門控制程序模塊，時鐘模塊。門禁控制器的控制程序采用的是標準的MCS-51匯編語言來編寫的。整個程序分為：單片機串口接收主程序、串行口中斷處理子程序以及外部中斷子程序。3.2門禁控制器控制程序概述指紋門禁系統(tǒng)中單片機的通訊功能是：當用戶指紋通過驗證時上位機通過串口向單片機發(fā)出開門信號，當用戶身份驗證未通過時上位機則向單片機發(fā)送錯誤報警信號。此時，單片機只用判斷從上位機發(fā)出的是何種信號就可以執(zhí)行相對應(yīng)的子程序。門禁控制器串口中斷處理子程序設(shè)計是指當串行口接收到來自上位機的命令時，產(chǎn)生中斷，在串行口中斷處理子程序中讀取命令，然后對接收的數(shù)據(jù)進行判斷，最后根據(jù)判斷結(jié)果輸出控制信號。門禁控制器出門開鎖功能的軟件設(shè)計是指在室內(nèi)需要打開門時，不需要通過指紋識別，而是直接通過室內(nèi)開門按鈕輸入開鎖命令，即產(chǎn)生一個單片機的外部中斷信號，門禁控制器中的單片機通過響應(yīng)中斷來實現(xiàn)開鎖。開門程序的任務(wù)主要是開門者是否有權(quán)開門，關(guān)門程序?qū)嶋H上是中斷INTO程序的一個分支，它的任務(wù)是控制電機將鎖桿伸出去，以達到關(guān)門上鎖的目的。3.3門禁系統(tǒng)的程序設(shè)計系統(tǒng)主程序的任務(wù)主要是系統(tǒng)初始化、指紋識別模塊、確定門狀態(tài)、顯示時間等，系統(tǒng)初始化就是設(shè)置TMOD寄存器來制定定時器/計數(shù)器的工作方式、設(shè)置寄存器來開放/屏蔽中斷源、設(shè)置IP寄存器來設(shè)定中斷源的優(yōu)先級、給部分參數(shù)賦值。指紋識別模塊就是發(fā)送測試命令，并判斷模塊是否能正常工作。因為本系統(tǒng)沒有采用限位開關(guān)來測試門的狀態(tài)，而是用測試電流的方法來測試鎖桿是否到位，所以約定：門狀態(tài)程序控制的鎖桿狀態(tài)是鎖桿伸出狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)上電啟動后，鎖桿為縮回狀態(tài)，安裝人員就要將電機的兩根線交換一下，主程序流程圖如圖3.2所示。錄入指紋的任務(wù)就是將采集的指紋特征信息存到指紋庫，對錄入的指紋給出相應(yīng)的ID號。在錄入新指紋之前，先比對管理者的指紋，通過管理者授權(quán)后才能錄入新指紋。對于一個新系統(tǒng)來說，指紋庫里沒有指紋特征信息，自然也沒有管理者，所以，錄入第一枚指紋時，不需要管理者指紋比對這個過程，錄入的第一枚指紋系統(tǒng)將默認為管理者，ID號為01號，在錄入時也不需要輸入ID號。接著每錄入一枚指紋，根據(jù)其ID號，修改EEPROM中的“占用/空閑ID號位”對應(yīng)位的值，表示該ID號己經(jīng)占用。刪除指紋的任務(wù)根據(jù)實際需要可將這項操作分為分級刪除和按ID號刪除。按ID號刪除就是管理者輸入要刪除指紋的ID號，確認后刪除存儲器中對應(yīng)ID號的指紋特征信息。這項功能在日常的管理中常用，而分級刪除適于存儲有大量用戶指紋信息，需要刪除大部分指紋的情況。初始化初始化指紋識別模塊確定門狀態(tài)開始讀時鐘芯片喚醒后進入空閑狀態(tài)顯示時間正常工作？顯示錯誤信息NY圖3.2主程序流程圖3.4門禁系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計抗干擾設(shè)計的基本原則是：抑制干擾源、切斷干擾傳播路勁和提高敏感器件的抗干擾性能。1.抑制干擾源：抑制干擾源就是盡可能的減少產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或者信號，這是抗干擾設(shè)計中最優(yōu)秀考慮和最重要的原則。減少干擾源主要是通過在干擾源兩端并聯(lián)電容或在干擾源回路串聯(lián)電感或電阻以及增加續(xù)流二極管來實現(xiàn)。2.切斷干擾傳播路徑：按干擾的傳播路徑可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩類。所謂傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)線傳播到敏感器件的干擾。高頻干擾噪聲和有用信號的頻帶不同，可以通過在導(dǎo)線上增加濾波器的方法切斷高頻干擾噪聲的傳播，有時也可加隔離光耦來解決。所謂輻射干擾是指通過空間輻射傳播到敏感器件的干擾。一般的解決方法是增加干擾源于敏感器件的距離，用地線把它們隔離和在敏感器件上加蔽罩。3.提高敏感器件的抗干擾性能：提高敏感器件的抗干擾性能是指盡量減少敏感器件對于干擾噪聲的拾取，以及從不正常狀態(tài)盡快恢復(fù)的方法。3.4.1硬件抗干擾措施：本指紋門禁系統(tǒng)在印刷電路板設(shè)計過程中，從尺寸的選擇、元器件的布置、地線布置、電源線布置以及去藕電容的配置等各方面均充分考慮系統(tǒng)可靠性的要求，采取了如下的抗干擾措施。1.抑制干擾源：(1)單片機、指紋識別模式等耗能較大芯片的電源端與接地端之間并接0.01μf的獨石電容，以減少與電源間的耦合作用。(2)高頻電容的布線，連線靠近電源端并盡量粗短。(3)底線盡量加粗，系統(tǒng)中地線一般使用30mil（1mil=0.0254mm），最粗達到了100mil。(4)布線時避免90度折線，減少高頻噪聲發(fā)射。2.切斷干擾插傳播路(1)電路合理分區(qū)，用地線把數(shù)字與模擬區(qū)隔離。(2)給單片機電源加SPY0029穩(wěn)壓器，給指紋識別模塊和液晶顯示模塊加降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源控制器AE2596，以減小電源噪聲對系統(tǒng)的干擾。(3)晶振與SPCE061A單片機、實時時鐘芯片DSL302引腳盡量靠近。(4)單片機和大功率器件(如繼電器)的地線單獨接地，以減少相互干擾。(5)大功率器件(如繼電器)放在電路板邊緣，與敏感元件(單片機)遠離。3.提高敏感器件的抗干擾性能(1)SPCE061單片機自帶硬件看門電路，它在計算機系統(tǒng)中是一個最忠實的可信賴的硬件，用來保證系統(tǒng)長久運行。SPCE061A單片機的看門電路的清除時間周期為0.75s，如果看門電路的計數(shù)在國定的時間間隔內(nèi)被程序指令不斷的清除而不產(chǎn)生溢出，表明程序運行正常。但若在規(guī)定的時間間隔里看門電路的計數(shù)未被清除而產(chǎn)生溢出，則表示程序運行正常，CPU自動使系統(tǒng)復(fù)位處理(相當于硬件復(fù)位)。(2)線路板上除SPACE061A、MAX232、DSL302等芯片考慮到更換外，其余元件均直接焊接，以減少由于接觸不良造成的不可靠現(xiàn)象。軟件件抗干擾措施：3.4.1軟件件抗干擾措施：為提高系統(tǒng)軟件可靠性，在系統(tǒng)軟件開發(fā)過程中，采取了如下可靠措施。重復(fù)設(shè)置各種工作方式控制字單片機在運行過程中，如果受到較強的干擾，系統(tǒng)內(nèi)各芯片的工作方式控制字極易受到破壞，使各輸入/輸出口失去原來定義的功能，導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作，針對這種情況，在循環(huán)處理程序中定期地、有條件地對各種方式控制單元進行重復(fù)的初始化，這樣方式控制字一旦被破壞，還可以及時得到修復(fù)。采用軟件陷進法單片機最易受干擾的是內(nèi)部程序計數(shù)器PC的值，在受到強電干擾時，PC的值會改變，使得CPU誤將程序從正確位置跳到一些意義的區(qū)域內(nèi)執(zhí)行，導(dǎo)致程序運行跑飛。在程序模塊間和程序之后增設(shè)由若干個空操作指令和1條吳條件跳轉(zhuǎn)指令組成的陷阱。一旦程序跑飛跌落陷阱，便轉(zhuǎn)入相應(yīng)的失控處理程序，在進行了工作單元的初試化以及有關(guān)控制字的設(shè)定后，跳到正常的循環(huán)處理程序中，從而恢復(fù)程序的正確流程。結(jié)束語本文闡述了基于指紋識別技術(shù)的銀行營業(yè)廳門禁系統(tǒng)，指紋識別門禁系統(tǒng)的設(shè)計方法，包括功能的設(shè)計、系統(tǒng)的硬件設(shè)計、系統(tǒng)的軟件設(shè)計以及系統(tǒng)抗干擾措施。從功能上，具有授權(quán)錄入指紋、按功號或按級刪除指紋、記錄最近10次開門記錄(開門者的ID號和開門時間)并通過顯示器顯示出來。該系統(tǒng)的硬件主要由計算機、指紋采集儀、門控制器及電鎖、232/485轉(zhuǎn)換器等部分組成。軟件設(shè)計主要完成了人員信息管理、出入記錄查詢和通訊三種功能。當然還有許多地方是有待改進的，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)門禁系統(tǒng)的遠程監(jiān)控和管理將會進一步提高安全性，門禁系統(tǒng)的人機界面將中文輸入設(shè)計進去，省去ID號對應(yīng)使用者名字這樣一個過程，使用起來將更加便捷。系統(tǒng)提示信息若用中英文顯示，可以滿足不同使用者的需求。考慮系統(tǒng)設(shè)計抗干擾設(shè)計原則，最后設(shè)計實現(xiàn)了印刷電路板并進行了系統(tǒng)測試，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定工作?？傊鞠到y(tǒng)基本達到了預(yù)期目標功能，系統(tǒng)的運行可靠，操作簡便，但該系統(tǒng)也存在一些不足，對該課題的研究可以從以下幾個方面進行展開：利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)門禁系統(tǒng)的遠程監(jiān)控和管理，比如主任遠程授權(quán)開門，遠程監(jiān)控門的開關(guān)狀態(tài)，這將使系統(tǒng)更加便捷。指紋門禁系統(tǒng)的人機界面必須進一步提高，將中文輸入法設(shè)計進去，用使用者名字代替ID號，使用起來更加便捷，系統(tǒng)提示信息用中英文現(xiàn)實以滿足不同使用者得需求這使得指紋門禁系統(tǒng)更加完善。參考文獻[1]張鐸.生物識別技術(shù)基礎(chǔ)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2009.[2]李晶皎,王愛俠,張廣淵等譯.模式識別[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006.[3]KalleK,AnlK.FingerprintClassification[J].PatternRecognition,1996,29(3):389-404.[4]DuoqianMiao,QingshiTangaandWenjieFua.Fingerprintminutiaeextractionbasedonprincipalcurves[J].PatternRecognitionLetters,2007,28(4):184-189.[5]F.Benhammadi,M.N.Amirouchea,H.Hentousa,K.BeyBeghdadaandM.Aissania.Fingerprintmatchingfr