可視化門禁系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)

吳勝益，賀偉強(qiáng)

（江西警察學(xué)院 安全管理系，江西 南昌 330103）

門禁系統(tǒng)，又稱出入口控制系統(tǒng)，顧名思義就是對出入口通道進(jìn)行管制的系統(tǒng)，在何處放行某些人，拒絕某些人，何時要發(fā)出警報，記憶出入的過程，已達(dá)到安全的目的，是門禁系統(tǒng)最基本的功能。

出入口門禁安全管理系統(tǒng)是新型現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng)。最近幾年隨著感應(yīng)卡技術(shù)、生物識別技術(shù)的發(fā)展，門禁系統(tǒng)得到了飛躍式的發(fā)展。它集微機(jī)自動識別技術(shù)和現(xiàn)代安全管理措施為一體，涉及電子、機(jī)械、光學(xué)、計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、生物技術(shù)等諸多技術(shù)。它是解決重要部門出入口實現(xiàn)安全防范管理的有效措施，適合各種機(jī)要部門，如銀行、賓館、機(jī)房、軍械庫、機(jī)要室、辦公間、智能化小區(qū)、工廠等。在數(shù)字技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化的今天，門禁系統(tǒng)早已超出了單純的門道及鑰匙管理，已經(jīng)逐漸發(fā)展成為一套完整的出入管理系統(tǒng)。它在工作環(huán)境安全、人事考勤管理等行政管理工作中發(fā)揮著巨大的作用。在該系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加相應(yīng)的輔助設(shè)備可以進(jìn)行電梯控制、車輛進(jìn)出管理、物業(yè)消防監(jiān)控、保安巡檢管理、消費收費管理等，真正實現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)一卡通智能管理。

1 本系統(tǒng)的設(shè)計原則

文中利用紅外熱感技術(shù)與普通門禁相結(jié)合配合LED數(shù)碼管的使用，設(shè)計了紅外熱感指紋可視化門禁系統(tǒng)。

1）系統(tǒng)的實用性。門禁系統(tǒng)的內(nèi)容應(yīng)符合實際需要，不能華而不實。本系統(tǒng)的實用性是首先應(yīng)遵循的第一原則。同時，本系統(tǒng)的前端產(chǎn)品和系統(tǒng)軟件均有良好的可學(xué)習(xí)性和可操作性。特別是操作性，使具備電腦初級操作水平的管理人員，通過簡單的培訓(xùn)就能掌握系統(tǒng)的操作要領(lǐng)，達(dá)到能完成值班任務(wù)的操作水平。

2）系統(tǒng)的穩(wěn)定性。門禁系統(tǒng)是一項不間斷長期工作的系統(tǒng)，并且和我們的正常生活和工作息息相關(guān)，所以系統(tǒng)的穩(wěn)定性顯得尤為重要。

3）系統(tǒng)的安全性。門禁系統(tǒng)中的所有設(shè)備及配件在性能安全可靠運轉(zhuǎn)的同時，還應(yīng)符合中國或國際有關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)，并可在非理想環(huán)境下有效工作。強(qiáng)大的實時監(jiān)控功能和聯(lián)動功能，充分保證使用者環(huán)境的安全性。

4）系統(tǒng)可擴(kuò)展性。門禁系統(tǒng)的技術(shù)在不斷更新，用戶需求也在發(fā)生變化，因此門禁系統(tǒng)的設(shè)計與實施應(yīng)考慮到將來可擴(kuò)展的實際需要，即可靈活增減或更新各個子系統(tǒng)，滿足不同時期的需要，保持長時間領(lǐng)先地位。本系統(tǒng)設(shè)計時，對需要實現(xiàn)的功能進(jìn)行了合理配置，并且這種配置在工程完成后可以設(shè)置和改變。系統(tǒng)軟件可以根據(jù)不同歷史時期的市場需求進(jìn)行相應(yīng)的升級和完善。同時，可以擴(kuò)展為考勤系統(tǒng)、會議簽到系統(tǒng)、巡邏管理系統(tǒng)，就餐管理系統(tǒng)等一卡通工程。

5）系統(tǒng)易維護(hù)性。門禁系統(tǒng)在運行過程中的維護(hù)應(yīng)盡量做到簡單易行。系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)要真正做到通電即可工作和運行的程度。而且維護(hù)過程中無需使用過多專用的維護(hù)工具。從計算機(jī)的配置到系統(tǒng)的配置，前端設(shè)備的配置都要充分仔細(xì)地考慮了系統(tǒng)的可靠性，并實施相應(yīng)的認(rèn)證。做到系統(tǒng)故障率最低的同時，也要考慮到即使因為意想不到的原因發(fā)生問題時，也能保證數(shù)據(jù)的方便保存和快速恢復(fù)，并且保證緊急時能迅速地打開通道。整個系統(tǒng)的維護(hù)是在線式的，不會因為部分設(shè)備的維護(hù)而停止所有設(shè)備的正常運作。

2 本系統(tǒng)設(shè)計原理

當(dāng)有人走近本系統(tǒng)時，系統(tǒng)利用紅外技術(shù)感應(yīng)到人體紅外輻射，系統(tǒng)自動觸發(fā)并做相應(yīng)動，并可以通過互聯(lián)網(wǎng)推送來訪者信息，讓住戶及時聯(lián)系對方；當(dāng)人體離開一段時間后系統(tǒng)自動關(guān)閉；本系統(tǒng)主要是利用紅外熱感技術(shù)和光感技術(shù)來完成采集前端信息。

圖1 系統(tǒng)原理圖Fig.1 The system principle diagram

2.1 紅外熱感技術(shù)

系統(tǒng)組成：由透鏡，感光元件，感光電路，機(jī)械部分和機(jī)械控制部分組成。其工作原理：通過控制部分和機(jī)械部分，帶動紅外感應(yīng)部分做微小的左右或圓周運動，移動位置，使感應(yīng)器和人體之間能形成相對的移動，當(dāng)人體發(fā)射的紅外線被紅外熱感器接收，紅外熱感器會產(chǎn)生相應(yīng)的電動勢，根據(jù)產(chǎn)生電壓的大小是否達(dá)到設(shè)定的閾值來確定系統(tǒng)工作狀態(tài)。

研究對象：紅外熱傳感燈

研究結(jié)果（效果）：

1）當(dāng)光線比較強(qiáng)，比如白天，感光元件將實時光線信號值給控制電路，控制電路根據(jù)信號值，將會鎖定LED人體感應(yīng)開關(guān)，整燈處于睡眠狀態(tài)，在LED人體感應(yīng)燈的感應(yīng)范圍內(nèi)，紅外熱感應(yīng)裝置停止工作，就算有人在其范圍內(nèi)活動，燈也不會亮，不會有耗電情況。

圖2 紅外熱傳器感結(jié)構(gòu)圖Fig.2 The infrared sensor structure

2）當(dāng)人體進(jìn)入燈的感應(yīng)范圍，燈就會自動點亮，并且在20 s后自動熄滅，實用方便，節(jié)能環(huán)保。

2.2 指紋鎖

嚴(yán)格來講，指紋鎖是電子鎖的一種。只不過因為是基于指紋識別技術(shù)，拋棄了以前電子鎖的“密碼”和“智能卡”，使用人體與生俱來的生物特征---指紋，因此而達(dá)到了科技與人性之完美統(tǒng)一。指紋鎖在滿足人們對安全訴求的同時，使人們遠(yuǎn)離“記憶密碼的煩惱”和“攜帶卡片又怕丟”的擔(dān)心，真正的能夠做到了“既安全又便捷”。因而我們這套系統(tǒng)考慮到用戶的安全和方便采用比較高端的指紋鎖。

實現(xiàn)這種“既安全又便捷”的指紋鎖，在產(chǎn)品總體設(shè)計上我做了以下幾個方面的考慮。

2.2.1 核心技術(shù)

指紋鎖的核心控制模塊是以SIB8132為核心設(shè)計的控制板。圖3兩圖分別是指紋控制板上的正面和背面。SIB8132是一個類似ARM7的32位高性能處理器。工作電壓3.3V，內(nèi)核工作電壓2.5 V，最大工作電流75 mA。256 K的RAM、ROM使得編寫一個集密碼、遙控、指紋三者于一體的應(yīng)用程序綽綽有余。大小有14×14 mm及10×10 mm兩種。100個PIN引腳包含了3組UART、32位GPIO、主副I2C、8位并口、SPI等豐富的接口。這些接口便于處理器與更多的外設(shè)連接，從而能夠?qū)崿F(xiàn)功能更為強(qiáng)大的指紋鎖系統(tǒng)。因此對于目前市場上“多板拼接”的指紋鎖具方案，SIB8132具有更大的競爭優(yōu)勢。采用SIB8132處理器，真正可以做到“單板單芯”的控制模塊。

圖3 指紋鎖模塊結(jié)構(gòu)圖Fig.3 The structure of Fingerprint lock module

圖4 是指紋鎖方案框圖。從圖中可以看出，內(nèi)置指紋識別功能的鎖具控制模塊即為SIB8132。它是整個指紋鎖的核心。SIB8132是32位低功耗專用處理器，內(nèi)置256 K的ROM、RAM，以及 256 K FLASH Memory，最大可以存儲 1000枚指紋數(shù)據(jù)。整個指紋的比對處理在片內(nèi)完成，250枚以內(nèi)1：N比對，1秒內(nèi)輸出結(jié)果。圍繞SIB8132的是指紋鎖的輸入輸出模塊。這些模塊包括電源模塊、指紋采集頭、鍵盤、蜂鳴器、以及鎖具驅(qū)動設(shè)備。LCD/LED顯示設(shè)備、通

訊接口和調(diào)試接口是可選模塊。

圖4 指紋鎖方案框圖Fig.4 The Block diagram of Fingerprint lock

2.2.2 指紋采集設(shè)備采用光學(xué)指紋采集頭

指紋采集設(shè)備是除了核心控制模塊外的最為重要的外設(shè)。它的性能優(yōu)劣關(guān)乎整個指紋鎖的質(zhì)量。指紋采集設(shè)備是使用者接觸最多的部件，是指紋數(shù)據(jù)生成的源頭。正因為它被接觸最多最頻繁，所以在選型時，耐用性和易用性是最先考慮因素。耐用性考量表現(xiàn)在手指接觸時的防靜電能力、耐磨耐腐蝕性。在耐用性方面采用光學(xué)指紋采集頭，易用性方面采用按壓式即面狀指紋采集器使用簡單，手指一按即可采集指紋。按壓式的大小一般是15～25mm。

2.2.3 指紋鎖系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件設(shè)計分為兩個部分，指紋管理部分和密碼管理部分。在系統(tǒng)運行后單片機(jī)開始工作，檢測用戶的指紋或密碼輸入，同時還要滿足用戶對于指紋，密碼的管理。軟件設(shè)計采用的是編程語言。 當(dāng)用戶使用時，首先開啟電源，整個系統(tǒng)開始上電工作。單片機(jī)首先檢測電源電壓是否正常，如果電壓過低，則向用戶報警更換電池。如果電壓正常單片機(jī)則等待指紋模塊初始化完成，而后指示用戶將手指放在取指儀上，對采集的指紋圖像進(jìn)行搜索匹配。如果匹配成功，則給執(zhí)行機(jī)構(gòu)供電，電機(jī)正轉(zhuǎn)，將鎖打開，然后延遲一段時間，以保證用戶有充裕的時間開門后又將門關(guān)上。最后電機(jī)反轉(zhuǎn)，將門重新上鎖，通過功能設(shè)置可以采取指紋認(rèn)證和指紋+密碼工作方式，其中用戶設(shè)置的密碼經(jīng)加密后存在E2PROM中。另外在規(guī)定時間內(nèi)，如果沒有接收到用戶的命令，則系統(tǒng)強(qiáng)制斷電退出；如果在命令期間沒有讓指紋模塊工作，則可以讓其強(qiáng)制進(jìn)入睡眠狀態(tài)，系統(tǒng)處于低功耗狀態(tài)。一旦用戶有了輸入，系統(tǒng)便退出低功耗狀態(tài)，進(jìn)入正常執(zhí)行狀態(tài)，控制軟件判斷用戶的需求，執(zhí)行相應(yīng)的功能。具體過程詳見圖5。

3 結(jié)束語

圖5 系統(tǒng)控制方框圖Fig.5 The System control block diagram

門禁系統(tǒng)是安防領(lǐng)域的基礎(chǔ)平臺，隨著門禁系統(tǒng)的普及以及門禁應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，門禁系統(tǒng)將不單單局限于傳統(tǒng)的安防系統(tǒng)，基于不同行業(yè)的應(yīng)用需求，將會出現(xiàn)門禁系統(tǒng)與先進(jìn)技術(shù)的整合，通過熱感進(jìn)行報警和控制；門禁系統(tǒng)與辦公自動化的整合等。可視化紅外熱感門禁系統(tǒng)的設(shè)計將有效利用現(xiàn)代科技手段加強(qiáng)社會管理，通過該技術(shù)設(shè)計的推廣，將有助于加強(qiáng)安全防范質(zhì)量，有效的降低發(fā)案率，提高公眾安全感指數(shù)，提升政府服務(wù)形象。隨著熱感技術(shù)、計算機(jī)、通訊等技術(shù)的不斷發(fā)展，可視化門禁系統(tǒng)將會越佳的完善，市場前景越來越廣闊。

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