基于指纹识别技术的智能门禁系统开发

　　摘要：指纹识别门禁系统是基于生物识别技术的一项现代技术, 近年来成为了智能化建筑的重要标志, 逐渐在国内外市场得到广泛应用。由于指纹识别具有特异性、安全性、可靠性等特点, 因此利用指纹作为身份识别依据, 与传统的刷卡, 密码等识别手段相比, 大大提高了门禁系统的安全性和非侵害性。针对住宅区的安全性能和门禁系统的人性化问题, 利用ARM-860开发平台和Linux操作系统对基于指纹识别技术的嵌入式门禁系统做出设计与研究, 对生物识别技术的应用研究具有重要意义。

　　关键词：指纹识别; Linux; 嵌入式门禁;

　　Abstract：Fingerprint identification system is a modern technology based on biometric technology, and in recent years has become an important symbol of intelligent building, which has been widely used in the market at home and abroad. Because fingerprint identification has specificity, safety, reliability and other characteristics, while fingerprint is taken as the basis of identification, and compared with the traditional means including credit card and password identification, the use of fingerprint could greatly improve the safety and non-invasive access control system. Aiming at the problem of humanized residential safety and access control system, the paper applies ARM-860 development platform and the Linux operating system to design and research embedded access control system based on fingerprint identification technology. The fruit has important significance to research and application of biological recognition technology.

　　Keyword：fingerprint identification; Linux; embedded access guard;

　　门禁系统是基于现代化电子信息技术, 在智能化建筑出入口安装的数字化管理系统, 通过持有表征身份的识别依据来对人的进出实现放行、拒绝和记录等操作的数字化智能管理系统。目前, 国内外使用的门禁系统主要有:刷卡门禁系统、密码门禁系统、生物识别门禁系统和非接触式门禁系统。其中, 密码门禁系统有着安全性能较弱、便捷性能差等缺点, 正逐渐退出市场竞争。刷卡门禁系统是由出入人员使用不同的卡片进行读卡, 可以是磁卡、IC芯片卡等具有相应功能的卡片, 但有着安全性低、易于复制等缺点而未能成为市场时尚主流。生物识别门禁系统依托着对人体的生物特征辨别来达成身份验证。常见的人体的生物特征辨别有指纹、声音、虹膜、面部等。众多的用于门禁身份验证的生物识别技术中, 指纹识别技术因其呈现的方便、可靠、安全性高、难以复制等特点日渐成为门禁系统的研究热点。

　　1、指纹门禁系统原理

　　指纹门禁系统是一种出入口门禁管理系统, 是一种现代化安全管理系统, 具体涉及了光学、结构设计、生物识别技术、射频识别技术、计算机技术等多种技术的结合。在有人通过重要通道时, 提供适当级别的权限鉴定, 以判断是否能通过的一种安全管理手段, 是现代社会办公场所和家庭住宅门禁安全管理的基本工具和发展方向。

　　指纹门禁系统的核心技术就是指纹识别技术。指纹识别技术是将指纹采集到指纹数据库中, 在指纹数据库中查找与给定指纹相匹配的指纹数据, 从而达到辨别身份的目的。指纹识别系统包括指纹采集、指纹验证、指纹删除、获取指纹数等组成部分。本系统通过红外传感模块、指纹识别模块联合控制两相步进电机模块转动, 驱策操纵门的开关。同时设有数字温度传感器模块及温度压力传感器模块对门禁周围环境进行监测。该系统的功能结构设计如图1所示。

图1 系统的功能结构框图

　　2、系统的硬件设计

　　本系统基于达盛科技ARM-860平台OMAP3530处理器, 达盛科技的外扩模块, 包括指纹识别、两相步进电机、LCD显示屏、红外传感器、键盘、数字温度传感器、压力传感器、以及自购蜂鸣器模块。系统软件平台是将Linux操作系统作为整个门禁系统软件的基础, 所有软件模块都以此为技术支撑, 其中主要配置了LCD模块、指纹采集模块、指纹处理匹配模块、键盘中断模块等。在内系统功能模块架构即如图2所示。这里, 将针对每一功能模块给出如下设计阐析。

图2 系统功能模块

　　2.1、指纹采集模块

　　指纹采集模块采用十指科技有限公司的TF-MD-M12型号的指纹识别模块。指纹识别模块通过精准的光电成像系统对开启者指纹图像进行采集, 运用复杂的模块匹配算法, 与原注册指纹形成比对, 判断开启者身份, 确认身份后即可输出开锁信号。模块内整合有指纹的采集、指纹存储、指纹对比等功能。在采集指纹时, 手指只要轻触采集窗口, 而无需用力按压指纹采集窗, 模块就能快速识别出来。TF-MD-M12型号指纹识别具有手指感应灵敏, 识别速度快, 开发应用简单, 方便等特点。

　　2.2、ARM-860平台OMAP 3530处理器

　　ARM-860型系统属于一种综合实验系统。该系统采用了目前在国内普遍认同的CPU:AM35xx, 32 bit微处理器, 设计做到了多模块的应用。OMAP3530处理器的硬件平台主要由ARM内核、DSP内核以及流量控制器组成。OMAP 3530采用ARM Cortex-A8核, 工作主频最高可达720 MHz。而且包括存储器管理单元、16 KB的高速指令缓冲存储器、16 KB的数据高速缓冲存储器和256 K字的二级缓存;片内有64 KB的内部存储, 为液晶显示等应用提供了大量的数据和代码存储空间。利用OMAP可以建立2个基于ARM的操作系统 (Linux) 。通过OMAP 3530处理器可以定制生成指纹识别模块的研发应用, 从而实现了指纹的添加、指纹的比较、指纹的删除和指纹数的获取。OMAP 3530具有运行高性能、低功耗等特点。硬件结构如图3所示。

图3 硬件结构

　　2.3、基于Frame Buffer的LCD屏幕显示

　　Frame Buffer基于Linux操作系统为LCD设备提供了一个统一的接口, 这是图形硬件设备的抽象层。Frame Buffer设备与存储设备具有同样的特征, 可以进行读、写, 定位到指定位置, 区别在于文件中所出现的存储区不是整个存储区域, 而是LCD设备的帧缓冲区域。帧缓冲区设备属于字符设备, 在Linux下, 支持32个帧缓冲设备, 为LCD编写驱动程序的实质就是为帧缓冲区编写驱动程序。上层应用程序在图形模式下直接对显示缓冲区进行读写操作, 应用层不需要了解任何底层硬件设备的任何信息。Frame Buffer的优点是可灵活地支持不同硬件设备, 减少了新处理器开发工作。系统采用了RGB888模式, 即图像中的每个像素值都分成R (红) 、G (绿) 、B (蓝) 三个基色分量, 每个基色分量各占8位。LCD驱动程序将调用编写的函数, 然后选择将其编译为动态或静态加载模块, 编译到内核中。

　　2.4、7279串行键盘

　　键盘模块由7279串行键盘/显示接口控制电路、8位数码管显示器和2×8键盘电路三部分组成。其电源由接口挂箱上的接口插座提供, 该模块不需要地址、数据总线和总线提供的片选信号。HD7279A是一片具有独立串行接口的, 可同时驱动8位共阴式数码管的智能显示驱动芯片, 该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵, 单片即可控制管理LED显示、键盘接口的全部功能。HD7279内部含译码器, 可直接接受BCD码或16进制码, 此外还设有多种控制指令, 如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。

　　3、系统的软件设计

　　本系统软件部分用C语言编写, 在Linux环境下运行、调试。系统的程序设计分为门外系统和门内系统。指纹识别系统的指纹识别设计可以分为4个部分:指纹采集、指纹识别、指纹删除、获取指纹数。

　　3.1、系统总体设计

　　系统指纹库是门禁系统的主要数据库之一, 当系统指纹库中没有指纹时, 用户无法进入, 需要进行系统初始化, 即指纹采集。在指纹采集录入完毕后, 用户可以使用指纹进入门内系统或门外系统。系统设计流程如图4所示。

图4 系统流程图

　　3.2、门内系统设计

　　为了确保门禁系统的安全, 需要对门内系统展开相关设置, 其中的重点关键功能就是对指纹和密码进行修改。在修改密码和指纹前需要对使用者权限建立有效验证, 即通过指纹识别确认使用者身份方可进入系统设置界面。通过系统设置界面, 使用者可对系统提供密码修改、指纹修改或恢复数据相关设置, 门内系统流程解析如图5所示。

　　在修改密码界面, 使用者可以实现必要的密码修改操作。首先需要核对旧密码, 在通过验证后即可开启新密码的设置。在用户输入新密码后, 等待修改成功提示, 方可生成新密码并返回系统设置界面。如果提示修改失败, 则需要进行重新修改。

　　在修改指纹界面, 使用者可以实现指纹的采集与删除操作。指纹采集过程中需要在指纹识别模块上进行3次录入, 采集成功则会将指纹信息纳入指纹数据库。指纹删除即是对指纹数据库进行格式化操作。在恢复数据界面选择恢复数据, 将会删除指纹数据库指纹, 同时对密码进行重置, 即初始密码“111111”。

图5 门内系统流程图

　　3.3、门外系统设计

　　与门内系统相对应, 门禁系统的另外一项特征应用研究就是门外系统设计。通过门外系统识别访客身份, 最终确认访客是否可以进入。门外系统采用红外检测模块进行检测, 判断是否唤醒指纹识别模块。在唤醒指纹识别模块后, 如果访客连续3次输入信息错误, 将启动报警模块。当访客指纹与密码和系统内部存储信息相吻合, 门外系统即可发出开门指令。门外系统的整体流程如图6所示。

图6 门外系统流程图

　　3.4、系统功能特点分析

　　基于Linux指纹识别的门禁系统具有以下特点:

　　(1) 安全性。指纹的特异性决定了指纹是目前具备高度可操作性的身份识别方式, 因此利用指纹开门安全性更高, 且成本预算低。

　　(2) 准确性。用户只要轻按手指即可快速、准确开门。

　　(3) 灵活性。多级的安全级别自主设置, 可更多应用于不同的场所。

　　4、结束语

　　本文针对基于指纹识别技术的智能门禁系统进行了探讨研究, 并提出了相应的硬软件设计。系统简单实用, 使用指纹和密码双重验证可以保证室内财物安全。室内LCD屏可以利于系统设置, 方便用户实现自定义设置。加入了环境监测功能, 在确保环境安全的同时, 为室内安全增添了一重保障。因而适用于安全要求较高的场所和家庭日常使用。

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