基于指纹识别技术的银行门禁监控系统

基于指纹识别技术的银行门禁监控系统摘要随着改革开放的深入，给国民经济带来了空前的繁荣和发展，使得包含银行等金融单位的综合性建筑越来越多的出现。如何搞好银行的保安系统设计，也随之成为设计领域一个非常重要的内容。这一系统的好与坏，是直觉关系到国家的金融和人民财产的安全及金融工作人员生命安全的大事，因此也越来越受到各方面人士的重视。银行的保安工作是一个系统工程，有制度的因素，也有科技的作用，近几年来伴随着现代科学技术的发展，一些先进的现代技术和手段在防盗保安领域中得到广泛应用，更在银行保安工作中发挥了巨大的作用。银行的门禁系统在银行整个安防系统中占了最主要的地位。先进的计算机网络技术、通讯技术与生物特征识别技术的应用，使的门禁系统技术迅速的发展并完善起来，加上生物特征的唯一性、高防伪性，指纹门禁系统的安全保密性已经达到了很高的水平，其功能极其丰富齐全，被广泛应用于类似银行等金融机构的安全防范系统中。门禁技术在银行安全防范系统的应用中主要表现为：银行营业厅、库区通道门互锁门禁系统、金库门门禁系统、监控管理中心门禁系统等。本文所设计的指纹门禁系统硬件主要由计算机、指纹采集仪、门控制器及电锁、232/485转换器等部分组成。计算机存储和管理着所有使用者的信息，在需要的时候向门禁控制器发出开门信号。门控制器主要接收微机发出的开门信号以及发送开锁信号，报警器则用来接收从门禁控制器发出的报警信号，对非法开门进行报警。该系统的软件设计主要完成了人员信息管理、出入记录查询、通讯功能。人员信息管理部分处理使用者的信息，它包括人员基本信息，指纹信息的登记、更改和删除,人员门禁权限的分配。出入记录查询部分在必要的时候为管理者提供查询的方便。通迅部分则实现了计算机与门禁控制器之间开门信号及报警信号的传输。关键词：指纹识别；门禁系统；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.前言金融行业是货币流通行业，属于高风险单位，对于安全防范系统的防护等级自然就很高，智能门禁系统是安防系统中的一个很重要的组成部分，而在银行、金库等金融行业的应用场所，门禁系统显然就称为了金融行业的“守护神”，其作用至关重要。银行各个营业厅是银行与外部沟通的桥梁，面对社会复杂的环境，如何保证营业内部资金和工作人员的安全，这就是银行安保思考的重要课题，而营业厅通道到门是内部人员进出的重要通道，这就是需要对于通行安全做重要保证，此系统主要是防止外部不法分子趁机犯罪。门禁又称出入管理控制系统，是一种将信息技术、电子技术和机械锁有机地结合在一起，对进出人员进行适当级别的权限鉴别，并进行相应控制的数字化管理系统。本方案设计的门禁系统是基于非接触式感应IC卡识别技术，由管理系统、控制器、感应式读卡器、电子锁等组成的一个功能强大的智能型网络门禁系统，人员手持一张合法的感应式IC卡即可通过IC卡识读设备自动控制授权允许开启的电子锁。门禁系统取代机械锁匙，减少钥匙管理的麻烦，有效地避免钥匙流失。同时可记录、查询进出人员信息，与普通机械锁有着无法比拟的优越性。门禁系统控制着多个门，每个都只允许有相应权限的人出入，系统有三种权限控制方式，一是可以根据持卡人身份权限设定有效开门区域（控制器号码及门号码）。二是可对每个电子钥匙设置不同的有效开放时段，且可以通过权限组定义组合出无数种权限类型，如企业普通职员只有在正常上班时间段才可有效开某些门，超出设定时段将禁止开门；三是系统可以设置每个时间段有不同的开门方式（单卡、双卡、卡+密码、密码、常开通行等），分别对每张卡可以授权在不同时段使用不同的开门方式。主要特点是：多指纹开门、支持高级密码开门功能（密码用过一次即失效，需重新授权更新）、语音提示、按胁迫指纹开门同时中心报警等、中心确认开门等。1指纹识别的基本原理1.1指纹识别技术的特点指纹识别技术把一个人同他的指纹对应起来，通过比较他的指纹和预先保存的指纹进行比较，就可以验证他的真实身份。每个人（包括指纹在内）皮肤纹路在图案、断点和交叉点上各不相同，也就是说，是唯一的，并且终生不变。现今通用的密码识别技术有诸多弊端，密码易于忘记，容易被盗用，能被多个个体共享，鉴于这些，人们把目光转向了生物识别技术。生物识别技术是一种通过核对个体的具备唯一性的生理或行为举止特性来识别个体身份的自动识别方法。研究和经验表明，人的指纹、掌纹、面孔、发音、虹膜、视网膜、骨架等都具有唯一性和稳定性的特征，即每个人的这些特征都与别人不同且终生不变，因此可以据此识别出人的身份[1]。基于这些，人们发展了指纹识别、面部识别、发音识别等多种生物识别技术，目前许多技术都己经成熟并应用，指纹识别技术更是生物识别技术的热点[18,19,20,21]。众多的用于身份验证的生物识别技术中，指纹识别技术是目前最方便、可靠、非侵害和价格便宜的解决方案。指纹是人体独一无二的特征，具有随身性，唯一性、不可复制性、绝对保密性，并且它们的复杂度足以提供用于签别的足够特征。如果想要增加可靠性，我们只需要登记更多的指纹，鉴别更多的手指。读取指纹时用户只需要将活体手指与指纹采集头相互接触，与指纹采集头直接接触是读取人体生物特征最可靠的方法。与人工处理不同，一般的生物识别技术公司并不直接存储指纹的图象，而是使用不同的数字化算法在指纹图象上找到并比对指纹的特征。每个指纹都有几个独一无二、可测量的特征点，每个特征点都有大约5~7个特征，我们的十个手指产生最少4900个独立可测量的特征，这足以说明指纹识别是一个更加可靠的鉴别方式。取指纹图像、提取特征、保存数据和比对。在一开始，通过指纹读取设备读取到人体指纹的图象，取到指纹图像之后，要对原始图像进行初步的处理，使之更清晰。接下来，指纹辨识软件建立指纹的数字表示——特征数据，一种单方向的转换，可以从指纹转换成特征数据但不能从特征数据转换成为指纹，而两枚不同的指纹不会产生相同的特征数据。有的算法把节点和方向信息组合产生了更多的数据，这些方向信息表明了各个节点之间的关系，也有的算法还处理整幅指纹图像。总之，这些数据，通常称为模板，保存为1K大小的记录。无论它们是怎样组成的，至今仍然没有一种模板的标准，也没有一种公布的抽象算法，而是各个厂商自行其是。最后，通过计算机模糊比较的方法，把两个指纹的模板进行比较，计算出它们的相似程度，最终得到两个指纹的匹配结果。1.2指纹识别的理论依据人类的手掌及其手指、脚、脚趾内侧表面的皮肤凸凹不平产生的纹路会形成各种各样的图案。这些纹路的存在增加了皮肤表面的摩擦力，使得我们能够用手来抓起重物。人们也注意到，包括指纹在内的这些皮肤的纹路在图案、断点和交叉点上各不相同，也就是说，是唯一的。依靠这种唯一性，我们就可以把一个人同他的指纹对应起来，通过对他的指纹和预先保存的指纹进行比较，就可以验证他的真实身份。这种依靠人体的身体特征来进行身份验证的技术称为生物识别技术，指纹识别是生物识别技术的一种。目前，从实用的角度看，指纹识别技术是优于其他生物识别技术的身份鉴别方法。这是因为指纹各不相同、终生基本不变的特点已经得到公认，近二三十年的警用指纹自动识别系统的研究和实践为保安指纹自动识别打下了良好的技术基础。特别是现有的指纹自动识别系统已达到操作方便、准确可靠、价格适中的阶段，是实用化的生物测定方法。在计算机系统中，指纹识别可以用于开机登录身份确认，远程网络数据库的访问权限及身份的确认，银行储蓄防冒领及通存通兑的加密方法，保险行业中投保人的身份确认，期货证券提款人的身份确认，医疗卫生系统中医疗保险人的身份确认等。如将指纹信息记录在特殊用途的卡上，通过现场比对，可以防止冒充等欺诈行为。例如：信用卡、医疗卡、会议卡、储蓄卡、驾驶证、准考证、护照防伪等。计算机指纹自动识别技术正在从科幻小说走入我们实际生活中，也许有一天，您不必随身携带那一串钥匙，只需手指一按，门就会打开；也不必记住那烦人的密码，利用指纹就可以提款、计算机登录。指纹特征分为总体特征和局部特征。在考虑局部特征的情况下，英国学者ERHerry认为，只要比对13个特征点重合，就可以确认为是同一个指纹。总体特征[3]是指那些人眼直接可以观察到的特征，包括：(1)纹形：主要包括环型、弓型、螺旋型，其它的指纹图案都是基于这三种基本图案的。依靠纹形来分辨指纹只是一个粗略的分类。(2)核心点：核心点是读取和比对指纹的参考点，位于指纹纹路的渐进中心核心点对于指纹识别算法很重要，许多算法是基于核心点的，能处理和识别具有核心点的指纹，但没有核心点的指纹有些算法仍然能够处理。(3)三角点：三角点可以是断点或者两条纹路会聚处、折转处，它提供了指纹纹路的计数跟踪的开始之处。(4)模式区：模式区是指包括了指纹总体特征的区域，即从模式区就能够分辨出指纹是哪一种类型。好的指纹识别算法不仅要能使用模式区的数据，而且能对模式区进行分析和识别。局部特征[4,5]是指指纹上的节点特征，这些具有某种特征的节点又称为特征点。具体地说，特征点是指指纹纹路上不连续的，出现中断、分叉或打折的点，这些分叉点和转折点提供了指纹唯一性的确认信息。两枚指纹经常会具有相同的总体特征，但它们的局部特征却不可能完全相同。特征点的分类有以下几种类型：①终结点：即一条纹路在此处终结②分叉点：即一条纹路在此分开成为两条或更多的纹路③分歧点：即两条平行的纹路在此分开④孤立点：即一条特别短的纹路，以至于成为一点⑤环点：即一条纹路分开后立即又合并成为一条，形成的小环称为环点⑥短纹：即一端较短但不至于成为一点的纹路⑦曲率：即描述纹路方向改变的速度⑧位置：即节点的位置通过(x,y)坐标来描述一幅指纹图像会有多个特征点，不同指纹和不同的提取算法都会得到不同数量的特征点，通常提取10个特征点就可以用来区别两个指纹。1.3指纹识别的基本流程指纹识别系统完成指纹识别一般分为四个过程[6]：(1)指纹图像生成通过指纹采集仪采集指纹并生成指纹图像，目前使用的指纹采集仪有光学敏感器、硅敏感器等。(2)指纹特征提取将指纹图像上的节点特征抽取出来转化为特征数据。(3)数据存储将指纹特征数据存储保存下来，这些数据一般被称为指纹模板。(4)对比通过对比算法，将采集到的指纹与储存的指纹模板进行对比，计算出匹配结果。确认某人是否与他所声称的身份相符合。指纹识别的基本流程如图1.1所示：图像预处理图像预处理特征提取特征匹配结果输出特征库图1.1指纹识别基本流程1.4指纹取像技术当前的指纹取像设备分成三大类：光学取像设备、晶体传感器和超声波扫描。光学取像设备是被应用最早的，它依据的是光的全反射原理[7]。光线照到压有指纹的玻璃表面，反射光线由CCD去获得，反射光的量依赖于压在玻璃表面指纹的脊和谷的深度以及皮肤与玻璃间的油脂和水分。光线经玻璃射到谷的地方后在玻璃与空气的界面发生全反射，光线被反射到CCD。射向脊的光线不发生全反射，而是被脊与玻璃的接触面吸收或者漫反射到别的地方，这样就在CCD上形成了指纹的图像。光学扫描有自己的优势，它可以在较大的外形做较大指纹取像区域。晶体传感器是指含有微型晶体的平面通过多种技术来绘制指纹图像，最常见的是电容传感器，它通过电子度量来捕捉指纹。在半导体金属阵列上能结合多个电容传感器，外面是绝缘层，当用户手指放上面时，接触的皮肤则组成了电容阵列的另一面。另一种晶体传感器是压感式的，其表面的顶层是具有弹性的压感介质材料，他们依照指纹的外表地形转化为相应的电子信号，其他的晶体传感器还有温度感应传感器等[8]。晶体传感器技术最重要的弱点在于，它们容易受到静电的影响，这使得晶体传感器有时会取不到图像，甚至会被损坏，另外，它们并不象玻璃一样耐磨损，从而影响了使用寿命。超声波扫描被认为是指纹取像技术中较好的一种。超声波首先扫描指纹的表面，接着接收设备获取了其反射信号，测量它的范围，得到脊的深度，这点很像光学扫描的激光[8]。另外，它积累在皮肤上的脏物等对超音速获得的图像影响不大，所以这样的图像是实际脊地形(凹凸)的真实反映，应用起来更为方便。各种技术都具有它们各自的优势，也有各自的缺点。1.5指纹的验证与识别相关应用系统利用指纹识别的技术可以分为两类，即验证和识别[9]。验证技术就是通过把一个现场采集到的指纹与一个己经登记的指纹进行一对一的比对来确认身份。作为验证的前提条件，有关的指纹必须在指纹库中已经注册。通常验证软件能从指纹上找到节点的数据点，即那些指纹纹路的分叉、终止或打圈处的坐标位置，计算出约300～490个字节数据，形成所谓的指纹模板。有的算法把节点和方向信息组合产生了更多的数据，这些方向信息表明了各节点间的关系，指纹以数据模板的压缩格式存贮，并与其姓名或其标识联系起来，然后比对现场，先验证其标识再利用系统的指纹与现场采集的指纹比对来证明其标识是合法的，这是应用系统中使用得较多的方法。而识别技术则是把现场采集到的指纹同指纹数据库中的指纹逐一对比，从中找出与现场指纹相匹配的指纹，这也叫“一对多”匹配。识别主要应用于犯罪指纹匹配的传统领域中，一个不明身份的人的指纹与指纹库中有犯罪记录的人指纹进行比对，来确定此人是否曾经有过犯罪记录。验证和识别在比对算法和系统设计上各具技术特点。验证系统一般只考虑对完整的指纹进行比对，而识别系统要考虑残纹的比对；验证系统对比对算法的速度要求不如识别系统高，但更强调易用性。除了验证和识别比对方法外，在实际中还有“一对几”匹配。它主要应用于只有几个用户的系统中，比如一个家庭的成员要进入他们的房子。一对几个匹配一般使用与一对一匹配相同的方法。2基于指纹识别技术的银行营业厅门禁系统的设计2.1门禁系统的硬件功能设计对于一般的指纹门禁系统来说，其实现的主要功能就是用手指开门。在用手指开门之前，指纹库中必须要有相应的指纹特征信息，所以就要有录入指纹这一项功能。为了实现对指纹库中指纹的灵活管理，就要有删除指纹这一项功能。若室内存有贵重物品，如果出现丢失等意外情况，那么需要可以查看开门记录，确定是谁在什么时候开过门。指纹门禁子系统主要利用指纹采集仪来完成客户指纹的采集、比对和验证。通过门禁系统管理软件实现了客户原始数据录入、授权、客户身份验证、数据的传输及处理、电控锁开闭锁的控制。系统的总体结构如图2.1所示：指纹采集仪指纹采集仪主控微机门禁控制器转换器门内开门按钮电控锁报警器图2.1系统总体结构框图该系统硬件部分主要有：计算机、指纹采集仪、门控制器及电锁、232/485转换器。计算机是整个系统的中枢，它存储和管理着所有使用者的信息，在需要的时候向门禁控制器发出开门信号，同时存储并管理门的出入纪录，可提供给管理者进行查询。门控制器主要接收微机发出的开门信号以及发送开锁信号。报警器用来接收从门禁控制器发出的报警信号，对非法开门进行报警。主控微机与门禁控制器系统之间的通讯是通过RS232/RS485转换装置完成的。本系统采用AT89C51单片机作为门禁控制电路的控制中心,其使用是单片机内部的4K程序存储器，这时EA/VPP信号线应该接低电平。单片机的复位电路分为上电复位和人工复位两种。本次设计采用上电复位，在RST端高电平信号保持两个机器周期以上时，就能保证单片机有效地复位。上电瞬间，电路电容通过电阻充电，RST引脚端出现正脉冲[10]。本系统的时钟电路采用内部振荡时钟电路，其由晶体振荡器和微调电容组成。该电路晶体频率12MHz，电容取30pf，振荡器具有较高的频率稳定性。石英晶体起振后，产生一个正弦波，使片内的OSC电路产生自激振荡[11]。该系统硬件设计的实现主要集中在指纹门禁系统的门禁控制部分。指纹门禁系统的前端是用于指纹采集的指纹仪，它通过USB接口与微机联接，可以快速的将用户的指纹采集到微机中进行存储和比对。利用它软件开发包中的指纹识别模块可以对它进行操作。门禁控制器是由AT89C51单片机系统组成，为了提高系统通信的可靠性和抗干扰性能，本系统采用RS485标准进行数据传输，PC机通过接口电路实现RS232到RS485的转换，经过485总线传输后通过接口电路将RS485标准信号转换成TTL信号供单片机串口接收[12]，从而实现PC机和门禁系统的电气物理连接。2.2门禁系统控制器的设计与实现门禁控制器是整个指纹门禁系统的中枢，它的主要功能是实现与主控PC机的通信以及报警和开门信号的输出。当用户身份验证合法后，门禁控制器接收从主控PC机发出的开门信号，收到后发出开锁信号。若用户身份验证不合法，接收从主控PC机发出的报警信号，其中单片机则发出信号驱动报警器报警。门禁控制器上设有出门按钮，当室内的人出门或出现紧急情况时按下此按钮即可开门。对于系统本身而言，它实现微机RS-232电平与单片机TTL电平的相互转换，从而实现两者间的通讯。2.2.1门禁系统控制器的结构概述门禁控制器[13]主要包括单片机最小系统，串口通信电路，输出控制部分室内开门钮，电源组成。其中输出控制部分又包括报警驱动电路、开锁驱动电路。其结构框图如图2.2所示。MAX232作为接口芯片用于实现微机串口的RS-232信号与AT89C51串行口的TTL信号的相互转换。电源部分包括DC+5V电路。图2.2门禁控制器结构框图2.2.2门禁控制器核心控制部件AT89C51是一种低功耗、高性能的8位单片机，它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器技术，片内带有一个4K字节的Flash可编程可擦除只读存储器，而且其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容[14]。因此AT89C51是一种功能强、灵活性高且价格合理的单片机，它可方便地应用在各种控制领域。我们将P3口的RXD（P3.0），TXD（P3.1）作为转换后的信号传输端，P2.3接报警电路，P2.4接执行电路。单片机I/O口的分配如图2.3所示：图2.3单片机I/O接口分配图2.2.3执行电路的实现单片机完成控制处理总是以数字信号形式通过I/O口或数据总线传送给控制对象，这些数字信号形态主要有开关量、数字量和频率量，这里我们选择开关量形态的数字信号通过I/O口送给控制对象。这些信号须经过功率放大才能用来驱动被控对象，并且在单片机和功率放大电路之间需使用电气隔离技术，用以去掉被控对象与输入输出通道之间的公共地线，实现彼此间的隔离以抑制干扰脉冲。电气隔离通常可分为继电器隔离和光电隔离两类，这里我们选用光电隔离器。光电隔离器[15]由发光二极管和光敏三级管组成，当在发光二极管两端加正向电压时，发光二极管被点亮，通过一定的作用使光敏管导通，产生高电平输出信号，反之，则产生低电平输出信号。该部分电路是用于控制电控锁开关的。2.2.4门禁控制器串行接口电路的实现在门禁控制器的设计中，由于开锁命令来自上位微机，故需要设计控制器和上位机间的通信硬件电路。在设计时，我们使用MAX232芯片实现TTL电平和上位机RS-232电平的转换，使用该芯片可使外围电路简单，且工作可靠。MAX232是一种双组驱动器/接收器，片内含有一个电容性电压发生器用以在单个电源供电时提供EIA/TIA-232-电平，每个接收器将EIA/TIA-232-E电平输入转换为5VTTL/CMOS电平。这些接收器具有l.3V的典型门限值及0.5V的典型迟滞，而且可以接收+/－30V的输入，每个驱动器将TTL/CMOS输入电平转换为EIA/TIA-232-E电平，工作温度范围为0℃至70℃。2.2.5报警电路的实现报警器的种类很多，比如扬声器，蜂鸣器等。蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，通过一个三极管来驱动，广泛应用于打印机、报警器、汽车电子设备、电话机等。蜂鸣器的结构原理[16]：(1)压电式蜂鸣器压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成，有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成，在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。

(2)电磁式蜂鸣器电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。在本设计中采用压电式蜂鸣器作为报警器，由单片机中的P2.3口完成报警。当报警时，该位置位，打开三极管接通电路，使发光二极管发光，蜂鸣器发出报警信号。在报警联动方面，采用与视频监控联动，实现视频图像的时时抓拍，当发生意外时，可实现双门死锁或双门同时打开的功能，并实现多种报警功能：强迫开门报警、胁迫开门报中心报警、开门超时报警、防拆（控制器非法开盖）报警、手动报警、红外线探测报警等。当报警事件发生时，触发事件由继电器输出，可用来控制警灯、警铃或者联动相应的摄像头动作，同时上传警情中心报警。联动功能：当发生消防报警时，联动输入门禁控制器，可以联动控制所有的门都处于开启状态，便于所有人员快速撤离、逃生（可设置打开或者关闭该功能）。紧急状态闭锁联动，当发生偷盗事件时，可以联动控制相应的门处于紧急关闭状态。与监控系统联动，当刷卡（按指纹）正常开门时，输出联动信号至闭路监控系统，进入画面图像的抓拍，当系统报警时，输出联动控制信号启动相应摄像头抓拍。3指纹识别门禁系统的软件设计3.1门禁系统的软件功能设计指纹门禁系统的管理软件主要完成了人员信息管理、通信、出入记录统计和查询三个功能[17]。人员信息管理部分处理所有系统使用者的信息，它包括人员基本信息、指纹信息的登记更改、删除和查询以及人员门禁权限的分配。通迅部分实现了计算机与门禁控制器之间开门信号及报警信号的传输。出入记录查询部分记录了使用人员的出入操作纪录并按照需要生成出入记录报表，以供管理员查询或打印。指纹门禁系统的工作流程图如图3.1所示：图3.1指纹门禁系统的工作流程图图3.1的伪代码如下：#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include<math.h>charID[10]//全局变量，ID号最大长度设为10voidmain(){voidID_input();//引用函数声明ID_identify();voidFingerprint_get(); Fingerprint_identify();voidstore_record();voidoutput_alarm();voidRead_clock();voidShow_time();while(1)//ID号与指纹验证，ID匹配成功后相关信息均存入历史记录{do//ID号无效则重新输入，否则程序继续进行{ID_input();ID_identify();}while(ID_matchingiswrong)Fingerprint_get(); Fingerprint_identify();//指纹验证if(fingerprint_matchingisright)//匹配则开门，否则输出报警信号{store_record();openthedoor;Read_clock();Show_time();}else{store_record();displaymatchingfailure;output_alarm();}}}voidID_input()//ID号获取{scanf("%s",ID)}ID_identify()//与管理员已经输入的ID号进行匹配，匹配成功则返回真，否则为假voidFingerprint_get()//获取指纹信息Fingerprint_identify()//与系统中相应ID号的指纹进行匹配，匹配成功则返回真，否则为假voidstore_record()//将访问者的ID号、访问时间等信息存入历史记录voidoutput_alarm()//输出报警信号voidRead_clock()//读时钟芯片voidShow_time()//显示时间根据系统功能来分，该系统软件主要由开/关门程序、录入指纹程序、删除指纹程序等几部分组成。根据程序功能模块要求来分，系统软件主要由以下几部分构成：与指纹识别模块通讯的程序模块、开门控制程序模块、关门控制程序模块，时钟模块。门禁控制器的控制程序采用的是标准的MCS-51汇编语言来编写的。整个程序分为：单片机串口接收主程序、串行口中断处理子程序以及外部中断子程序。3.2门禁控制器控制程序概述指纹门禁系统中单片机的通讯功能是：当用户指纹通过验证时上位机通过串口向单片机发出开门信号，当用户身份验证未通过时上位机则向单片机发送错误报警信号。此时，单片机只用判断从上位机发出的是何种信号就可以执行相对应的子程序。门禁控制器串口中断处理子程序设计是指当串行口接收到来自上位机的命令时，产生中断，在串行口中断处理子程序中读取命令，然后对接收的数据进行判断，最后根据判断结果输出控制信号。门禁控制器出门开锁功能的软件设计是指在室内需要打开门时，不需要通过指纹识别，而是直接通过室内开门按钮输入开锁命令，即产生一个单片机的外部中断信号，门禁控制器中的单片机通过响应中断来实现开锁。开门程序的任务主要是开门者是否有权开门，关门程序实际上是中断INTO程序的一个分支，它的任务是控制电机将锁杆伸出去，以达到关门上锁的目的。3.3门禁系统的程序设计系统主程序的任务主要是系统初始化、指纹识别模块、确定门状态、显示时间等，系统初始化就是设置TMOD寄存器来制定定时器/计数器的工作方式、设置寄存器来开放/屏蔽中断源、设置IP寄存器来设定中断源的优先级、给部分参数赋值。指纹识别模块就是发送测试命令，并判断模块是否能正常工作。因为本系统没有采用限位开关来测试门的状态，而是用测试电流的方法来测试锁杆是否到位，所以约定：门状态程序控制的锁杆状态是锁杆伸出状态，如果发现上电启动后，锁杆为缩回状态，安装人员就要将电机的两根线交换一下，主程序流程图如图3.2所示。录入指纹的任务就是将采集的指纹特征信息存到指纹库，对录入的指纹给出相应的ID号。在录入新指纹之前，先比对管理者的指纹，通过管理者授权后才能录入新指纹。对于一个新系统来说，指纹库里没有指纹特征信息，自然也没有管理者，所以，录入第一枚指纹时，不需要管理者指纹比对这个过程，录入的第一枚指纹系统将默认为管理者，ID号为01号，在录入时也不需要输入ID号。接着每录入一枚指纹，根据其ID号，修改EEPROM中的“占用/空闲ID号位”对应位的值，表示该ID号己经占用。删除指纹的任务根据实际需要可将这项操作分为分级删除和按ID号删除。按ID号删除就是管理者输入要删除指纹的ID号，确认后删除存储器中对应ID号的指纹特征信息。这项功能在日常的管理中常用，而分级删除适于存储有大量用户指纹信息，需要删除大部分指纹的情况。初始化初始化指纹识别模块确定门状态开始读时钟芯片唤醒后进入空闲状态显示时间正常工作？显示错误信息NY图3.2主程序流程图3.4门禁系统的抗干扰设计抗干扰设计的基本原则是：抑制干扰源、切断干扰传播路劲和提高敏感器件的抗干扰性能。1.抑制干扰源：抑制干扰源就是尽可能的减少产生干扰的元件、设备或者信号，这是抗干扰设计中最优秀考虑和最重要的原则。减少干扰源主要是通过在干扰源两端并联电容或在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。2.切断干扰传播路径：按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高频干扰噪声和有用信号的频带不同，可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播，有时也可加隔离光耦来解决。所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。一般的解决方法是增加干扰源于敏感器件的距离，用地线把它们隔离和在敏感器件上加蔽罩。3.提高敏感器件的抗干扰性能：提高敏感器件的抗干扰性能是指尽量减少敏感器件对于干扰噪声的拾取，以及从不正常状态尽快恢复的方法。3.4.1硬件抗干扰措施：本指纹门禁系统在印刷电路板设计过程中，从尺寸的选择、元器件的布置、地线布置、电源线布置以及去藕电容的配置等各方面均充分考虑系统可靠性的要求，采取了如下的抗干扰措施。1.抑制干扰源：(1)单片机、指纹识别模式等耗能较大芯片的电源端与接地端之间并接0.01μf的独石电容，以减少与电源间的耦合作用。(2)高频电容的布线，连线靠近电源端并尽量粗短。(3)底线尽量加粗，系统中地线一般使用30mil（1mil=0.0254mm），最粗达到了100mil。(4)布线时避免90度折线，减少高频噪声发射。2.切断干扰插传播路(1)电路合理分区，用地线把数字与模拟区隔离。(2)给单片机电源加SPY0029稳压器，给指纹识别模块和液晶显示模块加降压型开关稳压电源控制器AE2596，以减小电源噪声对系统的干扰。(3)晶振与SPCE061A单片机、实时时钟芯片DSL302引脚尽量靠近。(4)单片机和大功率器件(如继电器)的地线单独接地，以减少相互干扰。(5)大功率器件(如继电器)放在电路板边缘，与敏感元件(单片机)远离。3.提高敏感器件的抗干扰性能(1)SPCE061单片机自带硬件看门电路，它在计算机系统中是一个最忠实的可信赖的硬件，用来保证系统长久运行。SPCE061A单片机的看门电路的清除时间周期为0.75s，如果看门电路的计数在国定的时间间隔内被程序指令不断的清除而不产生溢出，表明程序运行正常。但若在规定的时间间隔里看门电路的计数未被清除而产生溢出，则表示程序运行正常，CPU自动使系统复位处理(相当于硬件复位)。(2)线路板上除SPACE061A、MAX232、DSL302等芯片考虑到更换外，其余元件均直接焊接，以减少由于接触不良造成的不可靠现象。软件件抗干扰措施：3.4.1软件件抗干扰措施：为提高系统软件可靠性，在系统软件开发过程中，采取了如下可靠措施。重复设置各种工作方式控制字单片机在运行过程中，如果受到较强的干扰，系统内各芯片的工作方式控制字极易受到破坏，使各输入/输出口失去原来定义的功能，导致系统不能正常工作，针对这种情况，在循环处理程序中定期地、有条件地对各种方式控制单元进行重复的初始化，这样方式控制字一旦被破坏，还可以及时得到修复。采用软件陷进法单片机最易受干扰的是内部程序计数器PC的值，在受到强电干扰时，PC的值会改变，使得CPU误将程序从正确位置跳到一些意义的区域内执行，导致程序运行跑飞。在程序模块间和程序之后增设由若干个空操作指令和1条吴条件跳转指令组成的陷阱。一旦程序跑飞跌落陷阱，便转入相应的失控处理程序，在进行了工作单元的初试化以及有关控制字的设定后，跳到正常的循环处理程序中，从而恢复程序的正确流程。结束语本文阐述了基于指纹识别技术的银行营业厅门禁系统，指纹识别门禁系统的设计方法，包括功能的设计、系统的硬件设计、系统的软件设计以及系统抗干扰措施。从功能上，具有授权录入指纹、按功号或按级删除指纹、记录最近10次开门记录(开门者的ID号和开门时间)并通过显示器显示出来。该系统的硬件主要由计算机、指纹采集仪、门控制器及电锁、232/485转换器等部分组成。软件设计主要完成了人员信息管理、出入记录查询和通讯三种功能。当然还有许多地方是有待改进的，利用互联网技术实现门禁系统的远程监控和管理将会进一步提高安全性，门禁系统的人机界面将中文输入设计进去，省去ID号对应使用者名字这样一个过程，使用起来将更加便捷。系统提示信息若用中英文显示，可以满足不同使用者的需求。考虑系统设计抗干扰设计原则，最后设计实现了印刷电路板并进行了系统测试，保证了系统的稳定工作。总之，本系统基本达到了预期目标功能，系统的运行可靠，操作简便，但该系统也存在一些不足，对该课题的研究可以从以下几个方面进行展开：利用互联网技术，实现门禁系统的远程监控和管理，比如主任远程授权开门，远程监控门的开关状态，这将使系统更加便捷。指纹门禁系统的人机界面必须进一步提高，将中文输入法设计进去，用使用者名字代替ID号，使用起来更加便捷，系统提示信息用中英文现实以满足不同使用者得需求这使得指纹门禁系统更加完善。参考文献[1]张铎.生物识别技术基础[M].武汉:武汉大学出版社,2009.[2]李晶皎,王爱侠,张广渊等译.模式识别[M].北京:电子工业出版社,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