可視化門禁系統的研究與實現

吳勝益，賀偉強

（江西警察學院 安全管理系，江西 南昌 330103）

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

出入口門禁安全管理系統是新型現代化安全管理系統。最近幾年隨著感應卡技術、生物識別技術的發展，門禁系統得到了飛躍式的發展。它集微機自動識別技術和現代安全管理措施為一體，涉及電子、機械、光學、計算機技術、通訊技術、生物技術等諸多技術。它是解決重要部門出入口實現安全防范管理的有效措施，適合各種機要部門，如銀行、賓館、機房、軍械庫、機要室、辦公間、智能化小區、工廠等。在數字技術網絡化的今天，門禁系統早已超出了單純的門道及鑰匙管理，已經逐漸發展成為一套完整的出入管理系統。它在工作環境安全、人事考勤管理等行政管理工作中發揮著巨大的作用。在該系統的基礎上，增加相應的輔助設備可以進行電梯控制、車輛進出管理、物業消防監控、保安巡檢管理、消費收費管理等，真正實現了區域內一卡通智能管理。

1 本系統的設計原則

文中利用紅外熱感技術與普通門禁相結合配合LED數碼管的使用，設計了紅外熱感指紋可視化門禁系統。

1）系統的實用性。門禁系統的內容應符合實際需要，不能華而不實。本系統的實用性是首先應遵循的第一原則。同時，本系統的前端產品和系統軟件均有良好的可學習性和可操作性。特別是操作性，使具備電腦初級操作水平的管理人員，通過簡單的培訓就能掌握系統的操作要領，達到能完成值班任務的操作水平。

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

3）系統的安全性。門禁系統中的所有設備及配件在性能安全可靠運轉的同時，還應符合中國或國際有關的安全標準，并可在非理想環境下有效工作。強大的實時監控功能和聯動功能，充分保證使用者環境的安全性。

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

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

2 本系統設計原理

當有人走近本系統時，系統利用紅外技術感應到人體紅外輻射，系統自動觸發并做相應動，并可以通過互聯網推送來訪者信息，讓住戶及時聯系對方；當人體離開一段時間后系統自動關閉；本系統主要是利用紅外熱感技術和光感技術來完成采集前端信息。

圖1 系統原理圖Fig.1 The system principle diagram

2.1 紅外熱感技術

系統組成：由透鏡，感光元件，感光電路，機械部分和機械控制部分組成。其工作原理：通過控制部分和機械部分，帶動紅外感應部分做微小的左右或圓周運動，移動位置，使感應器和人體之間能形成相對的移動，當人體發射的紅外線被紅外熱感器接收，紅外熱感器會產生相應的電動勢，根據產生電壓的大小是否達到設定的閾值來確定系統工作狀態。

研究對象：紅外熱傳感燈

研究結果（效果）：

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

圖2 紅外熱傳器感結構圖Fig.2 The infrared sensor structure

2）當人體進入燈的感應范圍，燈就會自動點亮，并且在20 s后自動熄滅，實用方便，節能環保。

2.2 指紋鎖

嚴格來講，指紋鎖是電子鎖的一種。只不過因為是基于指紋識別技術，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，因此而達到了科技與人性之完美統一。指紋鎖在滿足人們對安全訴求的同時，使人們遠離“記憶密碼的煩惱”和“攜帶卡片又怕丟”的擔心，真正的能夠做到了“既安全又便捷”。因而我們這套系統考慮到用戶的安全和方便采用比較高端的指紋鎖。

實現這種“既安全又便捷”的指紋鎖，在產品總體設計上我做了以下幾個方面的考慮。

2.2.1 核心技術

指紋鎖的核心控制模塊是以SIB8132為核心設計的控制板。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連接，從而能夠實現功能更為強大的指紋鎖系統。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 指紋鎖模塊結構圖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，內置256 K的ROM、RAM，以及 256 K FLASH Memory，最大可以存儲 1000枚指紋數據。整個指紋的比對處理在片內完成，250枚以內1：N比對，1秒內輸出結果。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、以及鎖具驅動設備。LCD/LED顯示設備、通

訊接口和調試接口是可選模塊。

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

2.2.2 指紋采集設備采用光學指紋采集頭

指紋采集設備是除了核心控制模塊外的最為重要的外設。它的性能優劣關乎整個指紋鎖的質量。指紋采集設備是使用者接觸最多的部件，是指紋數據生成的源頭。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 指紋鎖系統軟件設計

軟件設計分為兩個部分，指紋管理部分和密碼管理部分。在系統運行后單片機開始工作，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。軟件設計采用的是編程語言。 當用戶使用時，首先開啟電源，整個系統開始上電工作。單片機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行搜索匹配。如果匹配成功，則給執行機構供電，電機正轉，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上。最后電機反轉，將門重新上鎖，通過功能設置可以采取指紋認證和指紋+密碼工作方式，其中用戶設置的密碼經加密后存在E2PROM中。另外在規定時間內，如果沒有接收到用戶的命令，則系統強制斷電退出；如果在命令期間沒有讓指紋模塊工作，則可以讓其強制進入睡眠狀態，系統處于低功耗狀態。一旦用戶有了輸入，系統便退出低功耗狀態，進入正常執行狀態，控制軟件判斷用戶的需求，執行相應的功能。具體過程詳見圖5。

3 結束語

圖5 系統控制方框圖Fig.5 The System control block diagram

門禁系統是安防領域的基礎平臺，隨著門禁系統的普及以及門禁應用領域的不斷擴展，門禁系統將不單單局限于傳統的安防系統，基于不同行業的應用需求，將會出現門禁系統與先進技術的整合，通過熱感進行報警和控制；門禁系統與辦公自動化的整合等。可視化紅外熱感門禁系統的設計將有效利用現代科技手段加強社會管理，通過該技術設計的推廣，將有助于加強安全防范質量，有效的降低發案率，提高公眾安全感指數，提升政府服務形象。隨著熱感技術、計算機、通訊等技術的不斷發展，可視化門禁系統將會越佳的完善，市場前景越來越廣闊。

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