基于4G移動數據傳輸的生物識別系統設計

亓相濤 袁崇亮 武漢商學院 信息工程學院 湖北武漢 430056

【關鍵字】：智能考勤 生物識別 分散度 無限傳輸

一、系統總體設計

智能考勤系統共分為二級用戶管理模式：用戶模式和管理員模式。在使用該智能考勤設備時，首先管理員要進行信息錄入以及考勤時間節點等設置，管理員通過指紋、攝像頭、RFID模塊對各員工的指紋、圖像等信息進行錄入，然后上傳到后臺云服務器中的數據庫中作為特征數據。最后依據公司上班時間進行考勤時間節點設置。設置完成后，考勤設備用戶才可以使用。

用戶使用時，設備會自動連接服務器，然后用戶只需要根據指令來完成指紋、圖像信息的比對即可完成考勤打卡，考勤完成后，相應的時間、位置、指紋、圖像等信息隨即會被記錄保存下來，作為用戶的考勤記錄，考勤記錄只有在管理員模式下才可以瀏覽下載，用戶不可以瀏覽下載。同時在管理員模式下，管理員還可以在后臺系統進行設置，考勤記錄可定期以Excel表格形式發送到管理員指定郵箱中。

在使用門禁功能時，管理員首先要與智能門鎖連接好，然后再在系統后臺中開啟門禁功能開關，最后在后臺設置好門禁開啟方式，例如：指紋開啟、人臉識別開啟、RFID卡開啟以及組合開啟等等。設置好后，管理員跟用戶都一樣，只需要刷指紋、刷臉或者刷卡就可以開啟門禁，使用門禁功能。

二、系統硬件結構設計

本文設計的生物識別考勤系統硬件主要由四部分組成：控制器模塊、指紋錄入模塊、攝像頭錄入模塊、射頻識別模塊。

（一）STM32F105RBT6控制模塊

STM32F105RBT6采用了Cortex?-M3內核，CPU最高速度達72 MHz，包含5個驅動部件(CPU的DCode、系統總線、以太網DMA、DMA1總線和DMA2總線)和3個從部件(閃存存儲器接口(FLITF)、SRAM和AHB2APB橋)，具有以太網MAC、CAN和 USB 2.0 OTG。

STM32系列的微處理器具有64KB~256KB片上Flash存儲器以及64KB的SRAM和14個通信接口，由于該互聯型芯片具有低功耗、全靜態、低成本、高性能的特點，特別適合于像本文系統中所設計的這種小型終端設備的應用。

（二）指紋模塊

指紋模塊是我們整個智能考勤系統硬件部分的重要組成部分之一，是整個考勤系統的硬件基礎，在整個考勤系統中起到重要作用。在本文所設計智能考勤系統中，它主要負責指紋數據的采集、錄入。本文所設計考勤系統中所使用的指紋模塊為AS608。

（三）攝像頭模塊

攝像頭模塊是我們整個智能考勤系統硬件部分的重要組成部分之一，是整個考勤系統的硬件基礎，在整個考勤系統中具有重要作用。在本文所設計智能考勤系統中，它主要負責人臉信息的采集、錄入。本文所設計考勤系統中所使用的攝像頭模塊為OV7725。

（四）RFID射頻識別模塊

射頻識別技術,是一種雙向無線傳輸技術，其原理是利用無線射頻方式在閱讀器和標簽之間進行非接觸雙向數據傳輸,以達到目標識別和數據交換目的。目前射頻識別技術已經趨于成熟，在社會各個場景當中幾乎都有應用，應用廣泛。特別是在考勤設備、門禁系統當中，尤為廣泛。在本文所設計智能考勤系統中，它主要負責身份信息驗證、門禁功能的開啟。本文所設計考勤系統中所使用的攝像頭模為PN532 NFC RFID V3。

圖2-1 硬件設計模塊選型

三、系統流程設計

系統軟件端模塊界面設計

系統軟件考勤流程由開機起始到首頁，打開主界面選擇控制功能，主界面的功能有：網絡設置、智能考勤、數據錄入、信息查詢、門禁系統、基本信息，如圖3-1所示。

圖3-1 系統功能界面

智能考勤功能為服務器連接成功后進入該界面，指紋考勤成功后自動跳轉回開始考勤界面，等待下一名員工考勤；圖像考勤成功后自動跳轉回開始考勤界面，等待下一名員工考勤；身份證考勤成功后自動跳轉回開始考勤界面，等待下一名員工考勤。

數據錄入功能為服務器連接成功后進入該界面，指紋、圖像以及身份證信息錄入成功后，系統會自動跳轉回基本信息菜單，以等待進行下一個員工信息的錄入。注意：信息錄入有三種方式：指紋、指紋加圖像、指紋加圖像加身份證信息。該設置由管理員在后臺系統進行設置。

門禁控制功能為服務器連接成功后進入該界面，門開后自動跳轉回菜單界面；門開后自動跳轉回菜單界面。門禁系統解鎖后，系統會自動跳轉回主菜單界面。其中值得注意的是，門禁控制方式有三種：指紋、人臉識別以及身份證。該設置由管理員在后臺系統進行設置。

四、系統通信網絡設計

本文所設計智能考勤系統硬件端主要采4G網絡通訊和WiFi無線通訊，因考慮到系統的可擴展性和可維護性。目前，本文所設計的智能考勤系統暫時只支持TCP、HTTP和UDP三種通信協議。

本文系統中的終端設備主要利用的是4G網絡通訊來進行信息交流，WiFi網絡技術作為備用通信網絡。其中4G通訊與WiFi無線網絡通訊可以隨時切換，這樣的設計保證了通信的穩定性，同時也解決了有線、無線網絡環境的局限性，使該考勤系統應用性更加廣泛。

（一）4G通訊模塊

本文所設計智能考勤系統，關于4G通訊系統模塊，我們采用的是移遠的SC20模組。它是一款多網絡制式的模組。在sc20模組中，它支持LTE FDD最大150Mbps下行和50Mbps上行數據傳輸，搭載安卓操作系統。同時還兼容了EDGE和GSM/GPRS網絡；支持IEEE 802.11無線傳輸協議和BT4.1 LE藍牙技術；支持GPS、GLONASS以及BeiDou 等多種定位系統，定位準確，不受限制。同時還支持多輸入、輸出技術（MIMO），從而降低誤碼率，改善通信質量。

SC20采用小巧外形的的工業化設計標準，各網絡制式的全面覆蓋，集成安卓功能、WIFI、藍牙以及GNSS于一體，幾乎可以滿足任何工業化的需求，尤其是對小型工業設備。

（二）WiFi無線網絡技術

在本文所設計系統中，我們采用的是一種價格低廉、抗干擾能力強、傳輸速率快，基于IEEE 802.11標準的無線網絡技術。

五、結論

在本文所設計智能考勤系統中，功能上可以實現指紋識別，射頻卡識別，面部信息特征識別，系統設計的多用途一體考勤機極大解決了企業各種不同環境、不同用途的考勤管理問題，同時也滿足了市場上的多樣化需求。在系統的硬件設計上使用4G無限傳輸功能內置的處理器，可以實現數據的快速服務器上傳；系統在軟件功能上將人臉識別與指紋識別相互配合，提高了對人員的識別度。經測試，在環境復雜惡劣的應用中系統的健壯性表現優異，填補了偏遠地區、高溫高濕度環境下考勤的應用。