任金萍 王旬 王會(huì)方

[摘 要]違章作業(yè)或無(wú)證作業(yè)是造成起重機(jī)械事故的主要原因，利用指紋識(shí)別技術(shù)設(shè)計(jì)起重機(jī)械人員管理系統(tǒng)是一種有效的方法。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了具有指紋識(shí)別和無(wú)線通訊功能的識(shí)別終端，設(shè)計(jì)起重機(jī)作業(yè)人員身份認(rèn)證系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明：該系統(tǒng)能夠有效識(shí)別作業(yè)人員的身份，滿足了對(duì)人員進(jìn)行管理的要求，對(duì)降低起重機(jī)因人為原因造成的事故具有重要的意義。

[關(guān)鍵詞]指紋識(shí)別;無(wú)線通訊;作業(yè)管理

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.20.018

[中圖分類號(hào)]TP242.6 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1673-0194（2018）20-00-03

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，起重機(jī)械不僅在數(shù)量上不斷增加，而且正朝著高效化、大型化、智能化和復(fù)合化的方向發(fā)展。由于現(xiàn)場(chǎng)管理管理體制不夠健全，安全教育不夠，起重機(jī)事故層出不窮，帶來(lái)了嚴(yán)重的后果，由起重機(jī)械引起的事故占各產(chǎn)業(yè)部門(mén)事故總數(shù)的近30%。

違章作業(yè)或無(wú)證作業(yè)是造成起重機(jī)械事故的主要原因，起重機(jī)安全關(guān)系國(guó)計(jì)民生，事故危害性大。目前，所有起重機(jī)司機(jī)雖然都持證上崗，但是由于缺少有效的監(jiān)督和復(fù)核手段，在實(shí)際工作中普遍存在違規(guī)操作現(xiàn)象。考慮到指紋技術(shù)在身份識(shí)別中的可行性，本文基于指紋識(shí)別技術(shù)設(shè)計(jì)了起重機(jī)作業(yè)人員管理系統(tǒng)，通過(guò)指紋能夠識(shí)別起重機(jī)作業(yè)人員的身份，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠傳輸起重機(jī)的作業(yè)信息，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)能夠?qū)ζ鹬貦C(jī)作業(yè)記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、查詢及管理。

1? ? ?系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用了主從控制方式，以系統(tǒng)總控制端為主，作為管理終端，與多個(gè)作業(yè)終端相連。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。起重機(jī)操作人員通過(guò)指紋識(shí)別，將信息與終端信息進(jìn)行匹配，當(dāng)信息匹配成功時(shí)，方可進(jìn)行下一步操作，實(shí)現(xiàn)終端身份識(shí)別管理。所有的作業(yè)信息和操作信息均通過(guò)無(wú)線方式與管理終端進(jìn)行通訊，記錄所有的操作記錄和信息，還能對(duì)作業(yè)記錄進(jìn)行管理。管理終端還可以通過(guò)無(wú)線方式與識(shí)別終端進(jìn)行通訊，通過(guò)識(shí)別ID號(hào)，對(duì)識(shí)別終端進(jìn)行管理，以控制其工作狀態(tài)。

操作員的工作流程如圖2所示，操作員先進(jìn)行指紋識(shí)別，進(jìn)行指紋刷卡后，查詢本地指紋庫(kù)，匹配成功則進(jìn)入下一步，不成功則提示重新驗(yàn)證。成功后獲取并提示當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)，是鎖定狀態(tài)還是解鎖狀態(tài)，如果是鎖定狀態(tài)，則通知管理員進(jìn)行解鎖，才可以進(jìn)入下一步工作，如果處于解鎖狀態(tài)，則判斷操作員是否當(dāng)班，不當(dāng)班也不能進(jìn)行操作，當(dāng)班的操作員進(jìn)行電源啟動(dòng)作業(yè)和關(guān)閉電源作業(yè)。通過(guò)嚴(yán)格的流程控制提高操作人員管理的規(guī)范性，減少因人為原因造成的起重機(jī)安全事故，減少違章作業(yè)的現(xiàn)象。

2? ? ?系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

識(shí)別終端硬件采用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，硬件部分主要由指紋識(shí)別模塊、無(wú)線通訊模塊、主處理器模塊和起重機(jī)作業(yè)控制模塊組成。其中，指紋識(shí)別模塊主要設(shè)計(jì)了指紋識(shí)別系統(tǒng)，當(dāng)作業(yè)人員指紋識(shí)別通過(guò)后，方可進(jìn)行下一步工作。無(wú)線通訊模塊是將指紋識(shí)別結(jié)果和后續(xù)的作業(yè)記錄通過(guò)無(wú)線方式發(fā)送到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中。

主處理器模塊主要采用了ARM11內(nèi)核的三星處理器S2C6410，通過(guò)6410的4個(gè)串口分別實(shí)現(xiàn)無(wú)線通訊模塊、指紋識(shí)別模塊等控制。6410的串口設(shè)置主要分為以下幾步：①設(shè)置引腳工作模式;②設(shè)置數(shù)據(jù)格式（ULCON）;③設(shè)置工作模式（DMA、輪詢、中斷）;④設(shè)置波特率（UBRDIV）;⑤發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

指紋識(shí)別芯片采用了Synochip公司的AS601指紋芯片，該芯片是cordis5+32位處理器內(nèi)核家族成員之一，芯片內(nèi)置了128 k的SRAM，滿足了在片內(nèi)進(jìn)行指紋識(shí)別運(yùn)算的需求。具備豐富的對(duì)外接口，系統(tǒng)主要采用了UART接口，與6410的串口實(shí)現(xiàn)通信。通過(guò)該芯片，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了指紋錄入、指紋預(yù)處理、指紋識(shí)別算法、指紋搜索和指紋模板儲(chǔ)存等硬件功能。

起重機(jī)作業(yè)控制模塊通過(guò)通用“IO口+驅(qū)動(dòng)模塊”，輸出高低電平，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)啟?？刂?，確保在起重機(jī)作業(yè)人員的指紋識(shí)別通過(guò)的情況下，才能開(kāi)啟起重機(jī)，同時(shí)記錄起重機(jī)的作業(yè)記錄，并對(duì)作業(yè)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)管。

無(wú)線通訊模塊選取了SiliconLaboratoriesSI4432芯片，該芯片可以433M頻段中工作，該頻段目前處于免費(fèi)頻段。芯片發(fā)射功率較大，最大功率可以達(dá)到20 dBm（100 mW），接收的靈敏度也可以達(dá)到-121 dBm，發(fā)射功率大，接收靈敏度高，可以傳輸上千米的距離，適應(yīng)于起重機(jī)作業(yè)管理端和起重機(jī)識(shí)別終端的通訊。與NRF905、CC1101無(wú)線模塊相比，距離更遠(yuǎn)，性價(jià)比更好。需要無(wú)線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，由CPU傳輸，經(jīng)過(guò)Si4432的編碼處理后，以規(guī)定的格式發(fā)送給接收模塊，接收模塊經(jīng)過(guò)信號(hào)放大、信號(hào)解調(diào)以后進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離、高靈敏度和高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸，能夠通過(guò)ARMS2C6410的SPI接口對(duì)芯片進(jìn)行初始化配置、讀寫(xiě)配置、FIFO配置。硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

3? ? ?底層軟件設(shè)計(jì)

考慮到系統(tǒng)功能性及處理器的性能，系統(tǒng)移植了Windows CE系統(tǒng)，選用VS2005作為WinCE 6.0應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的工具。根據(jù)起重機(jī)作業(yè)管理和外設(shè)管理的需要，對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行裁剪和移植，考慮到需要觸摸屏、串口、IO口、存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘等功能需要，將LCD及觸摸屏驅(qū)動(dòng)、RS232驅(qū)動(dòng)、存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)等移植到設(shè)備驅(qū)動(dòng)層，并將RS232組件、FILE組件、DEVICE組件等納入組件層。將Win32API函數(shù)中的內(nèi)核、進(jìn)程管理、NET管理、COMMCTRL等函數(shù)保留在系統(tǒng)層，最終的應(yīng)用程序通過(guò)API函數(shù)訪問(wèn)各個(gè)組件，以實(shí)現(xiàn)最終應(yīng)用的各種功能。經(jīng)過(guò)開(kāi)發(fā)，在設(shè)備終端實(shí)現(xiàn)了指紋操作，指紋識(shí)別軟件如圖4所示。

4? ? ? 應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)應(yīng)用端采用B/S架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的相關(guān)設(shè)備管理、作業(yè)管理和記錄管理。應(yīng)用系統(tǒng)的軟件采用了.NET架構(gòu)，采用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)B/S架構(gòu)，系統(tǒng)共分為3層：第1層是用戶層，通過(guò)瀏覽器實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備和記錄的管理操作;第2層是業(yè)務(wù)層，根據(jù)起重機(jī)作業(yè)管理，設(shè)計(jì)系統(tǒng)各部件的對(duì)象模型，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)任務(wù)邏輯的調(diào)用和管理;第3層為數(shù)據(jù)層，根據(jù)任務(wù)管理中涉及的數(shù)據(jù)表單，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的架構(gòu)和數(shù)據(jù)表單的機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)記錄管理。系統(tǒng)在服務(wù)器端運(yùn)行Windows Server系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server;客戶端采用Windows XP系統(tǒng)、Internet Explorer瀏覽器。

為了便于管理，系統(tǒng)的作業(yè)記錄進(jìn)程在后臺(tái)始終處于打開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)有作業(yè)記錄發(fā)生時(shí)，自動(dòng)通過(guò)彈窗的形式，將作業(yè)記錄設(shè)計(jì)的人員、操作、地點(diǎn)等信息顯示出來(lái)。應(yīng)用系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)了多權(quán)限和多賬戶管理，權(quán)限和賬戶分一般工作人員、安全管理員和系統(tǒng)管理員。安全管理員可以查看系統(tǒng)的加鎖解鎖設(shè)備、作業(yè)記錄、違規(guī)記錄等。系統(tǒng)還具有設(shè)備管理、人員管理、報(bào)告管理等功能。

5? ? ? 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了起重機(jī)作業(yè)的識(shí)別管理系統(tǒng)，通過(guò)指紋識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)作業(yè)人員的身份管理，有利于加強(qiáng)起重機(jī)作業(yè)安全管理，減少違章作業(yè)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了終端硬件系統(tǒng)和后端應(yīng)用系統(tǒng)。終端硬件系統(tǒng)是基于ARM11的2410處理器，設(shè)計(jì)了指紋識(shí)別模塊、無(wú)線通訊模塊和作業(yè)管理模塊。后端應(yīng)用系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理、人員管理、作業(yè)記錄管理等功能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)有利于提高企業(yè)整體的信息管理水平，有利于減少違規(guī)作業(yè)，已經(jīng)在一些企業(yè)中得到應(yīng)用。

主要參考文獻(xiàn)

[1]徐彬，俞中建，劉恩頻.中美橋門(mén)式起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的比較研究[J].質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)化，2012（11）.

[2]于秀霞.指紋識(shí)別技術(shù)在身份認(rèn)證系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代情報(bào)，2005（5）.

[3]胡素峰，丁樹(shù)慶，馮月貴，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的起重機(jī)智能作業(yè)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)特種設(shè)備安全，2014（10）.