摘要：智慧校園指的是以物聯(lián)網(wǎng)為基礎的智慧化校園工作、學習和生活的一體化環(huán)境，環(huán)境以各種應用服務系統(tǒng)為載體，將教學、科研、管理和校園生活進行充分融合。目前大部分高校的門禁仍采用人防或刷卡的方式進行管理，存在管理難度大、安全性差或容易丟失卡片造成盜刷的問題，設計一款基于指紋識別的門禁系統(tǒng)軟件，配合門禁裝置實現(xiàn)智能化管理，用戶可以通過指紋識別開啟門禁，并能自動記錄數(shù)據(jù)，方便、安全進出;同時提供門禁數(shù)據(jù)的存儲、查詢、導出功能，便于事后管理。

關鍵詞：智慧門禁;指紋識別;校園安全;二次開發(fā);SI4463無線模塊

中圖分類號：TP311.56 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）33-0088-03

開放科學（資源服務）標識碼（ OSID）：

1 引言

智慧校園是指以促進信息技術與教育教學融合、提高學與教的效果為目的，以物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)分析等新技術為核心技術，提供一種環(huán)境全面感知、智慧型、數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡化、協(xié)作型一體化的教學、科研、管理和生活服務，并能對教育教學、教育管理進行洞察和預測的智慧學習環(huán)境[1]。高校智慧校園建設成為繼數(shù)字化校園之后教育信息化發(fā)展的全新理念，智慧校園給高校教學、科研與管理、生活等方面帶來了極大的便利[2]。目前許多高校對外開放，一些社會不明人員隨意出入校園，安全就成了一個問題，包括學生的人身安全與財產(chǎn)安全，也包括學校的資產(chǎn)安全;尤其是疫情當下，更要關注相關人員的進出問題。

作為智慧校園建設中安全保障的第一道防線，門禁系統(tǒng)智能化發(fā)展也將成為一種必然趨勢。目前很多高校的實驗室出入管理、宿舍出入管理仍采取傳統(tǒng)的人防管理模式，需要人去識別和開關門，管理難度大、安全性差;或者采取刷卡的方式進出，但是卡片容易丟失，造成盜刷的問題[3]。本文設計一款基于指紋識別的智慧校園門禁系統(tǒng)，實現(xiàn)門禁系統(tǒng)的智能化管理。

2 系統(tǒng)設計

指紋識別技術是自動識別技術中生物計量識別中的一個分支，相比于同屬于自動識別技術的射頻識別技術，指紋識別技術更為安全、便捷。指紋是指手指的指肚上凹凸不平皮膚形成的紋線。這種凹凸不平產(chǎn)生于手指指紋皮膚發(fā)育階段，手指皮膚的表層較硬，皮下組織較軟，導致表層皮膚比皮下組織發(fā)育較慢，因此表層皮膚一直受到皮下組織的向上壓力，為了減輕這種壓力，表層皮膚開始收縮塌陷，變得彎曲打皺，最終形成終身不變的紋線[4]。由于指紋是發(fā)育中隨機產(chǎn)生的，所以每個人的指紋不一樣，并且將伴隨每個人一生，這種唯一性、穩(wěn)定性足夠為自動識別提供數(shù)據(jù)支持。

智慧門禁系統(tǒng)采用可編程指紋采集儀作為輸入、采集、驗證指紋，使用C#編程語言開發(fā)設計軟件，實現(xiàn)既能控制門禁的開啟，又能采集數(shù)據(jù)，處理、展示與導出。系統(tǒng)的架構(gòu)示意圖如圖1所示。

智慧門禁系統(tǒng)通過指紋采集器采集用戶的指紋，當指紋在數(shù)據(jù)庫中匹配成功時能夠成功開啟門禁并記錄相關數(shù)據(jù)，包括用戶姓名、時間;同時對門禁系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行處理與展示，方便管理者了解進出信息，制定相關政策進行管理。該系統(tǒng)的主要功能有：1）用戶通過指紋儀能夠進行指紋的采集與驗證;2）通過指紋儀能夠控制門禁裝置開啟與關閉;3）門禁數(shù)據(jù)的采集、處理、展示與導出。

3 硬件設計

智慧門禁系統(tǒng)的硬件部分主要由指紋儀、控制器、電門磁鎖、無線模塊等組成。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

用戶通過指紋儀輸入指紋，控制器得到指紋后進行處理、存儲、驗證，然后通過無線模塊發(fā)送命令數(shù)據(jù)至電磁門鎖控制門鎖動作;電磁門鎖同樣能夠發(fā)送數(shù)據(jù)到控制器，控制器得到電磁門鎖信息。

指紋儀采用中控研發(fā)的Live 20R指紋采集器，這是一款超薄、超小的指紋采集器，它采用業(yè)界領先光學設計，具有抗強光及有效識別假指紋等功能[5];控制器直接使用PC（個人電腦）進行軟件設計與運行，功能強大、性能穩(wěn)定;為了減少布線，提高簡潔性，系統(tǒng)采用SI4463無線模塊進行數(shù)據(jù)的傳輸。SI4463無線模塊是Silicon Lsbs推出的一款高性能低功耗ISM無線接收器，該芯片具有頻率范圍廣，接收靈敏度高，低功耗的特點[6]。

此外在電磁門鎖端，系統(tǒng)通過加裝一塊單片機、繼電器與無線模塊，使電磁門鎖成為一個聯(lián)網(wǎng)智能設備[7]，單片機可以接收數(shù)據(jù)控制繼電器模塊動作來控制門鎖，也能通過無線模塊反饋電磁門鎖的狀態(tài)到控制器端，達到一個智能門禁的效果。

4 軟件實現(xiàn)

智慧門禁系統(tǒng)的軟件部分主要包括指紋儀的采集驗證程序、控制器的數(shù)據(jù)處理程序以及電磁門鎖的終端控制程序。系統(tǒng)程序的主流程圖如圖3所示。

用戶通過指紋儀輸入指紋，控制器得到指紋數(shù)據(jù)后在數(shù)據(jù)庫中查詢是否存在此指紋信息;如果有，則返回該指紋的用戶信息，發(fā)送數(shù)據(jù)到電磁門鎖端開門，同時記錄本次的開門用戶和時間等相關信息至數(shù)據(jù)庫以供事后查詢。

本次設計基于指紋識別的智慧門禁系統(tǒng)，主要完成了用戶登錄、功能選擇、用戶添加、查詢、修改、刪除、設備狀態(tài)查詢、歷史數(shù)據(jù)查詢導出、當前工作狀態(tài)等功能。

4.1 指紋錄入

Live 20R指紋采集器提供了二次開發(fā)SDK（ Software Devel-opment Kit，軟件開發(fā)包），包括指紋采集器的初始化、獲取連接設備數(shù)、連接設備、采集指紋圖像等函數(shù)，部分函數(shù)介紹見表1。

用戶信息添加功能除了需要輸入用戶基本信息之外，還要采集指紋。為了保證采集的指紋數(shù)據(jù)一致，確保其準確性，這里設置了需要輸入3次指紋，根據(jù)頁面提示進行操作即可。指紋儀的初始化與采集指紋的部分代碼如下：

zkfp2.1nit0;//初始化設備

zkfp2.GetDeviceCount0;//獲取設備數(shù)量

zkfp2.OpenDevice（0）;//打開第一個設備

//采集指紋

zkfp2. AcquireFingerprint（mDevHandle， FPBuffer， CapTmp，ref cbCapTmp）;

//轉(zhuǎn)換成圖片

BitmapFormat. GetBitmap（FPBuffer， mfpWidth， mfpHeight，ref ms）;

軟件的用戶添加頁面實現(xiàn)如圖4所示。

4.2 指紋驗證管理

智慧門禁系統(tǒng)正常工作后，用戶通過指紋采集器輸入指紋，系統(tǒng)會在數(shù)據(jù)庫中查找是否存在該指紋對應的用戶信息;如果存在，則開啟門禁并在后臺頁面記錄該條門禁出入信息;如果不存在，則忽略這次指紋采集。

指紋采集驗證的流程圖如圖5所示，指紋管理門禁系統(tǒng)工作頁面實現(xiàn)如圖6所示。

4.3 歷史數(shù)據(jù)查詢

為了方便管理人員在事后可以查詢門禁出入相關信息，智慧門禁系統(tǒng)除了門禁功能之外，還提供歷史數(shù)據(jù)查詢功能。用戶可以按照姓名、設備名稱、時間段來查詢特定條件下的門禁信息。

頁面默認會顯示全部的門禁出人數(shù)據(jù)，用戶輸入條件后點擊查詢即可顯示查詢結(jié)果，支持模糊查詢。另外系統(tǒng)提供了導出功能，用戶可以點擊導出按鈕，將查詢的結(jié)果生成Excel文件進行導出，方便日常的文件操作。歷史數(shù)據(jù)查詢頁面的實現(xiàn)如圖7所示。

5 結(jié)論

智慧門禁系統(tǒng)設計實現(xiàn)完成后，管理員可以通過用戶名和密碼登錄系統(tǒng)。進入系統(tǒng)之后根據(jù)需求選擇相應功能;用戶添加，根據(jù)頁面提示輸入所需信息即可，指紋根據(jù)彈框提示需要輸入3次;用戶管理，可以對門禁用戶進行信息的查詢、修改和刪除，支持模糊查詢;設備狀態(tài)查詢，管理員可以查看當前聯(lián)網(wǎng)門禁設備的狀態(tài)信息，并能一鍵遠程控制門禁系統(tǒng)的開啟和關閉;歷史數(shù)據(jù)查詢，提供所有門禁的出入信息，可以按照姓名、設備、時間等參數(shù)查詢，另外提供數(shù)據(jù)導出功能;門禁系統(tǒng)日常工作，可以對輸入的指紋進行驗證判斷并記錄相關信息。系統(tǒng)經(jīng)過測試與試運行，功能穩(wěn)定，性能可靠。

項目采用指紋識別技術，增強了門禁出入的安全性;同時設計門禁系統(tǒng)管理軟件，為管理人員提供了查詢、導出功能，更是設計了遠程開啟/關閉設備功能，為門禁系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理、設備管理提供了極大的方便;另外設計了能夠?qū)崟r監(jiān)控設備當前工作狀態(tài)，便于系統(tǒng)維護。

高校智慧校園建設成為繼數(shù)字化校園之后教育信息化發(fā)展的全新理念，給高校教學、科研與管理、生活等方面帶來了極大的便利。由于許多高校對外開放，一些社會不明人員隨意出入校園，安全就成了一個問題。相對于傳統(tǒng)的人工管理或采用射頻識別技術，基于指紋識別的智慧門禁系統(tǒng)使用指紋對進出人員進行控制，在安全性上得到了提高，同時對門禁系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行處理與展示，方便管理者了解進出信息，制定相關政策便于管理。

參考文獻：

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[10]趙振濤，朱新雨，王俊修，等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能門禁在智慧社區(qū)的應用研究[J].警察技術，2019（6）：8-10.

【通聯(lián)編輯：梁書】

作者簡介：鄭定超，男，浙江溫州人，講師（軟件設計師），碩士，主要研究方向為計算機智能控制，軟件開發(fā)。