可视化门禁系统的研究与实现

吴胜益，贺伟强

（江西警察学院 安全管理系，江西 南昌 330103）

门禁系统，又称出入口控制系统，顾名思义就是对出入口通道进行管制的系统，在何处放行某些人，拒绝某些人，何时要发出警报，记忆出入的过程，已达到安全的目的，是门禁系统最基本的功能。

出入口门禁安全管理系统是新型现代化安全管理系统。最近几年随着感应卡技术、生物识别技术的发展，门禁系统得到了飞跃式的发展。它集微机自动识别技术和现代安全管理措施为一体，涉及电子、机械、光学、计算机技术、通讯技术、生物技术等诸多技术。它是解决重要部门出入口实现安全防范管理的有效措施，适合各种机要部门，如银行、宾馆、机房、军械库、机要室、办公间、智能化小区、工厂等。在数字技术网络化的今天，门禁系统早已超出了单纯的门道及钥匙管理，已经逐渐发展成为一套完整的出入管理系统。它在工作环境安全、人事考勤管理等行政管理工作中发挥着巨大的作用。在该系统的基础上，增加相应的辅助设备可以进行电梯控制、车辆进出管理、物业消防监控、保安巡检管理、消费收费管理等，真正实现了区域内一卡通智能管理。

1 本系统的设计原则

文中利用红外热感技术与普通门禁相结合配合LED数码管的使用，设计了红外热感指纹可视化门禁系统。

1）系统的实用性。门禁系统的内容应符合实际需要，不能华而不实。本系统的实用性是首先应遵循的第一原则。同时，本系统的前端产品和系统软件均有良好的可学习性和可操作性。特别是操作性，使具备电脑初级操作水平的管理人员，通过简单的培训就能掌握系统的操作要领，达到能完成值班任务的操作水平。

2）系统的稳定性。门禁系统是一项不间断长期工作的系统，并且和我们的正常生活和工作息息相关，所以系统的稳定性显得尤为重要。

3）系统的安全性。门禁系统中的所有设备及配件在性能安全可靠运转的同时，还应符合中国或国际有关的安全标准，并可在非理想环境下有效工作。强大的实时监控功能和联动功能，充分保证使用者环境的安全性。

4）系统可扩展性。门禁系统的技术在不断更新，用户需求也在发生变化，因此门禁系统的设计与实施应考虑到将来可扩展的实际需要，即可灵活增减或更新各个子系统，满足不同时期的需要，保持长时间领先地位。本系统设计时，对需要实现的功能进行了合理配置，并且这种配置在工程完成后可以设置和改变。系统软件可以根据不同历史时期的市场需求进行相应的升级和完善。同时，可以扩展为考勤系统、会议签到系统、巡逻管理系统，就餐管理系统等一卡通工程。

5）系统易维护性。门禁系统在运行过程中的维护应尽量做到简单易行。系统的运转要真正做到通电即可工作和运行的程度。而且维护过程中无需使用过多专用的维护工具。从计算机的配置到系统的配置，前端设备的配置都要充分仔细地考虑了系统的可靠性，并实施相应的认证。做到系统故障率最低的同时，也要考虑到即使因为意想不到的原因发生问题时，也能保证数据的方便保存和快速恢复，并且保证紧急时能迅速地打开通道。整个系统的维护是在线式的，不会因为部分设备的维护而停止所有设备的正常运作。

2 本系统设计原理

当有人走近本系统时，系统利用红外技术感应到人体红外辐射，系统自动触发并做相应动，并可以通过互联网推送来访者信息，让住户及时联系对方；当人体离开一段时间后系统自动关闭；本系统主要是利用红外热感技术和光感技术来完成采集前端信息。

图1 系统原理图Fig.1 The system principle diagram

2.1 红外热感技术

系统组成：由透镜，感光元件，感光电路，机械部分和机械控制部分组成。其工作原理：通过控制部分和机械部分，带动红外感应部分做微小的左右或圆周运动，移动位置，使感应器和人体之间能形成相对的移动，当人体发射的红外线被红外热感器接收，红外热感器会产生相应的电动势，根据产生电压的大小是否达到设定的阈值来确定系统工作状态。

研究对象：红外热传感灯

研究结果（效果）：

1）当光线比较强，比如白天，感光元件将实时光线信号值给控制电路，控制电路根据信号值，将会锁定LED人体感应开关，整灯处于睡眠状态，在LED人体感应灯的感应范围内，红外热感应装置停止工作，就算有人在其范围内活动，灯也不会亮，不会有耗电情况。

图2 红外热传器感结构图Fig.2 The infrared sensor structure

2）当人体进入灯的感应范围，灯就会自动点亮，并且在20 s后自动熄灭，实用方便，节能环保。

2.2 指纹锁

严格来讲，指纹锁是电子锁的一种。只不过因为是基于指纹识别技术，抛弃了以前电子锁的“密码”和“智能卡”，使用人体与生俱来的生物特征---指纹，因此而达到了科技与人性之完美统一。指纹锁在满足人们对安全诉求的同时，使人们远离“记忆密码的烦恼”和“携带卡片又怕丢”的担心，真正的能够做到了“既安全又便捷”。因而我们这套系统考虑到用户的安全和方便采用比较高端的指纹锁。

实现这种“既安全又便捷”的指纹锁，在产品总体设计上我做了以下几个方面的考虑。

2.2.1 核心技术

指纹锁的核心控制模块是以SIB8132为核心设计的控制板。图3两图分别是指纹控制板上的正面和背面。SIB8132是一个类似ARM7的32位高性能处理器。工作电压3.3V，内核工作电压2.5 V，最大工作电流75 mA。256 K的RAM、ROM使得编写一个集密码、遥控、指纹三者于一体的应用程序绰绰有余。大小有14×14 mm及10×10 mm两种。100个PIN引脚包含了3组UART、32位GPIO、主副I2C、8位并口、SPI等丰富的接口。这些接口便于处理器与更多的外设连接，从而能够实现功能更为强大的指纹锁系统。因此对于目前市场上“多板拼接”的指纹锁具方案，SIB8132具有更大的竞争优势。采用SIB8132处理器，真正可以做到“单板单芯”的控制模块。

图3 指纹锁模块结构图Fig.3 The structure of Fingerprint lock module

图4 是指纹锁方案框图。从图中可以看出，内置指纹识别功能的锁具控制模块即为SIB8132。它是整个指纹锁的核心。SIB8132是32位低功耗专用处理器，内置256 K的ROM、RAM，以及 256 K FLASH Memory，最大可以存储 1000枚指纹数据。整个指纹的比对处理在片内完成，250枚以内1：N比对，1秒内输出结果。围绕SIB8132的是指纹锁的输入输出模块。这些模块包括电源模块、指纹采集头、键盘、蜂鸣器、以及锁具驱动设备。LCD/LED显示设备、通

讯接口和调试接口是可选模块。

图4 指纹锁方案框图Fig.4 The Block diagram of Fingerprint lock

2.2.2 指纹采集设备采用光学指纹采集头

指纹采集设备是除了核心控制模块外的最为重要的外设。它的性能优劣关乎整个指纹锁的质量。指纹采集设备是使用者接触最多的部件，是指纹数据生成的源头。正因为它被接触最多最频繁，所以在选型时，耐用性和易用性是最先考虑因素。耐用性考量表现在手指接触时的防静电能力、耐磨耐腐蚀性。在耐用性方面采用光学指纹采集头，易用性方面采用按压式即面状指纹采集器使用简单，手指一按即可采集指纹。按压式的大小一般是15～25mm。

2.2.3 指纹锁系统软件设计

软件设计分为两个部分，指纹管理部分和密码管理部分。在系统运行后单片机开始工作，检测用户的指纹或密码输入，同时还要满足用户对于指纹，密码的管理。软件设计采用的是编程语言。 当用户使用时，首先开启电源，整个系统开始上电工作。单片机首先检测电源电压是否正常，如果电压过低，则向用户报警更换电池。如果电压正常单片机则等待指纹模块初始化完成，而后指示用户将手指放在取指仪上，对采集的指纹图像进行搜索匹配。如果匹配成功，则给执行机构供电，电机正转，将锁打开，然后延迟一段时间，以保证用户有充裕的时间开门后又将门关上。最后电机反转，将门重新上锁，通过功能设置可以采取指纹认证和指纹+密码工作方式，其中用户设置的密码经加密后存在E2PROM中。另外在规定时间内，如果没有接收到用户的命令，则系统强制断电退出；如果在命令期间没有让指纹模块工作，则可以让其强制进入睡眠状态，系统处于低功耗状态。一旦用户有了输入，系统便退出低功耗状态，进入正常执行状态，控制软件判断用户的需求，执行相应的功能。具体过程详见图5。

3 结束语

图5 系统控制方框图Fig.5 The System control block diagram

门禁系统是安防领域的基础平台，随着门禁系统的普及以及门禁应用领域的不断扩展，门禁系统将不单单局限于传统的安防系统，基于不同行业的应用需求，将会出现门禁系统与先进技术的整合，通过热感进行报警和控制；门禁系统与办公自动化的整合等。可视化红外热感门禁系统的设计将有效利用现代科技手段加强社会管理，通过该技术设计的推广，将有助于加强安全防范质量，有效的降低发案率，提高公众安全感指数，提升政府服务形象。随着热感技术、计算机、通讯等技术的不断发展，可视化门禁系统将会越佳的完善，市场前景越来越广阔。

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