基于指纹识别技术的智能小区门禁系统的设计

□ 李　壮　上海恒锐智能工程有限公司

□ 高慧超　辽宁冠林电子科技有限公司

基于指纹识别技术的智能小区门禁系统的设计

□ 李壮上海恒锐智能工程有限公司

□ 高慧超辽宁冠林电子科技有限公司

随着城市化发展和科技水平的提升，智能小区不断出现，在门禁系统方面基于指纹识别技术，实现了一种以CAN总线为基础的安全体系，解决传统门禁系统中经常出现的身份卡丢失或者泄密的问题，确保用户在成本不变的情况下享有功能更完善的门禁系统，同时提高产品的性价比。由于指纹本身的唯一性，指纹识别系统将会比传统门禁系统拥有更好的安全性。此系统在未来小区门禁系统方向上将会拥有大量的市场需求。

CAN总线，智能小区，门禁系统，指纹识别

1.指纹门禁系统主要构造

指纹门禁系统是基于现代计算机系统，在建筑的主要出入口安装电子指纹自动识别装置，通过比对事先存储在主机中的指纹库来对行人的出入进行允许、拒绝和记录等操作。另外可对建筑的考勤记录和门禁控制提供有效的管理，同时记录人员的进出，最大化实现对建筑的安全控制。智能小区门禁系统是基于弱电系统的一种安防系统，以一种现代化的安防系统，通过运用电子技术和计算机技术将安全管理系统和自动识别技术合为一体。而随着时代的发展，将在系统中加入生物识别技术。

现阶段，国际上使用的门禁系统主要集中在识别卡门禁系统和生物识别门禁系统。识别卡门禁系统即是将身份卡作为游客的权限标志，从而限定他们的活动范围。但这种系统和传统的钥匙一样有着易丢失，易复制和易泄漏的缺点。

相比之下，生物识别技术（例如本文讨论的指纹门禁系统）就拥有高稳定性和高安全性的特点。生物识别门禁系统的原理就是通过记录游客的身体特征从而代替传统的身份识别卡，并且指纹系统是其中最方便和廉价的方案。指纹作为人体的身体特征，拥有唯一性和随身性的特点，而指纹的复杂性也为系统的鉴别提供了良好的辨识度。

2.构成指纹门禁系统的主要设备

指纹门禁系统主体采用控制层和管理层两层结构。管理层的数据库与主机安装在小区的管理中心，而控制器则安装在各个出入口。通常门禁系统的控制器主要包含显示器，存储设备，备用电源，电控锁和智能芯片（例如AT89S52芯片）等。每个控制器都要确保通过CAN总线进行互相联系，并要有一定的灵活性以确保设备的维护和修理。系统主题采用分布式智能控制系统，即网络中任何节点出生故障对相邻节点和整个系统的正常工作不产生影响，从而加强系统的稳定性和安全性。

2.1管理层网络的构造组成

管理层的网络除了将小区所有控制层设备联接起来的功能外，还应确保与其他相关系统和人工系统建立联系。主机要拥有随时管理各个控制器的权限，同时还需建立数据库，存储每个住户的指纹信息并将其备份和加密，确保住户个人信息的安全和隐密性，同时将每栋楼的住户个人信息储存在相应的门禁系统进行控制，从而完成对整个指纹门禁系统进行管理和监控。

2.2控制层网络的主要构造

控制器网络支持灵活的拓扑结构，通过CAN总线，实施同步主机中的住户个人信息，并传输到各栋楼的门禁控制器中，最后分配每个用户的对应权限，在保证信息保密性和通信稳定性的情况下对住户的出入进行门禁管理。这种结构下的门禁系统拥有高安全性和灵活性的特点，用户的身份不会被替用，同时可以在不受影响的情况下进行局部的维修和改造。系统权限高度集中，避免了因权限冲突造成的麻烦。

3.门禁控制器的构造

3.1M-04指纹采集识别模组

M-04指纹采集识别模组由指纹采集仪和指纹处理版两方面构成。在指纹采集方面运用CMOS图像传感芯片准确的传递采集到的指纹信息，CMOS图像传感芯片是通过三棱镜的全反射进行准确取像。用户将手指安在光学指纹采集仪上，再由三棱镜将手指的纹路传递给指纹处理板，指纹处理版将得到的指纹信息进行锐化处理之后与数据库中的指纹进行比对，所有操作都在0.5秒的时间完成；在本系统中采用的是Biokey算法，此算法是一种快速、准确的1：1和1：N指纹识别算法，在使用

3.2显示器模块

本系统主要采用OCM12864液晶显示器，并配置128*64分辨率的显示装置，可以显示大多数的字符和一些简单的图形，同时可通过主机直接控制，拥有最多8位的标准数据总线

3.3后台模块

兼容MCS-51系统和51引脚结构，最大可存储256KB的随机数据，芯片内烧录了看门狗程序并且安装了时钟振荡器，可以满足小区门禁系统的所有工作需求。存储器模块采用了AT24C02数据存储模块，拥有32KB的容量，足以完成用户个人信息录入和录出的任务。同时该模块还能完美兼容AT89S52芯片的时钟振荡器工作。

同时引入WSQ算法，在进行大压缩比率的指纹图像压缩时，还原解压后的指纹图像细节特征点的定位和有关信息保存的较好，对随后将要进行的指纹识别影响较小。WSQ压缩比为1：20或1：15，即一个指纹图像可以压缩到6~10K，这个压缩比例采用这种算法是非常合适的。

4.门禁系统用例分析

在智能小区门禁系统的设计思路中，首先将全部相关人员的指纹信息记录在案，并根据不同的权限将其在数据库中分组。在进行门禁管理时，严格按照只有指纹验证通5.1喇叭嘴支座振动板改造

改为左右两块对称的宽板结构，振动簧板往复摆动，由于振动簧板较长，喇叭嘴的摆动行程虽有弧度，但近于直线，所以喇叭嘴装置实质上是一个四连杆摆动机构。喇叭嘴的运动基本呈直线往复运动，其往复行程是前后死点之间的距离。喇叭嘴的运动速度达到最大值时，其加速度为零，此时速度的传动比恒定，喇叭嘴每作一次往复直线运动，配合切刀切割出一支滤棒，左右振动板势力均匀运行时更加稳定，使用寿命大大延长。

5.2喇叭嘴和曲柄的连接方式改造

改造前2条窄板由M6螺钉固定在开螺牙的销轴上，改造后销轴采用连接块夹紧设计，避免曲柄的牵拉直接作用在销轴和螺钉上，振动板只作为支撑喇叭嘴支座的往复运动，没有受到牵拉作用力的影响，减少损坏的机率。如图1：

6.实施步骤

主要是：（1）将平衡块和曲柄颈装在曲柄盘上，把管支架和连杆柄相连接，插入销子，并用螺钉锁紧。（2）将定位件插销棒伸入测量嘴架内，并加以夹紧，把棒料导轨套在定位件的芯棒上，然后将测量嘴架与定位件一起装在机器上。（3）轻轻旋转棒料导管和测量嘴架上的螺钉，移动定位件，调整测量嘴架使定位件的芯棒不受防碍地伸入定位件的孔内。（4）拧紧棒料导管和测量嘴架的螺钉。从机上拆下定位件和插销棒将喇叭嘴装入管支架内，并加以夹紧。用板手转动箱体上的刀头轴，刀壳体转动，管支架往复运动，测出管支架的行程，先将管支架固定在行程的一半处。松开刀盘法兰的四个固定螺钉。转动刀壳体直到其中的一块刀片处在切割位置，即刀片处在后嘴管与喇叭嘴之间（M）处。重新拧紧螺钉，此时刀片必须平行地从后嘴管与喇叭嘴之间通过。

7.改进后效果

改进后的滤棒成型机经过6个月的运行，没有发生振动板断裂损坏故障，设备的有效作业率98%，刀头切割速度4000支/分钟，达到了预期的目的，进一步提高设备的生产能力，减少停机时间，维修和操作人员劳动降低劳动强度。每年可以节省大约2万元的备件损耗费用。

8.结束语

改进滤棒成型机的喇叭嘴振动板只是一项小小的技术改造，此项技术改造的成功使设备故障隐患得到了圆满的解决，提高了工作效率，达到了我们预期的目的。更重要的是提高了我们动手解决实际困难的能力 ，坚定了我们克服生产活动中各种困难的信心。

［1］沈阳沈飞民品工业有限公司烟草机械厂：《 ZL22滤棒成型机组机械说明书》.

［2］上海烟草机械厂：《KDF2过滤棒成型机使用说明书》

［3］王志坚，主编 .烟机设备修理技师培训教材（滤棒成型设备）［M］ ，2002.11

［4］陈刚，杨举銮.钳工［M］，中国劳动社会保障出版社，1996.10