基于4G移动数据传输的生物识别系统设计

亓相涛 袁崇亮 武汉商学院 信息工程学院 湖北武汉 430056

【关键字】：智能考勤 生物识别 分散度 无限传输

一、系统总体设计

智能考勤系统共分为二级用户管理模式：用户模式和管理员模式。在使用该智能考勤设备时，首先管理员要进行信息录入以及考勤时间节点等设置，管理员通过指纹、摄像头、RFID模块对各员工的指纹、图像等信息进行录入，然后上传到后台云服务器中的数据库中作为特征数据。最后依据公司上班时间进行考勤时间节点设置。设置完成后，考勤设备用户才可以使用。

用户使用时，设备会自动连接服务器，然后用户只需要根据指令来完成指纹、图像信息的比对即可完成考勤打卡，考勤完成后，相应的时间、位置、指纹、图像等信息随即会被记录保存下来，作为用户的考勤记录，考勤记录只有在管理员模式下才可以浏览下载，用户不可以浏览下载。同时在管理员模式下，管理员还可以在后台系统进行设置，考勤记录可定期以Excel表格形式发送到管理员指定邮箱中。

在使用门禁功能时，管理员首先要与智能门锁连接好，然后再在系统后台中开启门禁功能开关，最后在后台设置好门禁开启方式，例如：指纹开启、人脸识别开启、RFID卡开启以及组合开启等等。设置好后，管理员跟用户都一样，只需要刷指纹、刷脸或者刷卡就可以开启门禁，使用门禁功能。

二、系统硬件结构设计

本文设计的生物识别考勤系统硬件主要由四部分组成：控制器模块、指纹录入模块、摄像头录入模块、射频识别模块。

（一）STM32F105RBT6控制模块

STM32F105RBT6采用了Cortex™-M3内核，CPU最高速度达72 MHz，包含5个驱动部件(CPU的DCode、系统总线、以太网DMA、DMA1总线和DMA2总线)和3个从部件(闪存存储器接口(FLITF)、SRAM和AHB2APB桥)，具有以太网MAC、CAN和 USB 2.0 OTG。

STM32系列的微处理器具有64KB~256KB片上Flash存储器以及64KB的SRAM和14个通信接口，由于该互联型芯片具有低功耗、全静态、低成本、高性能的特点，特别适合于像本文系统中所设计的这种小型终端设备的应用。

（二）指纹模块

指纹模块是我们整个智能考勤系统硬件部分的重要组成部分之一，是整个考勤系统的硬件基础，在整个考勤系统中起到重要作用。在本文所设计智能考勤系统中，它主要负责指纹数据的采集、录入。本文所设计考勤系统中所使用的指纹模块为AS608。

（三）摄像头模块

摄像头模块是我们整个智能考勤系统硬件部分的重要组成部分之一，是整个考勤系统的硬件基础，在整个考勤系统中具有重要作用。在本文所设计智能考勤系统中，它主要负责人脸信息的采集、录入。本文所设计考勤系统中所使用的摄像头模块为OV7725。

（四）RFID射频识别模块

射频识别技术,是一种双向无线传输技术，其原理是利用无线射频方式在阅读器和标签之间进行非接触双向数据传输,以达到目标识别和数据交换目的。目前射频识别技术已经趋于成熟，在社会各个场景当中几乎都有应用，应用广泛。特别是在考勤设备、门禁系统当中，尤为广泛。在本文所设计智能考勤系统中，它主要负责身份信息验证、门禁功能的开启。本文所设计考勤系统中所使用的摄像头模为PN532 NFC RFID V3。

图2-1 硬件设计模块选型

三、系统流程设计

系统软件端模块界面设计

系统软件考勤流程由开机起始到首页，打开主界面选择控制功能，主界面的功能有：网络设置、智能考勤、数据录入、信息查询、门禁系统、基本信息，如图3-1所示。

图3-1 系统功能界面

智能考勤功能为服务器连接成功后进入该界面，指纹考勤成功后自动跳转回开始考勤界面，等待下一名员工考勤；图像考勤成功后自动跳转回开始考勤界面，等待下一名员工考勤；身份证考勤成功后自动跳转回开始考勤界面，等待下一名员工考勤。

数据录入功能为服务器连接成功后进入该界面，指纹、图像以及身份证信息录入成功后，系统会自动跳转回基本信息菜单，以等待进行下一个员工信息的录入。注意：信息录入有三种方式：指纹、指纹加图像、指纹加图像加身份证信息。该设置由管理员在后台系统进行设置。

门禁控制功能为服务器连接成功后进入该界面，门开后自动跳转回菜单界面；门开后自动跳转回菜单界面。门禁系统解锁后，系统会自动跳转回主菜单界面。其中值得注意的是，门禁控制方式有三种：指纹、人脸识别以及身份证。该设置由管理员在后台系统进行设置。

四、系统通信网络设计

本文所设计智能考勤系统硬件端主要采4G网络通讯和WiFi无线通讯，因考虑到系统的可扩展性和可维护性。目前，本文所设计的智能考勤系统暂时只支持TCP、HTTP和UDP三种通信协议。

本文系统中的终端设备主要利用的是4G网络通讯来进行信息交流，WiFi网络技术作为备用通信网络。其中4G通讯与WiFi无线网络通讯可以随时切换，这样的设计保证了通信的稳定性，同时也解决了有线、无线网络环境的局限性，使该考勤系统应用性更加广泛。

（一）4G通讯模块

本文所设计智能考勤系统，关于4G通讯系统模块，我们采用的是移远的SC20模组。它是一款多网络制式的模组。在sc20模组中，它支持LTE FDD最大150Mbps下行和50Mbps上行数据传输，搭载安卓操作系统。同时还兼容了EDGE和GSM/GPRS网络；支持IEEE 802.11无线传输协议和BT4.1 LE蓝牙技术；支持GPS、GLONASS以及BeiDou 等多种定位系统，定位准确，不受限制。同时还支持多输入、输出技术（MIMO），从而降低误码率，改善通信质量。

SC20采用小巧外形的的工业化设计标准，各网络制式的全面覆盖，集成安卓功能、WIFI、蓝牙以及GNSS于一体，几乎可以满足任何工业化的需求，尤其是对小型工业设备。

（二）WiFi无线网络技术

在本文所设计系统中，我们采用的是一种价格低廉、抗干扰能力强、传输速率快，基于IEEE 802.11标准的无线网络技术。

五、结论

在本文所设计智能考勤系统中，功能上可以实现指纹识别，射频卡识别，面部信息特征识别，系统设计的多用途一体考勤机极大解决了企业各种不同环境、不同用途的考勤管理问题，同时也满足了市场上的多样化需求。在系统的硬件设计上使用4G无限传输功能内置的处理器，可以实现数据的快速服务器上传；系统在软件功能上将人脸识别与指纹识别相互配合，提高了对人员的识别度。经测试，在环境复杂恶劣的应用中系统的健壮性表现优异，填补了偏远地区、高温高湿度环境下考勤的应用。