基于指纹识别的起重机械管理系统设计与实现

任金萍 王旬 王会方

[摘 要]违章作业或无证作业是造成起重机械事故的主要原因，利用指纹识别技术设计起重机械人员管理系统是一种有效的方法。系统设计了具有指纹识别和无线通讯功能的识别终端，设计起重机作业人员身份认证系统，详细介绍了系统的软硬件结构和系统设计。实际应用结果表明：该系统能够有效识别作业人员的身份，满足了对人员进行管理的要求，对降低起重机因人为原因造成的事故具有重要的意义。

[关键词]指纹识别;无线通讯;作业管理

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.20.018

[中图分类号]TP242.6 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194（2018）20-00-03

随着社会经济的快速发展，起重机械不仅在数量上不断增加，而且正朝着高效化、大型化、智能化和复合化的方向发展。由于现场管理管理体制不够健全，安全教育不够，起重机事故层出不穷，带来了严重的后果，由起重机械引起的事故占各产业部门事故总数的近30%。

违章作业或无证作业是造成起重机械事故的主要原因，起重机安全关系国计民生，事故危害性大。目前，所有起重机司机虽然都持证上岗，但是由于缺少有效的监督和复核手段，在实际工作中普遍存在违规操作现象。考虑到指纹技术在身份识别中的可行性，本文基于指纹识别技术设计了起重机作业人员管理系统，通过指纹能够识别起重机作业人员的身份，通过无线网络技术能够传输起重机的作业信息，通过数据库技术能够对起重机作业记录进行统计、查询及管理。

1     系统总体结构设计

系统采用了主从控制方式，以系统总控制端为主，作为管理终端，与多个作业终端相连。系统总体结构框图如图1所示。起重机操作人员通过指纹识别，将信息与终端信息进行匹配，当信息匹配成功时，方可进行下一步操作，实现终端身份识别管理。所有的作业信息和操作信息均通过无线方式与管理终端进行通讯，记录所有的操作记录和信息，还能对作业记录进行管理。管理终端还可以通过无线方式与识别终端进行通讯，通过识别ID号，对识别终端进行管理，以控制其工作状态。

操作员的工作流程如图2所示，操作员先进行指纹识别，进行指纹刷卡后，查询本地指纹库，匹配成功则进入下一步，不成功则提示重新验证。成功后获取并提示当前系统状态，是锁定状态还是解锁状态，如果是锁定状态，则通知管理员进行解锁，才可以进入下一步工作，如果处于解锁状态，则判断操作员是否当班，不当班也不能进行操作，当班的操作员进行电源启动作业和关闭电源作业。通过严格的流程控制提高操作人员管理的规范性，减少因人为原因造成的起重机安全事故，减少违章作业的现象。

2     系统硬件设计

识别终端硬件采用嵌入式系统设计，硬件部分主要由指纹识别模块、无线通讯模块、主处理器模块和起重机作业控制模块组成。其中，指纹识别模块主要设计了指纹识别系统，当作业人员指纹识别通过后，方可进行下一步工作。无线通讯模块是将指纹识别结果和后续的作业记录通过无线方式发送到计算机控制系统中。

主处理器模块主要采用了ARM11内核的三星处理器S2C6410，通过6410的4个串口分别实现无线通讯模块、指纹识别模块等控制。6410的串口设置主要分为以下几步：①设置引脚工作模式;②设置数据格式（ULCON）;③设置工作模式（DMA、轮询、中断）;④设置波特率（UBRDIV）;⑤发送和接收数据。

指纹识别芯片采用了Synochip公司的AS601指纹芯片，该芯片是cordis5+32位处理器内核家族成员之一，芯片内置了128 k的SRAM，满足了在片内进行指纹识别运算的需求。具备丰富的对外接口，系统主要采用了UART接口，与6410的串口实现通信。通过该芯片，系统设计了指纹录入、指纹预处理、指纹识别算法、指纹搜索和指纹模板储存等硬件功能。

起重机作业控制模块通过通用“IO口+驱动模块”，输出高低电平，实现起重机启停控制，确保在起重机作业人员的指纹识别通过的情况下，才能开启起重机，同时记录起重机的作业记录，并对作业过程进行监管。

无线通讯模块选取了SiliconLaboratoriesSI4432芯片，该芯片可以433M频段中工作，该频段目前处于免费频段。芯片发射功率较大，最大功率可以达到20 dBm（100 mW），接收的灵敏度也可以达到-121 dBm，发射功率大，接收灵敏度高，可以传输上千米的距离，适应于起重机作业管理端和起重机识别终端的通讯。与NRF905、CC1101无线模块相比，距离更远，性价比更好。需要无线传输的数据，由CPU传输，经过Si4432的编码处理后，以规定的格式发送给接收模块，接收模块经过信号放大、信号解调以后进行处理，实现了远距离、高灵敏度和高质量的数据传输，能够通过ARMS2C6410的SPI接口对芯片进行初始化配置、读写配置、FIFO配置。硬件实现结构图如图3所示。

3     底层软件设计

考虑到系统功能性及处理器的性能，系统移植了Windows CE系统，选用VS2005作为WinCE 6.0应用程序开发的工具。根据起重机作业管理和外设管理的需要，对操作系统进行裁剪和移植，考虑到需要触摸屏、串口、IO口、存储和实时时钟等功能需要，将LCD及触摸屏驱动、RS232驱动、存储驱动和实时时钟驱动等移植到设备驱动层，并将RS232组件、FILE组件、DEVICE组件等纳入组件层。将Win32API函数中的内核、进程管理、NET管理、COMMCTRL等函数保留在系统层，最终的应用程序通过API函数访问各个组件，以实现最终应用的各种功能。经过开发，在设备终端实现了指纹操作，指纹识别软件如图4所示。

4      应用系统设计

系统应用端采用B/S架构，实现起重机的相关设备管理、作业管理和记录管理。应用系统的软件采用了.NET架构，采用SQL Server数据库。根据B/S架构，系统共分为3层：第1层是用户层，通过浏览器实现各种设备和记录的管理操作;第2层是业务层，根据起重机作业管理，设计系统各部件的对象模型，实现各项任务逻辑的调用和管理;第3层为数据层，根据任务管理中涉及的数据表单，设计数据库的架构和数据表单的机构，实现记录管理。系统在服务器端运行Windows Server系统，数据库采用SQL Server;客户端采用Windows XP系统、Internet Explorer浏览器。

为了便于管理，系统的作业记录进程在后台始终处于打开状态，当有作业记录发生时，自动通过弹窗的形式，将作业记录设计的人員、操作、地点等信息显示出来。应用系统软件设计了多权限和多账户管理，权限和账户分一般工作人员、安全管理员和系统管理员。安全管理员可以查看系统的加锁解锁设备、作业记录、违规记录等。系统还具有设备管理、人员管理、报告管理等功能。

5      结 语

本文设计了起重机作业的识别管理系统，通过指纹识别技术实现作业人员的身份管理，有利于加强起重机作业安全管理，减少违章作业。系统设计了终端硬件系统和后端应用系统。终端硬件系统是基于ARM11的2410处理器，设计了指纹识别模块、无线通讯模块和作业管理模块。后端应用系统采用B/S架构，实现设备管理、人员管理、作业记录管理等功能。系统设计有利于提高企业整体的信息管理水平，有利于减少违规作业，已经在一些企业中得到应用。

主要参考文献

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[2]于秀霞.指纹识别技术在身份认证系统中的应用[J].现代情报，2005（5）.

[3]胡素峰，丁树庆，冯月贵，等.基于物联网的起重机智能作业管理系统设计与实现[J].中国特种设备安全，2014（10）.