嵌入式多重識別智能門(mén)禁系統的設計與研究

1 前言

　　隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展，電子設備和保密機構對更安全、更方便的身份認證和訪(fǎng)問(wèn)控制的需求越來(lái)越高。傳統的機械鑰匙、“口令+密碼”以及智能卡等保護措施存在著(zhù)丟失、遺忘、復制及被盜用的隱患。而生物識別技術(shù)的應用為上述方法的不足提供了一個(gè)很好的解決方案。將指紋自動(dòng)識別技術(shù)應用到各種需要身份驗證的系統或者嵌入到現有的安保管理系統，將會(huì )大大提高系統的安全性。本系統是將無(wú)線(xiàn)射頻識別技術(shù)（電子標簽）和指紋自動(dòng)識別技術(shù)等多重識別技術(shù)相結合而構造的嵌入式多重識別門(mén)禁系統，特別是針對常規安全系統本身存在的臨時(shí)授權性的缺陷，在電子文檔中引用數字水印技術(shù)而構成的電子安保系統的安全性更為有效，可以應用于安全、機密等部門(mén)。其設計思想也可為同類(lèi)產(chǎn)品的設計提供參考。

2 系統設計方案

　　本系統將現有的“IC卡模式”改為“電子標簽模式”，并增加了一道“指紋識別關(guān)卡”，在身份的識別上做到唯一性，非持卡者的使用將會(huì )遇到指紋識別這一無(wú)法逾越的障礙。通過(guò)“一人一卡一庫”的模式有效地保證數據的真實(shí)性和客觀(guān)性。識別后才會(huì )啟動(dòng)電梯開(kāi)門(mén)系統或其它門(mén)禁系統，并同時(shí)啟動(dòng)重力傳感系統驗證是否超重（以防持卡人被人劫持），若超重,啟動(dòng)攝像頭系統錄像，同時(shí)啟動(dòng)報警系統。

　　權限授權系統是由于持卡者信息被提前輸入后臺對于臨時(shí)權限的修改存在明顯缺陷而設計的。在該系統中我們引入了數字水印在電子文檔上的應用技術(shù)，使得下級可以直接通過(guò)局域網(wǎng)向上級申請臨時(shí)權限修改，再雙方達成協(xié)議后分別加蓋數字水印發(fā)送至后臺第三方，確認為各自簽章后作出對申請者卡內權限的修改工作。

　　2.1 微控制器

　　微控制器采用89s52芯片及高性能CMOS 8位單片機，片內含8k bytes的可反復擦寫(xiě)的只讀程序存儲器（PEROM）和256 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)的兼容標準MCS-51指令系統，片內置有通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C51是一個(gè)低功耗高性能單片機，特別是可反復擦寫(xiě)的Flash存儲器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。

　　2.2 無(wú)線(xiàn)射頻識別技術(shù)

　　本系統中使用的是由臺灣天宇微機電股份有限公司提供的芯片型號為T(mén)N951P311數據傳送波特率為3K的16位讀卡機。分別用于電梯權限和門(mén)禁屏蔽模塊中，本系統通過(guò)微控制器處理后再通過(guò)串口連接PC通信。采用非接觸式智能卡（又稱(chēng)為射頻式卡），它可以方便地將射頻識別技術(shù)和IC卡技術(shù)結合起來(lái)，將具有微處理器及大容量存儲器的集成電器芯片（ASIC）和天線(xiàn)封裝于塑料基片之中的功能。其中天線(xiàn)是只有幾組繞線(xiàn)的線(xiàn)圈，很適合于封裝到符合國際標準ISO7816的卡片中；卡片外形與普通的信用卡基本相同，信息是靠卡中的專(zhuān)用集成電路（ASIC）進(jìn)行存儲和處理。ASIC由一個(gè)高速射頻接口、一個(gè)控制單元和一個(gè)EPROM組成，卡中存儲器分多個(gè)分區，支持不同應用，達到一卡多用，而且具有很強的安全保密性。讀寫(xiě)器采用兆頻段及磁感應技術(shù)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式對卡中的信息進(jìn)行讀寫(xiě)并采用高速率的半雙工通信協(xié)議。

　　2.3 指紋自動(dòng)識別

　　系統采用的臺灣宜霖科技制造的的指紋模塊由EVS芯片構成。將手指放在取像鏡頭處，按下指定的按鍵即可注冊。對輸入的指紋圖提取關(guān)鍵特征后，可以大大減少網(wǎng)絡(luò )傳輸的負擔，便于實(shí)現異地確認，支持計算機的網(wǎng)絡(luò )功能。這時(shí)指紋的特征信息會(huì )存儲在模塊內的存儲器中。再次將手指放在取像鏡頭處，如果是原來(lái)的手指，則模塊上的綠燈亮，如果不是原來(lái)的手指，則紅燈亮。這個(gè)開(kāi)關(guān)信息以及指紋編碼也可以通過(guò)模塊上的串行口輸出。此設計由于借助指紋模塊時(shí)以ARAMIS技術(shù)平臺結合影像感測與智慧功能的單一晶片，使數據轉移交換、指紋采集處理等有較高的效率。

　　2.4 數字水印的應用

　　數字水印是永久鑲嵌在其它數據（宿主數據）中具有可鑒別性的數字信號或模式，而且并不影響宿主數據的可用性。

　　實(shí)現過(guò)程中，有幾項關(guān)鍵性的技術(shù)。首先，Word作為一個(gè)獨立運行的桌面程序，想要對它的功能進(jìn)行擴展，比較恰當的選擇就是通過(guò)插件技術(shù)，而Word本身正好是預留了可擴展接口的，這給我們的工作提供了一定程度的方便，即利用COM技術(shù)，編寫(xiě)擴展Word功能的插件。其次，在利用Word本身的對象模型取得郵件內容后，需要對于內容實(shí)現簽章和驗證的功能，涉及到散列函數等密碼學(xué)和位串在圖片中的隱藏等技術(shù)，將圖片作為不可編輯的附件與郵件邦定。

　　本系統中設計使用的是基于Word的數字水印認證模塊，不但解決了臨時(shí)授權問(wèn)題，而且對局域網(wǎng)內部文件的傳輸也有參考價(jià)值。

3 系統硬軟件的設計

　　核心控制芯片采用廉價(jià)高效的8051芯片，通過(guò)添加ICL232芯片來(lái)進(jìn)行串行通信的處理。同時(shí)，通過(guò)8051來(lái)驗證有效性并控制電梯和門(mén)禁模型的安全運行。本設計具體使用的8051型號是Atmel制造的AT89s52。另外，由于讀卡機以及指紋機過(guò)高的波特率，故選擇合適的晶振也是個(gè)關(guān)鍵?？刂瞥绦蛲耆褂脜R編語(yǔ)言編寫(xiě)，系統運行效率極高。

　　門(mén)禁模塊的控制程序主要工作流程如下：先初始化51芯片的串口通信設置，再從串口讀取讀卡機傳來(lái)的卡號數據并將其存入事先開(kāi)辟的存儲區內，然后通過(guò)判斷51特定管腳連接的指紋機上的信號燈的信號(綠燈為正確，紅燈為錯誤)來(lái)判斷身份的合法性，若驗證通過(guò)，再把緩沖區的卡號數據通過(guò)串口傳給上位機的實(shí)時(shí)監控系統軟件。

　　對于電梯模塊的控制程序和門(mén)禁模塊基本一致，但不會(huì )傳數據至上位機，僅是單獨的一個(gè)驗證判斷運行模塊。

　　采用RS232標準進(jìn)行串行數據通信。以門(mén)禁模塊為例，先通過(guò)ICL232芯片接收讀卡機的卡號數據，將其傳至控制器，同時(shí)讀取指紋驗證的正確與否的信號標志位(連線(xiàn)至指紋模塊的正確綠燈及錯誤紅燈)，等待控制器判斷身份合法性后，再將數據通過(guò)RS232傳給PC機主控端處理。

　　系統主控端軟件包有考勤系統、安全管理系統、監控系統以及數字水印系統。均采用VC++統一編寫(xiě)主控端界面，這樣設計使得與用戶(hù)的界面友好，交互性強。其中數字水印系統使應用Microsoft ATL技術(shù)，開(kāi)發(fā)環(huán)境為Visual Studio 2003.net，生成可供Word 2000啟動(dòng)時(shí)裝載的DLL文件。程序實(shí)現了簽章驗證臨時(shí)授權等基本功能，在Word 2000中運行正常。

4 結束語(yǔ)

　　本系統的設計與開(kāi)發(fā)涉及匯編語(yǔ)言、Visual C++、Protel 99SE和Maya等多個(gè)應用領(lǐng)域。整個(gè)安保系統從電梯模塊到門(mén)禁模塊都可以在身份認證上做到唯一識別。實(shí)時(shí)監控和利用數字水印技術(shù)開(kāi)發(fā)的授權系統使系統整體安全級別進(jìn)一步提升。整個(gè)系統的設計是嵌入于微處理器上，所以有較強的拓展性和具有一定的推廣性?？梢愿鶕煌枨笫怪卣沟礁鞔蠊?，企事業(yè)單位，高校單位，超市大賣(mài)場(chǎng)，海關(guān)口岸，停車(chē)場(chǎng)管理，倉庫管理等多種領(lǐng)域，使之成為智慧化的操作平臺。