嵌入式多重識別智能門禁系統(tǒng)的設計與研究

1 前言

　　隨著社會經濟的發(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問控制的需求越來越高。傳統(tǒng)的機械鑰匙、“口令+密碼”以及智能卡等保護措施存在著丟失、遺忘、復制及被盜用的隱患。而生物識別技術的應用為上述方法的不足提供了一個很好的解決方案。將指紋自動識別技術應用到各種需要身份驗證的系統(tǒng)或者嵌入到現有的安保管理系統(tǒng)，將會大大提高系統(tǒng)的安全性。本系統(tǒng)是將無線射頻識別技術（電子標簽）和指紋自動識別技術等多重識別技術相結合而構造的嵌入式多重識別門禁系統(tǒng)，特別是針對常規(guī)安全系統(tǒng)本身存在的臨時授權性的缺陷，在電子文檔中引用數字水印技術而構成的電子安保系統(tǒng)的安全性更為有效，可以應用于安全、機密等部門。其設計思想也可為同類產品的設計提供參考。

2 系統(tǒng)設計方案

　　本系統(tǒng)將現有的“IC卡模式”改為“電子標簽模式”，并增加了一道“指紋識別關卡”，在身份的識別上做到唯一性，非持卡者的使用將會遇到指紋識別這一無法逾越的障礙。通過“一人一卡一庫”的模式有效地保證數據的真實性和客觀性。識別后才會啟動電梯開門系統(tǒng)或其它門禁系統(tǒng)，并同時啟動重力傳感系統(tǒng)驗證是否超重（以防持卡人被人劫持），若超重,啟動攝像頭系統(tǒng)錄像，同時啟動報警系統(tǒng)。

　　權限授權系統(tǒng)是由于持卡者信息被提前輸入后臺對于臨時權限的修改存在明顯缺陷而設計的。在該系統(tǒng)中我們引入了數字水印在電子文檔上的應用技術，使得下級可以直接通過局域網向上級申請臨時權限修改，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、非易失性存儲技術生產的兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內置有通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C51是一個低功耗高性能單片機，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。

　　2.2 無線射頻識別技術

　　本系統(tǒng)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TN951P311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禁屏蔽模塊中，本系統(tǒng)通過微控制器處理后再通過串口連接PC通信。采用非接觸式智能卡（又稱為射頻式卡），它可以方便地將射頻識別技術和IC卡技術結合起來，將具有微處理器及大容量存儲器的集成電器芯片（ASIC）和天線封裝于塑料基片之中的功能。其中天線是只有幾組繞線的線圈，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，信息是靠卡中的專用集成電路（ASIC）進行存儲和處理。ASIC由一個高速射頻接口、一個控制單元和一個EPROM組成，卡中存儲器分多個分區(qū)，支持不同應用，達到一卡多用，而且具有很強的安全保密性。讀寫器采用兆頻段及磁感應技術，通過無線方式對卡中的信息進行讀寫并采用高速率的半雙工通信協(xié)議。

　　2.3 指紋自動識別

　　系統(tǒng)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鍵特征后，可以大大減少網絡傳輸的負擔，便于實現異地確認，支持計算機的網絡功能。這時指紋的特征信息會存儲在模塊內的存儲器中。再次將手指放在取像鏡頭處，如果是原來的手指，則模塊上的綠燈亮，如果不是原來的手指，則紅燈亮。這個開關信息以及指紋編碼也可以通過模塊上的串行口輸出。此設計由于借助指紋模塊時以ARAMIS技術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。

　　實現過程中，有幾項關鍵性的技術。首先，Word作為一個獨立運行的桌面程序，想要對它的功能進行擴展，比較恰當的選擇就是通過插件技術，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，編寫擴展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，需要對于內容實現簽章和驗證的功能，涉及到散列函數等密碼學和位串在圖片中的隱藏等技術，將圖片作為不可編輯的附件與郵件邦定。

　　本系統(tǒng)中設計使用的是基于Word的數字水印認證模塊，不但解決了臨時授權問題，而且對局域網內部文件的傳輸也有參考價值。

3 系統(tǒng)硬軟件的設計

　　核心控制芯片采用廉價高效的8051芯片，通過添加ICL232芯片來進行串行通信的處理。同時，通過8051來驗證有效性并控制電梯和門禁模型的安全運行。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高的波特率，故選擇合適的晶振也是個關鍵。控制程序完全使用匯編語言編寫，系統(tǒng)運行效率極高。

　　門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的卡號數據并將其存入事先開辟的存儲區(qū)內，然后通過判斷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)來判斷身份的合法性，若驗證通過，再把緩沖區(qū)的卡號數據通過串口傳給上位機的實時監(jiān)控系統(tǒng)軟件。

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

　　采用RS232標準進行串行數據通信。以門禁模塊為例，先通過ICL232芯片接收讀卡機的卡號數據，將其傳至控制器，同時讀取指紋驗證的正確與否的信號標志位(連線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RS232傳給PC機主控端處理。

　　系統(tǒng)主控端軟件包有考勤系統(tǒng)、安全管理系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及數字水印系統(tǒng)。均采用VC++統(tǒng)一編寫主控端界面，這樣設計使得與用戶的界面友好，交互性強。其中數字水印系統(tǒng)使應用Microsoft ATL技術，開發(fā)環(huán)境為Visual Studio 2003.net，生成可供Word 2000啟動時裝載的DLL文件。程序實現了簽章驗證臨時授權等基本功能，在Word 2000中運行正常。

4 結束語

　　本系統(tǒng)的設計與開發(fā)涉及匯編語言、Visual C++、Protel 99SE和Maya等多個應用領域。整個安保系統(tǒng)從電梯模塊到門禁模塊都可以在身份認證上做到唯一識別。實時監(jiān)控和利用數字水印技術開發(fā)的授權系統(tǒng)使系統(tǒng)整體安全級別進一步提升。整個系統(tǒng)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荆笫聵I(yè)單位，高校單位，超市大賣場，海關口岸，停車場管理，倉庫管理等多種領域，使之成為智慧化的操作平臺。