基于指紋識別的起重機械管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

任金萍 王旬 王會方

[摘 要]違章作業(yè)或無證作業(yè)是造成起重機械事故的主要原因，利用指紋識別技術(shù)設(shè)計起重機械人員管理系統(tǒng)是一種有效的方法。系統(tǒng)設(shè)計了具有指紋識別和無線通訊功能的識別終端，設(shè)計起重機作業(yè)人員身份認證系統(tǒng)，詳細介紹了系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)設(shè)計。實際應(yīng)用結(jié)果表明：該系統(tǒng)能夠有效識別作業(yè)人員的身份，滿足了對人員進行管理的要求，對降低起重機因人為原因造成的事故具有重要的意義。

[關(guān)鍵詞]指紋識別;無線通訊;作業(yè)管理

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2018.20.018

[中圖分類號]TP242.6 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2018）20-00-03

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，起重機械不僅在數(shù)量上不斷增加，而且正朝著高效化、大型化、智能化和復(fù)合化的方向發(fā)展。由于現(xiàn)場管理管理體制不夠健全，安全教育不夠，起重機事故層出不窮，帶來了嚴重的后果，由起重機械引起的事故占各產(chǎn)業(yè)部門事故總數(shù)的近30%。

違章作業(yè)或無證作業(yè)是造成起重機械事故的主要原因，起重機安全關(guān)系國計民生，事故危害性大。目前，所有起重機司機雖然都持證上崗，但是由于缺少有效的監(jiān)督和復(fù)核手段，在實際工作中普遍存在違規(guī)操作現(xiàn)象?？紤]到指紋技術(shù)在身份識別中的可行性，本文基于指紋識別技術(shù)設(shè)計了起重機作業(yè)人員管理系統(tǒng)，通過指紋能夠識別起重機作業(yè)人員的身份，通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠傳輸起重機的作業(yè)信息，通過數(shù)據(jù)庫技術(shù)能夠?qū)ζ鹬貦C作業(yè)記錄進行統(tǒng)計、查詢及管理。

1? ? ?系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)采用了主從控制方式，以系統(tǒng)總控制端為主，作為管理終端，與多個作業(yè)終端相連。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。起重機操作人員通過指紋識別，將信息與終端信息進行匹配，當信息匹配成功時，方可進行下一步操作，實現(xiàn)終端身份識別管理。所有的作業(yè)信息和操作信息均通過無線方式與管理終端進行通訊，記錄所有的操作記錄和信息，還能對作業(yè)記錄進行管理。管理終端還可以通過無線方式與識別終端進行通訊，通過識別ID號，對識別終端進行管理，以控制其工作狀態(tài)。

操作員的工作流程如圖2所示，操作員先進行指紋識別，進行指紋刷卡后，查詢本地指紋庫，匹配成功則進入下一步，不成功則提示重新驗證。成功后獲取并提示當前系統(tǒng)狀態(tài)，是鎖定狀態(tài)還是解鎖狀態(tài)，如果是鎖定狀態(tài)，則通知管理員進行解鎖，才可以進入下一步工作，如果處于解鎖狀態(tài)，則判斷操作員是否當班，不當班也不能進行操作，當班的操作員進行電源啟動作業(yè)和關(guān)閉電源作業(yè)。通過嚴格的流程控制提高操作人員管理的規(guī)范性，減少因人為原因造成的起重機安全事故，減少違章作業(yè)的現(xiàn)象。

2? ? ?系統(tǒng)硬件設(shè)計

識別終端硬件采用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計，硬件部分主要由指紋識別模塊、無線通訊模塊、主處理器模塊和起重機作業(yè)控制模塊組成。其中，指紋識別模塊主要設(shè)計了指紋識別系統(tǒng)，當作業(yè)人員指紋識別通過后，方可進行下一步工作。無線通訊模塊是將指紋識別結(jié)果和后續(xù)的作業(yè)記錄通過無線方式發(fā)送到計算機控制系統(tǒng)中。

主處理器模塊主要采用了ARM11內(nèi)核的三星處理器S2C6410，通過6410的4個串口分別實現(xiàn)無線通訊模塊、指紋識別模塊等控制。6410的串口設(shè)置主要分為以下幾步：①設(shè)置引腳工作模式;②設(shè)置數(shù)據(jù)格式（ULCON）;③設(shè)置工作模式（DMA、輪詢、中斷）;④設(shè)置波特率（UBRDIV）;⑤發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

指紋識別芯片采用了Synochip公司的AS601指紋芯片，該芯片是cordis5+32位處理器內(nèi)核家族成員之一，芯片內(nèi)置了128 k的SRAM，滿足了在片內(nèi)進行指紋識別運算的需求。具備豐富的對外接口，系統(tǒng)主要采用了UART接口，與6410的串口實現(xiàn)通信。通過該芯片，系統(tǒng)設(shè)計了指紋錄入、指紋預(yù)處理、指紋識別算法、指紋搜索和指紋模板儲存等硬件功能。

起重機作業(yè)控制模塊通過通用“IO口+驅(qū)動模塊”，輸出高低電平，實現(xiàn)起重機啟停控制，確保在起重機作業(yè)人員的指紋識別通過的情況下，才能開啟起重機，同時記錄起重機的作業(yè)記錄，并對作業(yè)過程進行監(jiān)管。

無線通訊模塊選取了SiliconLaboratoriesSI4432芯片，該芯片可以433M頻段中工作，該頻段目前處于免費頻段。芯片發(fā)射功率較大，最大功率可以達到20 dBm（100 mW），接收的靈敏度也可以達到-121 dBm，發(fā)射功率大，接收靈敏度高，可以傳輸上千米的距離，適應(yīng)于起重機作業(yè)管理端和起重機識別終端的通訊。與NRF905、CC1101無線模塊相比，距離更遠，性價比更好。需要無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，由CPU傳輸，經(jīng)過Si4432的編碼處理后，以規(guī)定的格式發(fā)送給接收模塊，接收模塊經(jīng)過信號放大、信號解調(diào)以后進行處理，實現(xiàn)了遠距離、高靈敏度和高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸，能夠通過ARMS2C6410的SPI接口對芯片進行初始化配置、讀寫配置、FIFO配置。硬件實現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

3? ? ?底層軟件設(shè)計

考慮到系統(tǒng)功能性及處理器的性能，系統(tǒng)移植了Windows CE系統(tǒng)，選用VS2005作為WinCE 6.0應(yīng)用程序開發(fā)的工具。根據(jù)起重機作業(yè)管理和外設(shè)管理的需要，對操作系統(tǒng)進行裁剪和移植，考慮到需要觸摸屏、串口、IO口、存儲和實時時鐘等功能需要，將LCD及觸摸屏驅(qū)動、RS232驅(qū)動、存儲驅(qū)動和實時時鐘驅(qū)動等移植到設(shè)備驅(qū)動層，并將RS232組件、FILE組件、DEVICE組件等納入組件層。將Win32API函數(shù)中的內(nèi)核、進程管理、NET管理、COMMCTRL等函數(shù)保留在系統(tǒng)層，最終的應(yīng)用程序通過API函數(shù)訪問各個組件，以實現(xiàn)最終應(yīng)用的各種功能。經(jīng)過開發(fā)，在設(shè)備終端實現(xiàn)了指紋操作，指紋識別軟件如圖4所示。

4? ? ? 應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計

系統(tǒng)應(yīng)用端采用B/S架構(gòu)，實現(xiàn)起重機的相關(guān)設(shè)備管理、作業(yè)管理和記錄管理。應(yīng)用系統(tǒng)的軟件采用了.NET架構(gòu)，采用SQL Server數(shù)據(jù)庫。根據(jù)B/S架構(gòu)，系統(tǒng)共分為3層：第1層是用戶層，通過瀏覽器實現(xiàn)各種設(shè)備和記錄的管理操作;第2層是業(yè)務(wù)層，根據(jù)起重機作業(yè)管理，設(shè)計系統(tǒng)各部件的對象模型，實現(xiàn)各項任務(wù)邏輯的調(diào)用和管理;第3層為數(shù)據(jù)層，根據(jù)任務(wù)管理中涉及的數(shù)據(jù)表單，設(shè)計數(shù)據(jù)庫的架構(gòu)和數(shù)據(jù)表單的機構(gòu)，實現(xiàn)記錄管理。系統(tǒng)在服務(wù)器端運行Windows Server系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫采用SQL Server;客戶端采用Windows XP系統(tǒng)、Internet Explorer瀏覽器。

為了便于管理，系統(tǒng)的作業(yè)記錄進程在后臺始終處于打開狀態(tài)，當有作業(yè)記錄發(fā)生時，自動通過彈窗的形式，將作業(yè)記錄設(shè)計的人員、操作、地點等信息顯示出來。應(yīng)用系統(tǒng)軟件設(shè)計了多權(quán)限和多賬戶管理，權(quán)限和賬戶分一般工作人員、安全管理員和系統(tǒng)管理員。安全管理員可以查看系統(tǒng)的加鎖解鎖設(shè)備、作業(yè)記錄、違規(guī)記錄等。系統(tǒng)還具有設(shè)備管理、人員管理、報告管理等功能。

5? ? ? 結(jié) 語

本文設(shè)計了起重機作業(yè)的識別管理系統(tǒng)，通過指紋識別技術(shù)實現(xiàn)作業(yè)人員的身份管理，有利于加強起重機作業(yè)安全管理，減少違章作業(yè)。系統(tǒng)設(shè)計了終端硬件系統(tǒng)和后端應(yīng)用系統(tǒng)。終端硬件系統(tǒng)是基于ARM11的2410處理器，設(shè)計了指紋識別模塊、無線通訊模塊和作業(yè)管理模塊。后端應(yīng)用系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，實現(xiàn)設(shè)備管理、人員管理、作業(yè)記錄管理等功能。系統(tǒng)設(shè)計有利于提高企業(yè)整體的信息管理水平，有利于減少違規(guī)作業(yè)，已經(jīng)在一些企業(yè)中得到應(yīng)用。

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