新型智能防偽印章機的研究與制作

李毅然，鄧雅芝，姜廈天，胡 鵬，侯方杰

（湘潭大學(xué) 自動化與電子信息學(xué)院，湖南 湘潭 411105）

0 引 言

印章的人為管理，加上用印監(jiān)管難，我國每年因公章原因造成的直接經(jīng)濟損失就高達(dá)1 274億元。用印過程看似只是蓋一個章那么簡單，但是當(dāng)用印人從保管者那里拿出印章起，到歸還印章的這一個時間段，往往是風(fēng)險頻發(fā)期。在這個時間段，除了用印人之外的人可能接觸印章偷蓋，并且用印人企業(yè)也無法保證其用印的真實性和唯一性。在《江淮法治》中有提到多起印章偽造的犯罪事實[1]，因為印章偽造成本低，收益高，導(dǎo)致印章偽造犯罪事件頻發(fā)。

結(jié)合上述原因，本文提出一種基于隱形二維碼和后端監(jiān)控技術(shù)的新型印章機，通過APP和各個模塊的交互，實現(xiàn)指紋解鎖、APP查詢、線上管理等功能。借助隱形紅外油墨打造的隱形二維碼防偽印章，是解決印章偽造的一個途徑。智能印章管理系統(tǒng)的信息化用印，對所有用印記錄進(jìn)行數(shù)據(jù)化存儲，及用印過程的檢索追溯，這是從源頭入手，杜絕違規(guī)用印的方法。

1 系統(tǒng)功能分析與總體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)功能分析

本文初步設(shè)計一款用于防止偽造和盜用的蓋章機，具體實現(xiàn)以下幾個功能：

（1）指紋解鎖：印章防盜的第一層保證；

（2）隱形二維碼防偽：隨機根據(jù)使用者信息生成二維碼，利用隱形紅外油墨打印出來，掃描可得使用者信息，便于職責(zé)追溯。

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

本文設(shè)計的蓋章機核心是由STM32微處理器[4]、指紋模塊、聯(lián)網(wǎng)模塊等傳感器和APP共同組成。其中，STM32微處理器對各傳感器收集到的數(shù)據(jù)[5]進(jìn)行處理，控制各模塊正常運作。聯(lián)網(wǎng)模塊用于實現(xiàn)模塊和APP之間的信息交互，并通過交互獲得APP端使用記錄。系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖

2 模塊設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 指紋模塊

指紋模塊能采集指紋圖樣并提取特征值。通過使用者接觸該高清光學(xué)傳感器獲取使用者的指紋圖樣，通過STM32控制器進(jìn)行處理。本文使用微雪UART Fingerprint Reader模塊，它是深圳市微雪電子有限公司推出的一種光學(xué)指紋模塊，能夠自由輸入輸出指紋圖片、指紋特征值文件及各種指紋操作，協(xié)議更全，開放更好。

每個人指紋的紋路在圖案、斷點和交叉點上是各不相同的。指紋識別是利用人體指紋的唯一性與不變性生理特征進(jìn)行識別[2]。指紋識別技術(shù)有4個主要功能，包括對對象指紋圖像的讀取、提取指紋特征、數(shù)據(jù)保存和對比[3]。在第一次錄入指紋時，要求手指360°全方位錄入一遍，將完整的用戶指紋記錄下來。然后進(jìn)行指紋評估，對上一步采集下來的指紋進(jìn)行唯一性判斷，判斷該指紋是否需要重新錄入。接著提取特征值，將采集到的指紋終結(jié)點、分叉點、分歧點、孤立點、環(huán)點、短紋等信息進(jìn)行數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，并保存在數(shù)據(jù)庫中。在下一次錄入指紋時，如果有指紋能夠匹配到以上信息，就可以確定身份并且執(zhí)行操作。指紋模塊流程如圖2所示。

圖2 指紋模塊流程

2.2 聯(lián)網(wǎng)模塊

聯(lián)網(wǎng)模塊利用串口通信與TCP/IP協(xié)議構(gòu)成前端與后端信息傳輸?shù)募~帶，指紋模塊通過串口通信將接收到的指紋信息交予STM32處理器進(jìn)行處理，再通過聯(lián)網(wǎng)模塊將處理之后的信號傳輸?shù)胶笈_。本文用的是HLK-M30WiFi模塊，便于前端和后端構(gòu)成通信。電路圖如圖3、圖4所示。

圖3 聯(lián)網(wǎng)模塊電路原理（一）

圖4 聯(lián)網(wǎng)模塊電路原理（二）

STM32F103ZET6通過USART2串口通信發(fā)送相應(yīng)AT指令至HLK-M30模塊，該模塊將串口數(shù)據(jù)打包成WiFi數(shù)據(jù)包，通過無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊傳輸WiFi數(shù)據(jù)包[4]，使WiFi模塊配置正確并連上無線路由器以與服務(wù)器進(jìn)行連接。指紋模塊將采集的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)至WiFi模塊，WiFi模塊再將數(shù)據(jù)發(fā)至服務(wù)器。同時WiFi模塊也會接收來自服務(wù)器的數(shù)據(jù)，通過串口發(fā)至指紋模塊，進(jìn)行相關(guān)處理。WiFi模塊流程如圖5所示。

圖5 WiFi模塊流程

2.3 APP模塊

APP模塊用于查詢使用記錄，判斷印章狀態(tài)。該模塊是采用Java語言編寫、利用Eclipse的一切皆插件的核心設(shè)計模式，在Eclipse中嵌入安卓開發(fā)軟件包的Android SDK，利用ADT的功能創(chuàng)建安卓手機應(yīng)用程序開發(fā)測試模擬器[5]，編譯生成手機APP軟件，該款A(yù)PP是基于安卓智能手機設(shè)計的。

先搭建Android開發(fā)環(huán)境，軟件部分包括：安裝JDK、安裝Eclipse、安裝Android SDK、安裝ADT、創(chuàng)建AVD和安裝Tomcat、SQL Server數(shù)據(jù)庫配置；硬件部分，也就是Android手機的最低配置為CPU在主頻2.0 GHz以上，內(nèi)存2 GB以上，屏幕最佳分辨率為1 024×768像素[6]。之后再使用Java語言來編寫應(yīng)用程序、開發(fā)軟件[7]，應(yīng)用程序需要實現(xiàn)的功能包括信息管理、記錄監(jiān)控、生成二維碼。Android開發(fā)環(huán)境搭建流程如圖6所示。

圖6 Android開發(fā)環(huán)境搭建流程

3 系統(tǒng)各功能界面設(shè)計

3.1 用戶信息管理界面

印章管理者在用戶信息管理界面可以對允許使用印章使用者進(jìn)行添加和刪除，將印章使用者的姓名、性別、年齡、職位和指紋數(shù)據(jù)錄入后端服務(wù)器數(shù)據(jù)庫。服務(wù)器會生成相應(yīng)的使用者信息，在通過了身份驗證之后，該使用者才能夠正式啟用印章。登錄賬號之后，在用戶管理界面可以查看到這些信息。此功能能確保用戶身份的真實性，便于安全管理。用戶信息管理流程如圖7所示。首頁界面如圖8所示。

圖7 用戶信息管理流程

圖8 用戶管理界面

3.2 二維碼生成界面

該功能是實現(xiàn)管理單位印章審批使用流程控制的功能及管理單位印章實物的輔助手段，若想獲取印章的蓋章權(quán)限，需要先進(jìn)行指紋驗證，有匹配權(quán)限的蓋章者才能用指紋解鎖印章，取出實體印章進(jìn)行蓋章；同時后端會生成一條印章使用記錄和一個二維碼，此二維碼有蓋章者的部分可公示信息和印章使用情況。整個過程通過系統(tǒng)軟、硬件配合實現(xiàn)[8]。二維碼生成流程如圖9所示。

圖9 二維碼生成流程

3.3 使用信息查詢界面

此功能提供印章的使用信息查詢服務(wù)，點擊查詢界面會顯示印章申請者和印章使用者的姓名、印章使用的時間以及印章處理的文件信息，也可以利用紅外光照射隱形二維碼使二維碼顯現(xiàn)出來；通過掃描隱形二維碼同樣可以查詢到印章的使用信息，極大地便利了用戶對印章的管理和對印章使用記錄的查詢。其整體設(shè)計流程如圖10所示。

圖10 查詢印章使用信息流程

4 創(chuàng)新點分析

4.1 印章管理信息化

從用印申請到審批、復(fù)核、用印均在網(wǎng)上記錄并留存歸檔，實現(xiàn)用印行為事前有審批、事中有監(jiān)督、事后可追溯，進(jìn)一步規(guī)范用印，有效避免了相關(guān)制度辦法落實不到位導(dǎo)致的風(fēng)險隱患；并且通過網(wǎng)絡(luò)流程化審批用印，能有效避免私自用印[9]。

4.2 隱形二維碼防偽

二維碼有數(shù)據(jù)防偽功能[10]，能夠儲存印章和使用者的所有信息，再利用紅外油墨打印出“隱形”二維條碼。此種二維碼在常態(tài)下為肉眼不可見，需要在特殊光照的條件下才能看得到，常態(tài)下不影響文件表面美觀度，增加了一層高難度防偽，也增添了新鮮感。

5 結(jié) 語

本文完成了新型智能蓋章機的系統(tǒng)設(shè)計，以STM32微處理器為核心，硬件功能模塊和系統(tǒng)軟件設(shè)計相結(jié)合，將印章管理信息化，使企業(yè)的印章統(tǒng)一進(jìn)行記錄、管理。這為企業(yè)管理者提供了一個全局的、高效的管理方式，使企業(yè)的所有印章的使用記錄都有案可查。相信該新型智能蓋章機在機關(guān)單位、企業(yè)單位會有更好的推廣。