摘  要： 設計了基于無線通信的校園指紋通系統。該系統由無線式指紋終端、服務器和Web服務網站等組成。系統利用無線式指紋終端采集用戶指紋，并通過無線通信方式傳輸到服務器，在服務器端實現指紋匹配和相關的事務處理。經實驗測試，該系統使用方便，安全可靠。
關鍵詞： 指紋識別；無線通信；無線式指紋終端

　校園一卡通系統在實際應用中，存在用戶卡必須隨身攜帶、易損壞、易丟失以及易被他人濫用等缺陷。隨著科技的發展，指紋識別產品逐漸被應用到校園，基于指紋識別的校園應用系統的研究逐漸增多。薛亞許研究校園指紋考勤系統的設計與實現[1]，牛澍開發圖書館指紋管理系統[2]，樊相奎將指紋識別技術應用到門禁系統[3]等等。但是這些系統功能單一，不便于統一管理，適用范圍小，需要專門的線路布置，沒有涉及到指紋消費的研究，也不能給用戶提供信息綜合查詢功能。
　本文設計出基于無線通信的校園指紋通系統，該系統結合了嵌入式、無線通信、指紋識別等技術，具有考勤、圖書借閱、門禁管理以及小額消費等功能，并且給用戶提供了信息查詢和問題反饋的平臺，為廣大師生的校園生活提供了便利。
1 指紋識別技術
　指紋識別分為注冊和比對兩個過程。在注冊過程中，采集用戶的指紋，進行預處理，提取出特征值，形成指紋模板并存入數據庫中；在比對過程中，采集用戶的指紋，進行預處理，提取特征值并與數據庫中的指紋模板進行匹配[2]。原理見圖1。

　指紋采集是指紋識別的第一步，決定了指紋樣本的清晰度和指紋識別的效率，目前指紋采集技術主要有光學式掃描技術、電容式指紋識別技術、壓感式識別技術、溫度感應識別技術和超聲波掃描技術等[4]。本文采用的是電容式指紋識別技術，可以保證指紋匹配效率，并且成本比較低。預處理一般包括對指紋圖像的圖像分割、二值化、細化等操作，然后提取指紋的全局特征或細節特征；指紋特征匹配的方法有很多，根據識別方法的不同，主要分為基于點模式匹配算法和基于子模式的匹配方法[5]。在本文中，采集指紋、預處理和提取特征值由指紋終端完成，由服務器端完成指紋匹配，特征值存在數據庫中。這種方案利用服務器端較強的處理能力以及大容量存儲空間，可以快速地完成高數量級指紋匹配。
2 系統概要設計
　整個系統主要由無線指紋終端、數據庫服務器、Web服務網站、應用服務器和管理機5部分組成，總體結構見圖2。

　無線指紋終端采集用戶指紋圖像，提取特征值，然后將按鍵信息和指紋特征值整合成數據包，經校園無線網上傳到服務器；接著服務器進行指紋匹配并根據無線指紋終端的編號選擇完成相應功能的事務處理，并反饋信息給無線指紋終端；無線指紋終端接收到信息后，顯示在LED顯示器上；通過Web服務網站，用戶可以進行相關信息查詢，也可以將有關問題反饋給系統。
3 系統詳細設計
3.1 無線指紋終端設計與實現
　無線指紋終端基于C8051F340單片機，結合鍵盤、LED顯示器、指紋模塊、揚聲器、電源和WiFi模塊等硬件開發而成。單片機通過串行口SPI對LED顯示器寫入數據，通過串行口SCI控制指紋模塊和WiFi模塊進行指紋采集并與服務器通信，通過I/O口與揚聲器和鍵盤相連，總體結構見圖3。

　指紋模塊是浙江中正智能科技有限公司開發的SM62U半導體指紋模塊，采用UPEK電容式指紋傳感芯片，“活體”指紋探測，干濕手指適應強，圖像分辨率高達500 dpi，8位256級灰度，無畸變，圖像質量好。半導體采集芯片體積小、功耗低、安全性高，缺省安全等級下：FAR（誤判率）≤0.001%，FRR（拒判率）≤0.5%。通過TTL電平UART串行通信，波特率為57 600 b/s。
　WiFi模塊采用海凌科（香港）有限公司推出的全新的第三代嵌入式Uart-WiFi模塊產品——HLK-WIFI-M03。它是基于Uart接口的符合WiFi無線網絡標準的嵌入式模塊，內置無線網絡協議IEEE802.11協議棧以及TCP/IP協議棧，能夠實現用戶串口數據到無線網絡之間的轉換，功耗低，傳輸距離遠。
3.2 服務器端程序設計與實現
　應用服務器通過校園無線網接收從無線指紋終端傳送的數據包并解析出指紋特征值和相關數據，然后進行指紋匹配，接著根據無線指紋終端編號選擇完成相應功能的事務處理，實現注冊、考勤、消費、借閱或者門禁功能，并將匹配結果返回給無線指紋終端。工作流程如圖4所示。

　該程序基于Delphi技術開發，采用socket通信機制實現與無線指紋終端的數據傳輸，數據包經過SHA512哈希算法加密處理，傳輸格式見表1和表2。從DLL（動態鏈接庫）中調用指紋匹配函數，實現指紋匹配。數據庫采用的是SQL server 2005，指紋特征值以Base64編碼形式存入數據庫。指紋比對關鍵代碼如下：

　Tid：=AThread.ThreadID；//獲得線程號
　ReadBuffer（FingerTz[Tid]，Len）；
　//從接收緩沖區中讀取指紋特征值
　tmpstr2：=′′；//字符串初始化
　for j：=0 to len-1 do
　begin
　tmpstr2：=tmpstr2+IntToHex（FingerTz[Tid][j]，2）+′′；
　//將二進制串轉為十六進制串
　end；
　Memo_message.Lines.Add（tmpstr2）；
　//以十六進制形式顯示指紋特征值
              iRet[Tid]：=mxFingerSearch256（@FingerAll[0]，FingerNum，@FingerTz[Tid]）；//匹配函數
　Addtmpstr（Tid）；
3.3 Web服務網站的設計與實現
　Web服務網站根據角色的不同，分為學生模塊、教師模塊和管理員模塊，主要包括學生查詢考勤、消費和借閱等信息，請假申請，問題反饋；教師查詢學生的相關數據，查詢自己的考勤、消費和借閱等信息，受理請假，報表打印，問題解答；管理員進行權限管理、用戶信息管理和數據管理等功能。針對網站的功能和性能等實際需求，前臺開發采用JSP技術，后臺數據庫采用SQL server 2005，Web服務器采用Tomcat實現。網站功能模塊如圖5所示。

4 系統特色分析
　（1）數據傳輸過程中采用SHA512哈希算法對數據包進行加密處理，指紋特征值以Base64編碼保存，指紋模塊和指紋算法確保指紋識別正確率高，從而使得系統安全可靠；
　（2）系統采用的SM62U半導體指紋模塊探測“活體”指紋，杜絕用指紋膜代替情況的發生；
　（3）指紋識別采用的技術路線新穎，指紋模塊采集指紋特征值，通過無線傳輸，上傳到服務器端進行匹配，為該系統提供技術可行性；
　（4）指紋采集終端上傳的信息中包括指紋機的編號，服務器根據該編號確定相應的功能類別，比如考勤類、門禁類等，因此終端具有很高的通用性；
　（5）本系統集多種功能于一體，便于管理，可以消除現在校園中多種指紋產品參差不齊的現象；
　（6）相比一卡通系統，該系統采用指紋識別技術，使用方便，適用性更廣；
　（7）國內外的一些大城市已經出現指紋支付和指紋消費系統，本系統嘗試實現了小額消費功能。
　針對校園一卡通的不足以及現有校園指紋系統功能少、適用范圍小以及需要專門的線路布置等缺陷，本文研究了指紋識別等相關技術，設計出基于無線通信的校園指紋通系統。該系統以浙江師范大學為開發背景，集考勤、圖書借閱、門禁管理以及小額消費等功能于一體。目前該系統已經得到了部分應用，表現出較多的優勢，應用前景廣闊。
參考文獻
[1] 薛亞許，陳金玉.學校指紋考勤系統的設計與實現[J].微型機與應用，2011，30（1）：83-85，89.
[2] 牛澍.圖書館指紋管理系統[D].長春：吉林大學，2008.
[3] 樊相奎.指紋識別在智能門禁系統的研究與應用[D].成都：四川師范大學，2010.
[4] 張金剛.嵌入式指紋識別系統的一種低功耗實現方法與應用[D].北京：清華大學，2011.
[5] 林樹偉.淺析指紋識別技術[J].計算機安全，2010（12）：66-67.