摘  要： 设计了基于无线通信的校园指纹通系统。该系统由无线式指纹终端、服务器和Web服务网站等组成。系统利用无线式指纹终端采集用户指纹，并通过无线通信方式传输到服务器，在服务器端实现指纹匹配和相关的事务处理。经实验测试，该系统使用方便，安全可靠。
关键词： 指纹识别；无线通信；无线式指纹终端

　校园一卡通系统在实际应用中，存在用户卡必须随身携带、易损坏、易丢失以及易被他人滥用等缺陷。随着科技的发展，指纹识别产品逐渐被应用到校园，基于指纹识别的校园应用系统的研究逐渐增多。薛亚许研究校园指纹考勤系统的设计与实现[1]，牛澍开发图书馆指纹管理系统[2]，樊相奎将指纹识别技术应用到门禁系统[3]等等。但是这些系统功能单一，不便于统一管理，适用范围小，需要专门的线路布置，没有涉及到指纹消费的研究，也不能给用户提供信息综合查询功能。
　本文设计出基于无线通信的校园指纹通系统，该系统结合了嵌入式、无线通信、指纹识别等技术，具有考勤、图书借阅、门禁管理以及小额消费等功能，并且给用户提供了信息查询和问题反馈的平台，为广大师生的校园生活提供了便利。
1 指纹识别技术
　指纹识别分为注册和比对两个过程。在注册过程中，采集用户的指纹，进行预处理，提取出特征值，形成指纹模板并存入数据库中；在比对过程中，采集用户的指纹，进行预处理，提取特征值并与数据库中的指纹模板进行匹配[2]。原理见图1。

　指纹采集是指纹识别的第一步，决定了指纹样本的清晰度和指纹识别的效率，目前指纹采集技术主要有光学式扫描技术、电容式指纹识别技术、压感式识别技术、温度感应识别技术和超声波扫描技术等[4]。本文采用的是电容式指纹识别技术，可以保证指纹匹配效率，并且成本比较低。预处理一般包括对指纹图像的图像分割、二值化、细化等操作，然后提取指纹的全局特征或细节特征；指纹特征匹配的方法有很多，根据识别方法的不同，主要分为基于点模式匹配算法和基于子模式的匹配方法[5]。在本文中，采集指纹、预处理和提取特征值由指纹终端完成，由服务器端完成指纹匹配，特征值存在数据库中。这种方案利用服务器端较强的处理能力以及大容量存储空间，可以快速地完成高数量级指纹匹配。
2 系统概要设计
　整个系统主要由无线指纹终端、数据库服务器、Web服务网站、应用服务器和管理机5部分组成，总体结构见图2。

　无线指纹终端采集用户指纹图像，提取特征值，然后将按键信息和指纹特征值整合成数据包，经校园无线网上传到服务器；接着服务器进行指纹匹配并根据无线指纹终端的编号选择完成相应功能的事务处理，并反馈信息给无线指纹终端；无线指纹终端接收到信息后，显示在LED显示器上；通过Web服务网站，用户可以进行相关信息查询，也可以将有关问题反馈给系统。
3 系统详细设计
3.1 无线指纹终端设计与实现
　无线指纹终端基于C8051F340单片机，结合键盘、LED显示器、指纹模块、扬声器、电源和WiFi模块等硬件开发而成。单片机通过串行口SPI对LED显示器写入数据，通过串行口SCI控制指纹模块和WiFi模块进行指纹采集并与服务器通信，通过I/O口与扬声器和键盘相连，总体结构见图3。

　指纹模块是浙江中正智能科技有限公司开发的SM62U半导体指纹模块，采用UPEK电容式指纹传感芯片，“活体”指纹探测，干湿手指适应强，图像分辨率高达500 dpi，8位256级灰度，无畸变，图像质量好。半导体采集芯片体积小、功耗低、安全性高，缺省安全等级下：FAR（误判率）≤0.001%，FRR（拒判率）≤0.5%。通过TTL电平UART串行通信，波特率为57 600 b/s。
　WiFi模块采用海凌科（香港）有限公司推出的全新的第三代嵌入式Uart-WiFi模块产品——HLK-WIFI-M03。它是基于Uart接口的符合WiFi无线网络标准的嵌入式模块，内置无线网络协议IEEE802.11协议栈以及TCP/IP协议栈，能够实现用户串口数据到无线网络之间的转换，功耗低，传输距离远。
3.2 服务器端程序设计与实现
　应用服务器通过校园无线网接收从无线指纹终端传送的数据包并解析出指纹特征值和相关数据，然后进行指纹匹配，接着根据无线指纹终端编号选择完成相应功能的事务处理，实现注册、考勤、消费、借阅或者门禁功能，并将匹配结果返回给无线指纹终端。工作流程如图4所示。

　该程序基于Delphi技术开发，采用socket通信机制实现与无线指纹终端的数据传输，数据包经过SHA512哈希算法加密处理，传输格式见表1和表2。从DLL（动态链接库）中调用指纹匹配函数，实现指纹匹配。数据库采用的是SQL server 2005，指纹特征值以Base64编码形式存入数据库。指纹比对关键代码如下：

　Tid：=AThread.ThreadID；//获得线程号
　ReadBuffer（FingerTz[Tid]，Len）；
　//从接收缓冲区中读取指纹特征值
　tmpstr2：=′′；//字符串初始化
　for j：=0 to len-1 do
　begin
　tmpstr2：=tmpstr2+IntToHex（FingerTz[Tid][j]，2）+′′；
　//将二进制串转为十六进制串
　end；
　Memo_message.Lines.Add（tmpstr2）；
　//以十六进制形式显示指纹特征值
              iRet[Tid]：=mxFingerSearch256（@FingerAll[0]，FingerNum，@FingerTz[Tid]）；//匹配函数
　Addtmpstr（Tid）；
3.3 Web服务网站的设计与实现
　Web服务网站根据角色的不同，分为学生模块、教师模块和管理员模块，主要包括学生查询考勤、消费和借阅等信息，请假申请，问题反馈；教师查询学生的相关数据，查询自己的考勤、消费和借阅等信息，受理请假，报表打印，问题解答；管理员进行权限管理、用户信息管理和数据管理等功能。针对网站的功能和性能等实际需求，前台开发采用JSP技术，后台数据库采用SQL server 2005，Web服务器采用Tomcat实现。网站功能模块如图5所示。

4 系统特色分析
　（1）数据传输过程中采用SHA512哈希算法对数据包进行加密处理，指纹特征值以Base64编码保存，指纹模块和指纹算法确保指纹识别正确率高，从而使得系统安全可靠；
　（2）系统采用的SM62U半导体指纹模块探测“活体”指纹，杜绝用指纹膜代替情况的发生；
　（3）指纹识别采用的技术路线新颖，指纹模块采集指纹特征值，通过无线传输，上传到服务器端进行匹配，为该系统提供技术可行性；
　（4）指纹采集终端上传的信息中包括指纹机的编号，服务器根据该编号确定相应的功能类别，比如考勤类、门禁类等，因此终端具有很高的通用性；
　（5）本系统集多种功能于一体，便于管理，可以消除现在校园中多种指纹产品参差不齐的现象；
　（6）相比一卡通系统，该系统采用指纹识别技术，使用方便，适用性更广；
　（7）国内外的一些大城市已经出现指纹支付和指纹消费系统，本系统尝试实现了小额消费功能。
　针对校园一卡通的不足以及现有校园指纹系统功能少、适用范围小以及需要专门的线路布置等缺陷，本文研究了指纹识别等相关技术，设计出基于无线通信的校园指纹通系统。该系统以浙江师范大学为开发背景，集考勤、图书借阅、门禁管理以及小额消费等功能于一体。目前该系统已经得到了部分应用，表现出较多的优势，应用前景广阔。
参考文献
[1] 薛亚许，陈金玉.学校指纹考勤系统的设计与实现[J].微型机与应用，2011，30（1）：83-85，89.
[2] 牛澍.图书馆指纹管理系统[D].长春：吉林大学，2008.
[3] 樊相奎.指纹识别在智能门禁系统的研究与应用[D].成都：四川师范大学，2010.
[4] 张金刚.嵌入式指纹识别系统的一种低功耗实现方法与应用[D].北京：清华大学，2011.
[5] 林树伟.浅析指纹识别技术[J].计算机安全，2010（12）：66-67.