基于指紋識別的起重機械管理系統設計與實現

任金萍 王旬 王會方

[摘 要]違章作業或無證作業是造成起重機械事故的主要原因，利用指紋識別技術設計起重機械人員管理系統是一種有效的方法。系統設計了具有指紋識別和無線通訊功能的識別終端，設計起重機作業人員身份認證系統，詳細介紹了系統的軟硬件結構和系統設計。實際應用結果表明：該系統能夠有效識別作業人員的身份，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。

[關鍵詞]指紋識別;無線通訊;作業管理

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

隨著社會經濟的快速發展，起重機械不僅在數量上不斷增加，而且正朝著高效化、大型化、智能化和復合化的方向發展。由于現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業部門事故總數的近30%。

違章作業或無證作業是造成起重機械事故的主要原因，起重機安全關系國計民生，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督和復核手段，在實際工作中普遍存在違規操作現象。考慮到指紋技術在身份識別中的可行性，本文基于指紋識別技術設計了起重機作業人員管理系統，通過指紋能夠識別起重機作業人員的身份，通過無線網絡技術能夠傳輸起重機的作業信息，通過數據庫技術能夠對起重機作業記錄進行統計、查詢及管理。

1? ? ?系統總體結構設計

系統采用了主從控制方式，以系統總控制端為主，作為管理終端，與多個作業終端相連。系統總體結構框圖如圖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，實現終端身份識別管理。所有的作業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。

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狀態，是鎖定狀態還是解鎖狀態，如果是鎖定狀態，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，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和關閉電源作業。通過嚴格的流程控制提高操作人員管理的規范性，減少因人為原因造成的起重機安全事故，減少違章作業的現象。

2? ? ?系統硬件設計

識別終端硬件采用嵌入式系統設計，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控制模塊組成。其中，指紋識別模塊主要設計了指紋識別系統，當作業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果和后續的作業記錄通過無線方式發送到計算機控制系統中。

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

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

起重機作業控制模塊通過通用“IO口+驅動模塊”，輸出高低電平，實現起重機啟停控制，確保在起重機作業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記錄，并對作業過程進行監管。

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，發射功率大，接收靈敏度高，可以傳輸上千米的距離，適應于起重機作業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。需要無線傳輸的數據，由CPU傳輸，經過Si4432的編碼處理后，以規定的格式發送給接收模塊，接收模塊經過信號放大、信號解調以后進行處理，實現了遠距離、高靈敏度和高質量的數據傳輸，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。硬件實現結構圖如圖3所示。

3? ? ?底層軟件設計

考慮到系統功能性及處理器的性能，系統移植了Windows CE系統，選用VS2005作為WinCE 6.0應用程序開發的工具。根據起重機作業管理和外設管理的需要，對操作系統進行裁剪和移植，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及觸摸屏驅動、RS232驅動、存儲驅動和實時時鐘驅動等移植到設備驅動層，并將RS232組件、FILE組件、DEVICE組件等納入組件層。將Win32API函數中的內核、進程管理、NET管理、COMMCTRL等函數保留在系統層，最終的應用程序通過API函數訪問各個組件，以實現最終應用的各種功能。經過開發，在設備終端實現了指紋操作，指紋識別軟件如圖4所示。

4? ? ? 應用系統設計

系統應用端采用B/S架構，實現起重機的相關設備管理、作業管理和記錄管理。應用系統的軟件采用了.NET架構，采用SQL Server數據庫。根據B/S架構，系統共分為3層：第1層是用戶層，通過瀏覽器實現各種設備和記錄的管理操作;第2層是業務層，根據起重機作業管理，設計系統各部件的對象模型，實現各項任務邏輯的調用和管理;第3層為數據層，根據任務管理中涉及的數據表單，設計數據庫的架構和數據表單的機構，實現記錄管理。系統在服務器端運行Windows Server系統，數據庫采用SQL Server;客戶端采用Windows XP系統、Internet Explorer瀏覽器。

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

5? ? ? 結 語

本文設計了起重機作業的識別管理系統，通過指紋識別技術實現作業人員的身份管理，有利于加強起重機作業安全管理，減少違章作業。系統設計了終端硬件系統和后端應用系統。終端硬件系統是基于ARM11的2410處理器，設計了指紋識別模塊、無線通訊模塊和作業管理模塊。后端應用系統采用B/S架構，實現設備管理、人員管理、作業記錄管理等功能。系統設計有利于提高企業整體的信息管理水平，有利于減少違規作業，已經在一些企業中得到應用。

主要參考文獻

[1]徐彬，俞中建，劉恩頻.中美橋門式起重機標準的比較研究[J].質量與標準化，2012（11）.

[2]于秀霞.指紋識別技術在身份認證系統中的應用[J].現代情報，2005（5）.

[3]胡素峰，丁樹慶，馮月貴，等.基于物聯網的起重機智能作業管理系統設計與實現[J].中國特種設備安全，2014（10）.