基于指纹识别的SIMS的设计与实现.docx

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基于指纹识别的SIMS的设计与实现

第1章绪论

1.1论文研究背景

近几年，伴随高校扩招的口号，高校学生的数量急剧增多，教师队伍也逐渐庞大。

一方面更多的学生能融入到高等教育中来，学习到更深入的科学理论知识；另一方面高校对学生的管理将变得愈为严峻，突出表现在学生考勤管理方面。

可以看到，在高校课程中，经常会有出现学生迟到、早退、缺课的情况，教师为了查课，需要抽出课堂时间进行学生点名，统计学生的到课率，严重浪费了宝贵的课堂时间。

针对这种情况，国内许多高校引进考勤系统，如在宿舍楼内安装一卡通识别器，统计晚上回宿舍的人数，但是时常会有代替刷卡的现象，因此并不真实；还有的高校引进了光学指纹识别器，对各个楼进行检查，精确统计出当时在场的学生数。

同时，在高校的考场上，学生作弊的现象屡见不鲜，抄袭、替考的花样也越来越多。

对于大部分高校，只能依靠监考教师进行检查，这样并不能完全禁止替考和抄袭的行为，很多老师因为没有现场证据而变得有口难辩。

很多公司因此开发了各类视频监视系统，监视各个教室的情况，把当时的情景记录到硬盘中。

但系统功能比较单一，并不能很完善地兼容现有的教学管理系统。

1.2研究目的及意义

为了加强对高校的管理，解决高校考勤等学生管理方面的问题，本文设计指纹识别技术实现学生的考勤管理、考场管理、成绩管理等。

在众多的用于身份验证的生物识别技术中，指纹识别技术是目前最方便、可靠、非侵害和价格便宜的解决方案[1]。

指纹识别具有悠久的历史，这种技术通过分析指纹的全局特征和局部特征来确认一个人的身份。

每个指纹都有几个独一无二可测量的特征点，每个特征点都有大约七个特征，我们的十个手指产生最少4900个独立可测量的特征[2]。

由此看来，通过指纹识别技术来鉴定个人身份非常可靠。

指纹是人体独一无二的特征，如果我们想要增加鉴定的可靠性，我们只需登记更多的指纹，鉴别更多的手指，每个人最多可以多达十个，而每一个指纹都是独一无二的；因此，利用人体指纹的唯一性保证考勤的真实准确，从根本上杜绝如代考勤的发生，从而体现考勤制度的公正性；节约成本，只有一次投入，无后期费用，节约了其它考勤方式所带来的配发、补发考勤卡、色带的成本。

结合指纹识别技术，可以设计出一个完整的系统，包含于高校管理的方方面面。

如学生个人信息查询、课程设置、考勤管理、课程成绩管理、用户权限管理等。

1.3本文主要研究内容

本文根椐目前高校中所存在的考勤问题，分析并设计智能指纹考勤管理系统，方便高校对学生的管理。

根椐系统的设计要求，系统设计需要满足易用性、高可靠性、安全性、开放性、可扩充性、以及标准化和规范化。

基于指纹识别的学生信息管理系统（SIMS）是一个集成了多种高新技术的复杂系统。

技术的选择也应以实用、可靠、稳定为主，但无论何种技术的使用，必须确保方便性和易用性。

系统面对的是成千上万的学生和教师，任何忽视易用原则的设计或疏忽，都将给如此庞大的用户群带来不便。

因此，易用性原则是系统的设计与实现必须高度重视的首要原则。

学生指纹考勤系统的标准化和规范化，主要是指学生信息格式标准和应用规范。

为了学生间各类信息的共享，应按照设计规范进行系统的设计与实现，以求达到符合教育行业的通用性及规范化等目的。

采用当代最新技术，建立一种新概念的、开放的学生管理和应用环境，它以TCP/IP、广域网互连、路由、防火墙和网络管理技术为基础，建立一个安全可靠的开放式网络应用平台[3]。

随着高校学生教学管理领域中业务功能的不断拓广，应用规模的不断扩大，要求系统功能可以灵活扩充。

对应的服务器系统、网络系统、应用软件也能平滑升级和扩充，并且这种扩充对现有功能只需做极小的改动或不进行改动。

安全性和可靠性应体现在服务器系统、网络通信设备、用户终端设备、人员数据、数据库系统、应用系统的各个方面，并且能按要求进行集中控制和管理。

因而整个系统应有完整的故障对策，以保证服务器系统、网络系统的工作的连续性，以及数据的一致性、完整性和安全性。

本文围绕系统各方面要求，设计了任务管理中心和若干个端系统，任务管理中心由PC机组成，端节点使用ARM9处理器、指纹识别模块组成。

任务管理中心要完成指纹的采集与验证、课程安排、课程考勤、课程成绩管理等功能；端系统要实现课程考勤、视频监控、网络视频监控等功能，具体实现下面几项工作：

1.对高校考勤管理、考场管理、成绩管理方面进行分析，了解目前的高校管理过程；

2.分析系统功能，研制相应硬件平台，并对硬件进行调试、优化；

3.根椐需求分析设计任务管理中心软件，实现学生信息采集与验证、课程

安排、课程与考场指纹管理、成绩管理、显示端系统视频监视等功能；

4.实现端系统软件设计，实现对课程及考试的指纹管理、考场视频监视、

远程网络数据传输；

5.任务管理中心与各个端系统的综合测试，在测试中根椐需要进行系统优化及改进；

6.完成相应文档及使用手册说明。

1.4本文组织结构

本文共分为六章，各章节主要内容安排如下：

第1章绪论。

提出了本文的研究背景，主要研究内容，以及该研究的目的和意义。

第2章系统需求分析及总体构架设计。

主要介绍系统的需求、系统的总体构架及相关设备。

第3章任务管理中心软硬件分析与设计。

主要介绍任务管理中心的硬件和软件的开发环境、设计过程等。

第4章端系统软硬件分析与设计。

主要介绍了端系统的硬件构成和软件设计方案。

第5章系统运行测试分析。

主要描述系统的软硬件测试过程。

第6章总结与展望。

对系统的总体说明及后续的相关扩展。

第2章系统需求分析及总体构架设计

本章主要介绍系统的需求分析及系统的总体架构设计，通过本章的论述，可以了解系统的功能需求、性能需求，以及系统设计的方案。

基于指纹识别的学生信息管理系统由两部分组成：

任务管理中心和S3C2440端节点系统（后文简称端系统）。

任务管理中心要具有功能多、实时性强、稳定性高等优点，同时需要处理的数据量也比较复杂，因此需要采用PC机进行处理；端系统要求具有携带方便、低功耗、操作简单等特点，因此使用S3C2440处理器，运行WINCE6.0操作系统。

2.1系统需求分析

软件工程理论认为，在软件生命周期中，需求分析是最重要的一个阶段。

软件需求分析的质量对软件开发的影响是深远的、全局性的，高质量需求对软件开发往往起到事半功倍的效果。

目前，各个高校学生都有标记个人身份的一卡通，在一些重要的场合，可以通过核对一卡通来证实学生的身份，如学校的图书馆，通常都是仅允许本校学生进行，因此在进口处都会设置一卡通读卡器来确定学生的身份；不仅如此，在各个课程的考试期间，为了防止学生的替考，都会由老师核实各个学生的身份。

因此，设计出一套自动化、规格化的系统可以大大减小教师的工作量。

使用一卡通核对学生身份时，教师核对错误及学生顶替现象时常发生，为了弥补失误造成的漏洞，很多高校开始引进了指纹设备，采用指纹验证学生的身份，这样就可以准确无误地验证学生的身份。

本系统使用一卡通和指纹识别相结合的方式，优先使用指纹识别方式验证学生的身份，如果学生多次登录失败，即采用一卡通方式验证，这样就可以自动地核对每个学生的身份，而且准确无误。

同时需要把学生信息与学生的课程选修结合在一起，教师上课考勤时只需要查看学生的入场记录就可以准备了解每个学生的到课时间，而且需要计算出课程结束时每个学生考勤的总成绩。

另外，需要把学生的考勤成绩和其它成绩结合，教师只需要按格式导入各部分的成绩，就可以得到每个学生的总成绩。

为了适用不同的场合，需要设计两套设备，即任务管理中心和端系统。

任务管理中心可以适用于较为固定的场合，如实验室、图书馆、固定教室的班级，同时也可以完成各种复杂的数据处理，以及多种权限用户登录；端系统适用于临时使用的场合，如各科考试的考场、临时事务处理的教室等，这些地方也不需要复杂的功能，只需要验证入场人员的身份。

因此需要端系统需要具有良好的便携性特点。

本节对任务管理中心和端系统进行详细的需求分析，明确其软硬件需要完成的具体任务。

2.1.1任务管理中心需求分析

任务管理中心需要完成各类的学生信息管理工作，包括多类权限用户登录、学生信息管理、用户信息管理、教师信息管理、学生课程选修管理、课程成绩管理、各类模板下载等功能。

同时对于固定的场合，系统需要长时间运行，有可能几天到几周的时间都无人看守，这时需要系统能够自检，出现错误了可以及时从错误中恢复，同时对于长时间不用的外设，要关闭其电源，进入待机状态，用户到来只需要启动对应的开关，即可以唤醒系统继续工作。

因此系统需要具有稳定性、实时性、吞吐量大等特点。

1.多类权限用户登录

为了适用于多类用户操作，系统需要支持三类用户登录：

系统管理员、教师、学生。

其中学生可以对本人的部分信息进行编辑、查看自已的各门课程成绩；教师用户可以编辑自已的基本信息、设定课程的考勤、统计课程的成绩等；系统管理员可以对整个系统进行操作。

系统登录过程中自动判别登录用户的权限，管理员用户也可以通过指纹方式登录系统，不需要输入用户名用密码。

系统登录成功后显示用户的主面板，包括用户的个人信息、最近使用记录、最近通知等。

对于忘记密码用户如果带有终端，可以通过指纹登录到系统再更改本人信息，否则提示联系管理员用户进行更新用户资料。

2.学生信息管理

学生的个人信息包括学号、一卡通卡号、指纹、照片、班级、性名、性别、出生年月、住址、籍贯、联系方式、政治面貌、Email地址、身份证号、课程选修方向。

学生信息管理中需要完成对学生的信息录入、编辑、验证功能。

同时，学生信息管理中可以查看学生在学习阶段所选修的课程的总成绩及目前的总学分信息。

系统管理员可以使用学生一卡通查找对应的学生，查看其信息；学生需要登录系统来查看自已的信息。

3.用户信息管理

主要完成登录用户的登录用户名和密码的编辑，管理员用户可以编辑系统中所有用户的信息，其它用户只能修改自已的信息。

4.教师信息管理

教师的个人信息包括代号、姓名、性别、身份证号、出生日期、政治面貌、籍贯、职称、Email地址、研究类别、联系方式、个人介绍。

其中个人介绍需要存储500字左右的介绍文字。

系统管理员可以对所有的教师信息进行编辑；教师只能编辑本人的信息和查看其它教师的信息；学生可以浏览教师指定信息，如个人介绍等，这样可以方便学生了解教师的目前科研情况。

5.学生课程选修管理

学生课程选修管理中包括课程的添加、更新、删除，设定此课程的具体开课时间、任课教师、选修此课程的学生、各个学生所在教室信息，以及设置课程的开始与结束，课程开始时可以进行考勤管理，课程结束后可以进行成绩的统计。

6.课程成绩管理

课程的成绩由四部分组成：

考勤成绩、平时各次实验成绩、实验报告成绩、其它成绩。

课程成绩管理中需要完成各部分成绩的录入、编辑、统计、打印功能。

考勤成绩通过前面设置的课程及教室自动读取本教室的学生指纹数据，根椐学生进入的时间自动统计出本次的考勤成绩，并记录此学生的具体进入时间。

同时在考勤中要实现全自动进行，如果指纹数据读取失败，可以提示使用一卡通进行，但系统需要优先使用指纹进入。

如果有没有通过考勤直接进入的学生，系统要提示该学生录入指纹或刷一卡通。

其它各部分成绩的录入要求操作简单，并支持数据的导入，打印各部分的成绩列表。

课程成绩统计部分需要完成对组成成绩的四个部分的成绩进行调整，并且自动计算出每个学生的总成绩，按指定的格式打印学生的成绩单等操作。

7.各类模板下载

系统提供标准的模板给用户下载，用户按指定的格式填写后即可以导入到系统中，要求各类模板的更新操作简单，教师和学生用户仅能读取模板文件，管理员可以更新模板文件。

2.1.2端系统需求分析

端系统需要完成的任务主要包括学生的考勤管理、摄像头监控、数据的导入导出。

对于固定的场合而且要求实现的功能比较单一，如仅需要考勤、门禁等，可以使用端系统完成。

这时系统需要长时间运行，也要求端