【正文】 高的是指紋儀和手形機(jī)，這兩種識(shí)別方式也是目前技術(shù)發(fā)展中最成熟的。每個(gè)人的這些特征都與別人不同，且終生不變，可以根據(jù)它們鑒別身份。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，基于生物特征識(shí)別的身份識(shí)別技術(shù)已漸漸成為身份識(shí)別的重要手段。傳統(tǒng)方法的缺點(diǎn)是：特定持有物易丟失、被盜和遺忘。ADC0809型芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖26。它利用的原理是相敏原理，它的輸出為兩個(gè)正弦波正交分解的量。 金屬探測(cè)器的系統(tǒng)構(gòu)成如圖24所示為本次設(shè)計(jì)所采用的金屬探測(cè)器的系統(tǒng)組成框圖。根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可知，電子元件有一定的使用壽命和工作范圍，當(dāng)工作環(huán)境復(fù)雜時(shí)，很容易受到外界的干擾，不能按正常特性工作。從圖中可以清晰地了解平衡式金屬探測(cè)器的基本原理。振蕩器在正常情況下輸出等幅的交流電壓，檢波后為不變的直流電壓，因而輸出微分信號(hào)為零。(2) 自激感應(yīng)式檢測(cè)電路自激振蕩式金屬探測(cè)器多數(shù)采用LC振蕩器作為金屬物體的探測(cè)電路，工廠(chǎng)或礦山應(yīng)用較多。探測(cè)振蕩器的振蕩頻率: 從上式看出，當(dāng)振蕩電路的參數(shù)確定以后，振蕩頻率與電感量L和不變的電容C有關(guān)，電感量的增減與被測(cè)物體的性質(zhì)和大小有關(guān)。正是本著這樣一個(gè)設(shè)計(jì)思路來(lái)構(gòu)建系統(tǒng)的硬件電路。金屬的電導(dǎo)率越大，交變電流的頻率越大，則渦電流強(qiáng)度越大，對(duì)原磁場(chǎng)的抑制作用越強(qiáng)。對(duì)于緊密纏繞N匝的線(xiàn)圈，線(xiàn)圈中心軸線(xiàn)上一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度則為： (22)由公式(22)可知，當(dāng)線(xiàn)圈有效探測(cè)范圍內(nèi)無(wú)金屬物時(shí)， (非金屬的相對(duì)磁導(dǎo)率)，線(xiàn)圈中心磁感應(yīng)強(qiáng)度B保持不變，當(dāng)線(xiàn)圈有效探測(cè)范圍內(nèi)出現(xiàn)鐵磁性金屬物時(shí)，會(huì)變大，B隨也會(huì)變大。生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大對(duì)金屬檢測(cè)機(jī)自動(dòng)化水平與管理維護(hù)效率提出了更高的要求。在食品加工業(yè)、化工醫(yī)藥業(yè)、紡織服裝業(yè)、木材加工業(yè)、機(jī)場(chǎng)或其它安檢場(chǎng)所等金屬檢測(cè)機(jī)均有著廣泛而重要的應(yīng)用：在食品加工業(yè)，原材料與成品均需通過(guò)金屬檢測(cè)機(jī)的嚴(yán)格檢驗(yàn)；在紡織服裝業(yè)，成衣必須通過(guò)金屬檢測(cè)機(jī)的嚴(yán)格檢驗(yàn)，此時(shí)金屬檢測(cè)機(jī)通常以檢針機(jī)的形式出現(xiàn)；在木材加工業(yè)，通過(guò)金屬檢測(cè)機(jī)檢驗(yàn)后的原木材料可有效減少加工鋸齒的損壞及防止工傷事故的產(chǎn)生：在機(jī)場(chǎng)、重要會(huì)議等安檢場(chǎng)所，旅客、與會(huì)人員等通常要求接受相應(yīng)的安全檢查，此時(shí)金屬檢測(cè)機(jī)則以安檢門(mén)的形式出現(xiàn)。第二章 金屬檢測(cè) 金屬檢測(cè)機(jī)概述 全球第一臺(tái)金屬探測(cè)器誕生于1960年，最初的金屬探測(cè)器主要應(yīng)用于工礦企業(yè)，其為檢查礦產(chǎn)純度和提高效益的得力幫手。 設(shè)計(jì)內(nèi)容本設(shè)計(jì)擬實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)易的飛機(jī)場(chǎng)安檢系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)飛機(jī)場(chǎng)安檢系統(tǒng)的主要功能，對(duì)旅客行李中是否帶有金屬物品進(jìn)行檢測(cè)及對(duì)旅客身份的認(rèn)證。為此國(guó)內(nèi)外民航企業(yè)紛紛采取各種措施以更好地應(yīng)接挑戰(zhàn)。廣西大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 飛機(jī)場(chǎng)安檢系統(tǒng)目 錄第一章 前言 1 背景 1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 1 金屬檢測(cè)部分 1 身份識(shí)別 1第二章 金屬檢測(cè) 3 金屬檢測(cè)機(jī)概述 3 金屬探測(cè)器工作原理 4 傳感器原理 4 基本檢測(cè)電路及其原理 5 金屬探測(cè)器的系統(tǒng)構(gòu)成 8第三章 旅客身份認(rèn)證 11 身份識(shí)別技術(shù)概述 11 非接觸式IC卡技術(shù) 12 IC卡技術(shù)簡(jiǎn)介 12 Mifare 1 S70 卡 16 一體化指紋IC卡設(shè)備的設(shè)計(jì)方法 19第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 23 LPC2210ARM微處理器 24 LPC2210ARM微處理器簡(jiǎn)介 24 LPC2210ARM微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述 25 系統(tǒng)電源 26 系統(tǒng)復(fù)位 29 天線(xiàn)電路設(shè)計(jì) 30 FLASH模塊 32 串行通信模塊 33 調(diào)試端口（JTAG）模塊 36第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 37 金屬探測(cè)模塊軟件設(shè)計(jì) 37 指紋識(shí)別模塊軟件設(shè)計(jì) 38 非接觸式IC卡讀卡器主程序設(shè)計(jì) 40 指紋識(shí)別模塊接口程序設(shè)計(jì) 44 LCD接口程序設(shè)計(jì) 47第六章 結(jié)束語(yǔ) 51參考資料 52致謝 53第一章 前言 背景最近幾年國(guó)內(nèi)外民航的安全管理水平上了一個(gè)很大的臺(tái)階。機(jī)場(chǎng)作為民航旅客出入的唯一門(mén)戶(hù)，近年來(lái)對(duì)其安全保障亦隨之愈加重視。整個(gè)系統(tǒng)由兩部分組成，一部分完成金屬物品的檢測(cè)，另一部分實(shí)現(xiàn)對(duì)旅客身份的識(shí)別和認(rèn)證。隨后于1970年，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，金屬探測(cè)器被引入一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域—安全檢查，其廣泛運(yùn)用于民航、公安、緝私和邊防等領(lǐng)域，也就是今天我們所使用的金屬探測(cè)器的雛形，它的出現(xiàn)意味著人類(lèi)對(duì)安全的認(rèn)知已步入了一個(gè)新的時(shí)代。金屬檢測(cè)機(jī)作為一種廣泛應(yīng)用于食品加工業(yè)、紡織服裝業(yè)、木材加工業(yè)、機(jī)場(chǎng)或其它安檢場(chǎng)所的機(jī)電設(shè)備，其性能指標(biāo)主要體現(xiàn)在檢測(cè)精度和操控性?xún)蓚€(gè)方面，其中操控性決定于檢測(cè)機(jī)的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前金屬檢測(cè)機(jī)控制系統(tǒng)除實(shí)現(xiàn)基本的監(jiān)控功能外，對(duì)工作人員的操控方式、工作參數(shù)的調(diào)整與設(shè)置、故障與工況的記錄與查詢(xún)、檢測(cè)精度的設(shè)定、檢測(cè)結(jié)果的定位、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控等功能也有了更多的需求。(2)渦流效應(yīng)：根據(jù)電磁理論，我們知道，當(dāng)金屬物體被置于變化的磁場(chǎng)中時(shí)，金屬導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生自行閉合的感應(yīng)電流，這就是金屬的渦流效應(yīng)。通過(guò)以上分析可知，當(dāng)有金屬物靠近通電線(xiàn)圈平面附近時(shí)，無(wú)論是介質(zhì)磁導(dǎo)率的變化，還是金屬的渦流效應(yīng)均能引起磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化。 基本檢測(cè)電路及其原理 目前，國(guó)內(nèi)感應(yīng)式金屬探測(cè)器根據(jù)基木原理和檢測(cè)線(xiàn)路的不同，大致可分為差拍式、自激感應(yīng)式。當(dāng)被探測(cè)物體是鐵磁性材料時(shí)，由于導(dǎo)磁率高，使探測(cè)線(xiàn)圈的總電感量增加，變成當(dāng)被檢測(cè)物體是非磁性材料的金屬，由于金屬物體的渦流損耗，使探測(cè)線(xiàn)圈的電感量減少，變成,通常，它們的大小取決于被探測(cè)物體的性質(zhì)和形狀。其檢測(cè)電路框圖如圖22所示。當(dāng)金屬物體經(jīng)過(guò)線(xiàn)圈時(shí)，振蕩器的振幅降低后又恢復(fù)，檢波后的直流電壓產(chǎn)生一個(gè)降低的波動(dòng)，經(jīng)微分電路微分后，將有脈沖信號(hào)輸出。根據(jù)電磁場(chǎng)理論，發(fā)射線(xiàn)圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)在兩個(gè)差動(dòng)連接的接收線(xiàn)圈中分別產(chǎn)生一個(gè)同頻、反相、等幅的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，兩者相消即形成接收平衡。當(dāng)傳感器的接收信號(hào)山于外界干擾產(chǎn)生較大變化時(shí)，檢波信號(hào)必然要受到影響。它由電渦流傳感器、正弦波振蕩器、濾波電路、檢波電路、信號(hào)處理電路、LCD顯示電路、電源電路組成：，它們分別構(gòu)成兩個(gè)LC正弦波振蕩電路的電感部分，在電路中以平衡差動(dòng)方式工作，用來(lái)檢側(cè)當(dāng)金屬物出現(xiàn)時(shí)線(xiàn)圈電感參數(shù)的變化。此時(shí)，電路分成兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的測(cè)量電路，分別經(jīng)濾波電路后對(duì)所得的新的信號(hào)量進(jìn)行處理。整個(gè)系統(tǒng)上電后開(kāi)始運(yùn)行，光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)被測(cè)產(chǎn)品是否到達(dá)被測(cè)區(qū)域入口,確定后啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)模擬信號(hào)電壓進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，同時(shí)數(shù)據(jù)送給微處理器處理判斷是否超出預(yù)定電壓值，由此判斷是否含有金屬，使自動(dòng)報(bào)瞥顯示電路立即動(dòng)作，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)點(diǎn)亮相應(yīng)的LED燈數(shù)，液晶顯示系統(tǒng)狀態(tài)為“停止”。圖26 ADC0809型芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)有八路模擬開(kāi)關(guān)，可對(duì)八路模擬電壓量實(shí)現(xiàn)分時(shí)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換速度為100us（即10千次/秒）。特定知識(shí)則存在記憶上的問(wèn)題。生物識(shí)別技術(shù)(Biemo tricIdentificationTechnology)是利用人體生物特征進(jìn)行身份認(rèn)證的一種技術(shù)。顯然，相對(duì)于傳統(tǒng)的身份證、密碼等，生物特征“隨身攜帶”，不存在遺失、遺忘的問(wèn)題，更難于用窮舉法和智能方法破解。與傳統(tǒng)身份鑒定相比，生物識(shí)別技術(shù)具有以下特點(diǎn)：：生物特征是人體固有的特征，與人體是唯一綁定的，具有隨身性。：每個(gè)人都具有這種特征。迄今為止，最為人們所關(guān)注、最為成熟的生物識(shí)別技術(shù)就是指紋識(shí)別。 非接觸式IC卡技術(shù) IC卡技術(shù)簡(jiǎn)介IC卡是集成電路卡的英文名稱(chēng)，即Integrated CircuitCard的縮寫(xiě)。IC卡可以按照多種方法進(jìn)行分類(lèi)，按照卡中所鑲嵌的集成電路的不同，IC卡可以分為存儲(chǔ)卡、邏輯加密卡和CPU卡。非接觸式IC卡的集成電路不向外引出觸點(diǎn)，通過(guò)線(xiàn)圈射頻感應(yīng)從讀卡器獲取能量和交換數(shù)據(jù)，因而又稱(chēng)這種IC卡為感應(yīng)式卡或射頻(RF)卡?？梢?jiàn)，非接觸式IC卡不僅代表著IC卡技術(shù)發(fā)展多年的結(jié)晶，也象征著IC卡的應(yīng)用又提高到一個(gè)新的階段。其中尋呼器的主要組成部分是無(wú)線(xiàn)收發(fā)器、處理機(jī)和天線(xiàn)等。應(yīng)答器是射頻識(shí)別技術(shù)的關(guān)鍵。 非接觸式IC卡由天線(xiàn)和芯片模塊組成。非接觸式IC卡的工作過(guò)程如下：(1) 讀卡器將載波信號(hào)經(jīng)天線(xiàn)向外發(fā)送。(5) 后臺(tái)計(jì)算機(jī)根據(jù)卡號(hào)的合法性，針對(duì)不同應(yīng)用做出相應(yīng)的處理和控制。(2) 防沖突機(jī)制：如果在操作過(guò)程中同時(shí)出現(xiàn)多張卡，如何防止卡之間的數(shù)據(jù)干擾，保證讀/寫(xiě)卡操作的正確完成。所以在功耗參數(shù)上要求盡量的小，這樣射頻信號(hào)的能量才能滿(mǎn)足IC卡的工作要求。因此，調(diào)制解調(diào)方式對(duì)通信的完成是非常的關(guān)鍵的，采用什么樣的調(diào)制解調(diào)方式直接影響到通信的可靠性和安全性。參照ISO/IEC 1443標(biāo)準(zhǔn)，近耦合卡有兩種卡型——Type A型和Type B型。 Mifare 1 S70 卡目前，以Philips公司為首的基于Type A標(biāo)準(zhǔn)的陣營(yíng)占領(lǐng)了非接觸IC卡市場(chǎng)的90%以上，而Type B由于是從理論上升到標(biāo)準(zhǔn)再進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域，是一個(gè)新的技術(shù)規(guī)范，市場(chǎng)占有率很小，目前包括ST和Motorola都只是處于展示推廣階段。所以IC卡的存儲(chǔ)容量最好在1K字節(jié)以上。其中S50型容量為1K字節(jié)，S70型容量為4K字節(jié)。Mifare 1 S70卡采用了先進(jìn)的芯片制造工藝制作。操作距離可達(dá)l00mm，與讀卡器的通信速率高達(dá)106Kbit/s?？ㄆ系臄?shù)據(jù)讀寫(xiě)可超過(guò)10萬(wàn)次以上，數(shù)據(jù)保存期可達(dá)10年以上，且卡片抗靜電保護(hù)能力達(dá)2KV以上。POR(復(fù)位)模塊主要是對(duì)卡片上的各個(gè)電路進(jìn)行上電復(fù)位，使各電路同步啟動(dòng)工作。在卡的認(rèn)證過(guò)程中，Mifare 1 S 70使用了三輪認(rèn)證技術(shù)，認(rèn)證過(guò)程是這樣進(jìn)行的：(A)環(huán)：由Mifare1 卡片向讀卡器發(fā)送一個(gè)隨機(jī)數(shù)據(jù)RB；(B)環(huán)：由 讀卡器收到RB后向Mifare1 卡片發(fā)送一個(gè)令牌數(shù)據(jù)TOKENAB，其中包含了讀卡器發(fā)出的一個(gè)隨機(jī)數(shù)據(jù)RA；(C)環(huán)：Mifare1 卡片收到TOKENA B后，對(duì)TOKENA B的加密的部分進(jìn)行解密，并校驗(yàn)第一次由(A)環(huán)中Mifare 1卡片發(fā)出去的隨機(jī)數(shù)RB是否與(B)環(huán)中接收到的TOKENA B中的RB相一致；(D)環(huán)：如果(C)環(huán)校驗(yàn)是正確的，則Mifare1 卡片向讀卡器發(fā)送令牌TOKEN BA給讀卡器；(E)環(huán)：讀卡器收到令牌TOKEN BA后，讀卡器將對(duì)令牌TOKEN BA中的RB(隨機(jī)數(shù))進(jìn)行解密；并校驗(yàn)第一次由(B)環(huán)中讀卡器發(fā)出去的隨機(jī)數(shù)RA是否與(D)環(huán)中接收到的TOKEN BA中的RA相一致；如果上述的每一個(gè)環(huán)都為“真”，都能正確通過(guò)驗(yàn)證，則整個(gè)的認(rèn)證過(guò)程將成功。每個(gè)塊有16個(gè)字節(jié)。用于存取控制的4個(gè)字節(jié)控制著本扇區(qū)所有塊(包括數(shù) 據(jù)塊和密碼塊)的存取權(quán)限。扇區(qū)0的塊0是特殊的，是廠(chǎng)商代碼，已固化，不可改寫(xiě)。使用指紋識(shí)別技術(shù)可以省去記憶密碼的煩惱，而且指紋的特殊性決定了更高的安全性。首先使用指紋圖像采集器讀取指紋圖像，然后由PC機(jī)處理指紋圖像并提取其特征值，最后與IC卡中的指紋特征數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)完成身份認(rèn)證。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是避免手工輸入用戶(hù)ID號(hào)的環(huán)節(jié)，使用方便、自動(dòng)化程度高。這種方式的優(yōu)點(diǎn)：驗(yàn)證時(shí)不需要網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)的支持，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、費(fèi)用低。它首先需要通過(guò)傳感器來(lái)采集用戶(hù)的指紋圖像，這時(shí)候采集的指紋圖像一般需要對(duì)同一枚指紋采集多次，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)選取效果最佳的一枚指紋圖像進(jìn)行處理，在完成圖像增強(qiáng)、銳化等處理之后，就可以提取的指紋特征值，寫(xiě)入到指紋IC卡中，寫(xiě)入的指紋數(shù)據(jù)也稱(chēng)作模板，不同的指紋算法得到的模板大小也不盡相同，但是一般不會(huì)超過(guò)1K字節(jié)大小。：如果發(fā)卡時(shí)采集的是拇指、食指或者中指三枚指紋，這時(shí)候就可以任意采集持卡人的這三枚指紋中的一枚。根據(jù)上述功能要求，系統(tǒng)的硬件部分主要包括指紋識(shí)別模塊、微處理器、IC讀卡器、電源管理器件、存儲(chǔ)器等。控制整個(gè)系統(tǒng)，對(duì)各個(gè)部分發(fā)出指令和控制。本次設(shè)計(jì)一體化指紋IC卡設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)如圖34所示。根據(jù)他們之間的協(xié)議，設(shè)計(jì)編寫(xiě)他們之間的通訊程序。微處理器與上位機(jī)的通訊程序模塊：負(fù)責(zé)通過(guò)USB協(xié)議實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的通訊。圖41為本系統(tǒng)的硬件整體結(jié)構(gòu)圖。片內(nèi)128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。LPC2210ARM微處理器為144腳封裝，內(nèi)部具有2個(gè)32位定時(shí)器、4路10位ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器、9個(gè)外部中斷源、多達(dá)76個(gè)通用IO口。型號(hào)ARM7DTIM 中T代表支持16位壓縮指令集 (Thmub指令集)，D代表支持片上Debug，M代表內(nèi)嵌硬件乘法器 (Mu ltiplier)，I代表支持片上斷電和調(diào)試點(diǎn)(ICE)。，每組的容量高達(dá)16M字節(jié)。，扣執(zhí)行。 LPC2210ARM微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)概述LPC2210ARM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖42所示，它包含一個(gè)支持仿真的ARM7TDMI –S微處理器、與片內(nèi)存儲(chǔ)器控制器接口的ARM7局部總線(xiàn)、與中斷控制器接口的AMBA 高性能總線(xiàn)和連接片內(nèi)外設(shè)功能的VLSI外設(shè)總線(xiàn)。VPB外設(shè)也分配了2M字節(jié)的地址空間，每個(gè)VPB外設(shè)在VPB地址空間內(nèi)都分配了16K字節(jié)地址空間。一個(gè)好的系統(tǒng)電源，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)工作穩(wěn)定性的提高、減少系統(tǒng)故障率都有極其重要的作用。由于本系統(tǒng)中指紋識(shí)別模塊需要5V直流電源，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)還要考慮5V電源的供電。為了保證可靠性并為以后升級(jí)留下余量。合乎技術(shù)參數(shù)的低壓差模擬電源芯片很多，本系統(tǒng)采用性?xún)r(jià)比較高的SPXlll7芯片。當(dāng)輸出電流減少時(shí)，靜態(tài)電流隨負(fù)載變化，并提高效率。這樣，就需要前級(jí)電路調(diào)整一下。鑒于本指紋識(shí)別系統(tǒng)功率較小，且考慮到成本問(wèn)題，因而采用了圖44所示的模擬電源設(shè)計(jì)。為解決這個(gè)問(wèn)題，所有微處理器有一個(gè)復(fù)位邏輯，它負(fù)責(zé)將微處理器初始化為某個(gè)確定的狀態(tài)。圖45為最