【正文】 高的是指紋儀和手形機，這兩種識別方式也是目前技術(shù)發(fā)展中最成熟的。每個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，基于生物特征識別的身份識別技術(shù)已漸漸成為身份識別的重要手段。傳統(tǒng)方法的缺點是：特定持有物易丟失、被盜和遺忘。ADC0809型芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖26。它利用的原理是相敏原理，它的輸出為兩個正弦波正交分解的量。 金屬探測器的系統(tǒng)構(gòu)成如圖24所示為本次設(shè)計所采用的金屬探測器的系統(tǒng)組成框圖。根據(jù)以往的設(shè)計經(jīng)驗可知，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，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，因而輸出微分信號為零。(2) 自激感應(yīng)式檢測電路自激振蕩式金屬探測器多數(shù)采用LC振蕩器作為金屬物體的探測電路，工廠或礦山應(yīng)用較多。探測振蕩器的振蕩頻率: 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物體的性質(zhì)和大小有關(guān)。正是本著這樣一個設(shè)計思路來構(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，則渦電流強度越大，對原磁場的抑制作用越強。對于緊密纏繞N匝的線圈，線圈中心軸線上一點的磁感應(yīng)強度則為： (22)由公式(22)可知，當(dāng)線圈有效探測范圍內(nèi)無金屬物時， (非金屬的相對磁導(dǎo)率)，線圈中心磁感應(yīng)強度B保持不變，當(dāng)線圈有效探測范圍內(nèi)出現(xiàn)鐵磁性金屬物時，會變大，B隨也會變大。生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大對金屬檢測機自動化水平與管理維護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)、機場或其它安檢場所等金屬檢測機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金屬檢測機的嚴(yán)格檢驗；在紡織服裝業(yè)，成衣必須通過金屬檢測機的嚴(yán)格檢驗，此時金屬檢測機通常以檢針機的形式出現(xiàn)；在木材加工業(yè)，通過金屬檢測機檢驗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：在機場、重要會議等安檢場所，旅客、與會人員等通常要求接受相應(yīng)的安全檢查，此時金屬檢測機則以安檢門的形式出現(xiàn)。第二章 金屬檢測 金屬檢測機概述 全球第一臺金屬探測器誕生于1960年，最初的金屬探測器主要應(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)計內(nèi)容本設(shè)計擬實現(xiàn)一個簡易的飛機場安檢系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)飛機場安檢系統(tǒng)的主要功能，對旅客行李中是否帶有金屬物品進(jìn)行檢測及對旅客身份的認(rèn)證。為此國內(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 飛機場安檢系統(tǒng)目 錄第一章 前言 1 背景 1 設(shè)計內(nèi)容 1 金屬檢測部分 1 身份識別 1第二章 金屬檢測 3 金屬檢測機概述 3 金屬探測器工作原理 4 傳感器原理 4 基本檢測電路及其原理 5 金屬探測器的系統(tǒng)構(gòu)成 8第三章 旅客身份認(rèn)證 11 身份識別技術(shù)概述 11 非接觸式IC卡技術(shù) 12 IC卡技術(shù)簡介 12 Mifare 1 S70 卡 16 一體化指紋IC卡設(shè)備的設(shè)計方法 19第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 23 LPC2210ARM微處理器 24 LPC2210ARM微處理器簡介 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 天線電路設(shè)計 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 37 金屬探測模塊軟件設(shè)計 37 指紋識別模塊軟件設(shè)計 38 非接觸式IC卡讀卡器主程序設(shè)計 40 指紋識別模塊接口程序設(shè)計 44 LCD接口程序設(shè)計 47第六章 結(jié)束語 51參考資料 52致謝 53第一章 前言 背景最近幾年國內(nèi)外民航的安全管理水平上了一個很大的臺階。機場作為民航旅客出入的唯一門戶，近年來對其安全保障亦隨之愈加重視。整個系統(tǒng)由兩部分組成，一部分完成金屬物品的檢測，另一部分實現(xiàn)對旅客身份的識別和認(rèn)證。隨后于1970年，隨著社會的不斷發(fā)展，金屬探測器被引入一個新的應(yīng)用領(lǐng)域—安全檢查，其廣泛運用于民航、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器的雛形，它的出現(xiàn)意味著人類對安全的認(rèn)知已步入了一個新的時代。金屬檢測機作為一種廣泛應(yīng)用于食品加工業(yè)、紡織服裝業(yè)、木材加工業(yè)、機場或其它安檢場所的機電設(shè)備，其性能指標(biāo)主要體現(xiàn)在檢測精度和操控性兩個方面，其中操控性決定于檢測機的控制系統(tǒng)實現(xiàn)。當(dāng)前金屬檢測機控制系統(tǒng)除實現(xiàn)基本的監(jiān)控功能外，對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、檢測精度的設(shè)定、檢測結(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中時，金屬導(dǎo)體內(nèi)就會產(chǎn)生自行閉合的感應(yīng)電流，這就是金屬的渦流效應(yīng)。通過以上分析可知，當(dāng)有金屬物靠近通電線圈平面附近時，無論是介質(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)強度B的變化。 基本檢測電路及其原理 目前，國內(nèi)感應(yīng)式金屬探測器根據(jù)基木原理和檢測線路的不同，大致可分為差拍式、自激感應(yīng)式。當(dāng)被探測物體是鐵磁性材料時，由于導(dǎo)磁率高，使探測線圈的總電感量增加，變成當(dāng)被檢測物體是非磁性材料的金屬，由于金屬物體的渦流損耗，使探測線圈的電感量減少，變成,通常，它們的大小取決于被探測物體的性質(zhì)和形狀。其檢測電路框圖如圖22所示。當(dāng)金屬物體經(jīng)過線圈時，振蕩器的振幅降低后又恢復(fù)，檢波后的直流電壓產(chǎn)生一個降低的波動，經(jīng)微分電路微分后，將有脈沖信號輸出。根據(jù)電磁場理論，發(fā)射線圈產(chǎn)生的交變磁場在兩個差動連接的接收線圈中分別產(chǎn)生一個同頻、反相、等幅的感應(yīng)電動勢，兩者相消即形成接收平衡。當(dāng)傳感器的接收信號山于外界干擾產(chǎn)生較大變化時，檢波信號必然要受到影響。它由電渦流傳感器、正弦波振蕩器、濾波電路、檢波電路、信號處理電路、LCD顯示電路、電源電路組成：，它們分別構(gòu)成兩個LC正弦波振蕩電路的電感部分，在電路中以平衡差動方式工作，用來檢側(cè)當(dāng)金屬物出現(xiàn)時線圈電感參數(shù)的變化。此時，電路分成兩個對稱的測量電路，分別經(jīng)濾波電路后對所得的新的信號量進(jìn)行處理。整個系統(tǒng)上電后開始運行，光電開關(guān)檢測被測產(chǎn)品是否到達(dá)被測區(qū)域入口,確定后啟動A/D轉(zhuǎn)換器對模擬信號電壓進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，同時數(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，使自動報瞥顯示電路立即動作，電機停止運轉(zhuǎn)，同時點亮相應(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)有八路模擬開關(guān)，可對八路模擬電壓量實現(xiàn)分時轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換速度為100us（即10千次/秒）。特定知識則存在記憶上的問題。生物識別技術(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，生物識別技術(shù)具有以下特點：：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、最為成熟的生物識別技術(shù)就是指紋識別。 非接觸式IC卡技術(shù) IC卡技術(shù)簡介IC卡是集成電路卡的英文名稱，即Integrated CircuitCard的縮寫。IC卡可以按照多種方法進(jìn)行分類，按照卡中所鑲嵌的集成電路的不同，IC卡可以分為存儲卡、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，通過線圈射頻感應(yīng)從讀卡器獲取能量和交換數(shù)據(jù)，因而又稱這種IC卡為感應(yīng)式卡或射頻(RF)卡。可見，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)用又提高到一個新的階段。其中尋呼器的主要組成部分是無線收發(fā)器、處理機和天線等。應(yīng)答器是射頻識別技術(shù)的關(guān)鍵。 非接觸式IC卡由天線和芯片模塊組成。非接觸式IC卡的工作過程如下：(1) 讀卡器將載波信號經(jīng)天線向外發(fā)送。(5) 后臺計算機根據(jù)卡號的合法性，針對不同應(yīng)用做出相應(yīng)的處理和控制。(2) 防沖突機制：如果在操作過程中同時出現(xiàn)多張卡，如何防止卡之間的數(shù)據(jù)干擾，保證讀/寫卡操作的正確完成。所以在功耗參數(shù)上要求盡量的小，這樣射頻信號的能量才能滿足IC卡的工作要求。因此，調(diào)制解調(diào)方式對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)的陣營占領(lǐng)了非接觸IC卡市場的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，是一個新的技術(shù)規(guī)范，市場占有率很小，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。卡片上的數(shù)據(jù)讀寫可超過10萬次以上，數(shù)據(jù)保存期可達(dá)10年以上，且卡片抗靜電保護能力達(dá)2KV以上。POR(復(fù)位)模塊主要是對卡片上的各個電路進(jìn)行上電復(fù)位，使各電路同步啟動工作。在卡的認(rèn)證過程中，Mifare 1 S 70使用了三輪認(rèn)證技術(shù)，認(rèn)證過程是這樣進(jìn)行的：(A)環(huán)：由Mifare1 卡片向讀卡器發(fā)送一個隨機數(shù)據(jù)RB；(B)環(huán)：由 讀卡器收到RB后向Mifare1 卡片發(fā)送一個令牌數(shù)據(jù)TOKENAB，其中包含了讀卡器發(fā)出的一個隨機數(shù)據(jù)RA；(C)環(huán)：Mifare1 卡片收到TOKENA B后，對TOKENA B的加密的部分進(jìn)行解密，并校驗第一次由(A)環(huán)中Mifare 1卡片發(fā)出去的隨機數(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，讀卡器將對令牌TOKEN BA中的RB(隨機數(shù))進(jìn)行解密；并校驗第一次由(B)環(huán)中讀卡器發(fā)出去的隨機數(shù)RA是否與(D)環(huán)中接收到的TOKEN BA中的RA相一致；如果上述的每一個環(huán)都為“真”，都能正確通過驗證，則整個的認(rèn)證過程將成功。每個塊有16個字節(jié)。用于存取控制的4個字節(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，是廠商代碼，已固化，不可改寫。使用指紋識別技術(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)行比對完成身份認(rèn)證。這種方式的優(yōu)點是避免手工輸入用戶ID號的環(huán)節(jié)，使用方便、自動化程度高。這種方式的優(yōu)點：驗證時不需要網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫的支持，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、費用低。它首先需要通過傳感器來采集用戶的指紋圖像，這時候采集的指紋圖像一般需要對同一枚指紋采集多次，系統(tǒng)會自動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、銳化等處理之后，就可以提取的指紋特征值，寫入到指紋IC卡中，寫入的指紋數(shù)據(jù)也稱作模板，不同的指紋算法得到的模板大小也不盡相同，但是一般不會超過1K字節(jié)大小。：如果發(fā)卡時采集的是拇指、食指或者中指三枚指紋，這時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別模塊、微處理器、IC讀卡器、電源管理器件、存儲器等?？刂普麄€系統(tǒng)，對各個部分發(fā)出指令和控制。本次設(shè)計一體化指紋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)計編寫他們之間的通訊程序。微處理器與上位機的通訊程序模塊：負(fù)責(zé)通過USB協(xié)議實現(xiàn)上位機與下位機的通訊。圖41為本系統(tǒng)的硬件整體結(jié)構(gòu)圖。片內(nèi)128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。LPC2210ARM微處理器為144腳封裝，內(nèi)部具有2個32位定時器、4路10位ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器、9個外部中斷源、多達(dá)76個通用IO口。型號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(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，它包含一個支持仿真的ARM7TDMI –S微處理器、與片內(nèi)存儲器控制器接口的ARM7局部總線、與中斷控制器接口的AMBA 高性能總線和連接片內(nèi)外設(shè)功能的VLSI外設(shè)總線。VPB外設(shè)也分配了2M字節(jié)的地址空間，每個VPB外設(shè)在VPB地址空間內(nèi)都分配了16K字節(jié)地址空間。一個好的系統(tǒng)電源，對整個系統(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)中指紋識別模塊需要5V直流電源，因此系統(tǒng)設(shè)計還要考慮5V電源的供電。為了保證可靠性并為以后升級留下余量。合乎技術(shù)參數(shù)的低壓差模擬電源芯片很多，本系統(tǒng)采用性價比較高的SPXlll7芯片。當(dāng)輸出電流減少時，靜態(tài)電流隨負(fù)載變化，并提高效率。這樣，就需要前級電路調(diào)整一下。鑒于本指紋識別系統(tǒng)功率較小，且考慮到成本問題，因而采用了圖44所示的模擬電源設(shè)計。為解決這個問題，所有微處理器有一個復(fù)位邏輯，它負(fù)責(zé)將微處理器初始化為某個確定的狀態(tài)。圖45為最