【正文】 ............................................................................................... 47 致謝 .......................................................................................................................................... 61 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 第一章 引 言 指紋識(shí)別技術(shù)概述 長(zhǎng)期以來(lái)，在人類(lèi)社會(huì)活動(dòng)中需要驗(yàn)證個(gè)人身份時(shí)，傳統(tǒng)的方法是驗(yàn)證該人是否持有有效的證明文件或信物，如照片、密碼、磁卡等。 最后， 文 中 對(duì) 調(diào)試過(guò)程中碰到的一些問(wèn)題 進(jìn)行了闡述，給出了 解決 方 法，并 對(duì) 進(jìn)一步優(yōu)化 系統(tǒng) 提出了建議。隨著指紋傳感器性能的不斷提升 以 及指紋識(shí)別技術(shù) 的 發(fā)展與應(yīng)用，高質(zhì)量的指紋采集技術(shù) 已 成為一個(gè)重要的研究課題。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 注 意 事 項(xiàng) （論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300 字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁(yè)（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7） 參考文獻(xiàn) 8）致謝 9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)） ：理工類(lèi)設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于 1 萬(wàn)字（不包括圖紙、程序清單等），文科類(lèi)論文正文字?jǐn)?shù)不少于 萬(wàn)字。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說(shuō)明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日 期： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交 的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 ：任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。 本論文對(duì)指紋 采集 系統(tǒng)做了 初步的研究 及設(shè)計(jì) ，主要做了以下 幾方面 工作： 首先，分析了本課題 的 研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向，闡述了本課題研究的必要性。 關(guān)鍵詞： FPS200； 指紋 采集 ； μC/OSⅡ ； ARM615內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） The Investigation and Design of Embedded Fingerprint Acquisition System—— Fingerprint Acquisition and Comprehensive Design Abstract Fingerprint data acquisition is the most pivotal sector in the fingerprint identification technology. As the rapid development of fingerprint sensors and the wide application of related technology, high quality fingerprint image acquisition will bee a significant issue. This paper did some elementary research on embedded automated fingerprint acquisition system, it mainly includes the following several aspects: Firstly, this paper analyses the study actuality and development direction of this task, and explains the necessity of this task. Thinking of the high performance and low cost of ARMchip, in this paper we construct an embedded fingerprint acquisition system based on the EasyARM615 and μC/OSⅡ . Secondly, this paper selects the fingerprint chips, confirms the system overall concept, designs the hardware of the system. As the software aspect, we have designed the FPS200 driver, the fingerprint gathering procedure, the munication serial procedure and so on. At last, this paper elaborates some problems encountered in system debugging, gives methods how to solve them, and some suggestions for system optimization are also provided. Key words: FPS200。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，這種方法驗(yàn)證的是該人所持有的某種“物”，而不是驗(yàn)證其本人。 生物識(shí)別技術(shù)是基于個(gè)人獨(dú)特的生理和行為特征進(jìn)行自動(dòng)身份驗(yàn)證的一種方法，它是隨著信息技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的一種新型的身份認(rèn)證技術(shù)。 2. 獨(dú)特性：指紋有明顯的獨(dú)特性，沒(méi)有兩個(gè)指紋完全相同的人，同一個(gè)人的十指指紋也有明顯的不同。 從指紋識(shí) 別技術(shù)的特點(diǎn)可以看出，指紋識(shí)別技術(shù)作為身份驗(yàn)證有著極大的優(yōu)越性。 課題研究的 目的 和意義 現(xiàn)在 指紋識(shí)別技 術(shù)發(fā)展空間越來(lái)越廣闊，但是在進(jìn)行指紋識(shí)別之前，必須要采集一個(gè)清晰，可靠的指紋數(shù)據(jù)，才能為后續(xù)的識(shí)別工作打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)，可以說(shuō)，指紋采集是指紋識(shí)別技術(shù)中最為關(guān)鍵的一環(huán)。所謂“離線式”就是指在指紋采集時(shí)，利用某些中間介質(zhì) (如油墨和紙張 )來(lái)獲取指紋圖像，在 通過(guò)一定的技術(shù)手段將圖像數(shù)字化 并 輸入計(jì)算機(jī)，它屬于非實(shí)時(shí)采集。 綜上所述，對(duì)于應(yīng)用前景更為廣泛的嵌入式自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，指紋原始圖像內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 數(shù)據(jù)采集顯得尤為重要。 90 年代中期開(kāi)始出現(xiàn)半導(dǎo)體的指紋傳感器。 90 年代末到現(xiàn)在，由于半導(dǎo)體指紋傳感器的出現(xiàn)，使得指紋識(shí)別的應(yīng)用領(lǐng)域迅速擴(kuò)大，在個(gè)人電腦上、個(gè)人數(shù)字助理、掌上電腦、手機(jī)等很多領(lǐng)域都開(kāi)始使用 AFIS 技術(shù)，所以指紋采集的研究重點(diǎn)從光學(xué)傳感器轉(zhuǎn)移到了半導(dǎo)體傳感器。美國(guó)的 East Shore， Digital Persona， Veridi 等公司都有自動(dòng)指紋識(shí)別產(chǎn)品面世。國(guó)內(nèi)上百家從事指紋識(shí)別技術(shù)應(yīng)用的企業(yè)除了北大高科，中科院自動(dòng)化所和西安青松等幾家科研機(jī)構(gòu)擁有自主產(chǎn)權(quán)外，其 它 的多以代理國(guó)外產(chǎn)品為主，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán) 的 核心技術(shù)不多。 論文的主要內(nèi)容 第 1 章 引言 介紹了 指紋識(shí)別技術(shù)， 課題 研究 的 目的 和意義 及 指紋 采集的研究現(xiàn)狀。 第 6 章 總結(jié)與展望 主要總結(jié)了 設(shè)計(jì) 所取得的成果 ，并為 后續(xù)研究 提出 了 一些 建 議。該指紋采集系統(tǒng)能夠簡(jiǎn)便、快速、低成本 的 獲取可靠的原始指紋灰度圖像 ，但由于控制芯片性能的限制，不能嵌入操作系統(tǒng)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性較差 。但是 DSP處理的控制能力比較差，而且價(jià)格比較昂內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 貴 ， 適于高端指紋識(shí)別系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。 本設(shè)計(jì)采用方案 3進(jìn)行設(shè)計(jì)，用 ARM處理器和 FPS200指紋傳感器實(shí)現(xiàn)指紋采集，指紋圖像的處理和顯示在 PC機(jī)中實(shí)現(xiàn)。 應(yīng) 用 程 序設(shè) 備 驅(qū) 動(dòng) 程 序μ C / O S Ⅱ 操 作 系 統(tǒng)A R M 開(kāi) 發(fā) 板 + 指 紋 傳 感 器 圖 指紋采集系統(tǒng)框圖 硬件設(shè)計(jì) 圖 硬件 系統(tǒng) 框圖 硬件 系統(tǒng) 框圖如圖 所示。 2. ARM 處理器：控制指紋傳感器采集指紋圖像，將指紋數(shù)據(jù)上傳給 PC 機(jī)。它具有可移植性強(qiáng)、可裁減、完全搶占式多任務(wù)的實(shí)時(shí)內(nèi)核、任務(wù)棧、系統(tǒng)服務(wù)、可固化、穩(wěn)定性、中斷管理等特點(diǎn)，對(duì)于對(duì)實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性要求很高的指紋系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，引入 μC/OSⅡ 無(wú)疑將大大改善其性能。 指紋是手指末端正面皮膚上凸凹不平產(chǎn)生的紋路?；炯y路圖案有環(huán)型、弓型、螺旋型。由于兩枚不同的指紋不會(huì)產(chǎn)生相同的特征數(shù)據(jù)，所以通過(guò)對(duì)所采 集到的指紋圖像的特征數(shù)據(jù)和存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中的指紋特征數(shù)據(jù)進(jìn)行模式匹配，計(jì)算出他們的相似程度，最終得到兩枚指紋的匹配結(jié)果，根據(jù)匹配結(jié)果來(lái)鑒別用戶身份 [5]。下面簡(jiǎn)單介紹一下這幾類(lèi)指紋傳感器。 光學(xué) 指紋 傳感器生產(chǎn)廠商如國(guó)外的 Identix、 SecuGen 等公司，國(guó)內(nèi)的長(zhǎng)春光機(jī)所為刑偵部門(mén)研制的光學(xué)傳感器也具有相當(dāng)高的水平。該類(lèi)型較典型的產(chǎn)品為 Veridi公司的 FPS1 FPS200 指紋傳感器，如圖 所示。 圖 光學(xué)指紋傳感器 圖 電容式指紋傳感器 FPS200 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 3. 溫度 指紋 傳感器 溫度傳感器通過(guò)感應(yīng)壓在傳感器設(shè)備上的指紋的脊和谷的溫度來(lái)獲得指紋圖像。壓力傳感器的特點(diǎn)是成本低、體積小、耗電量少，但易受干擾，表面材料耐磨損能力差。但是由于成本較高，限制了該技術(shù)的推廣應(yīng)用。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 第三章 指紋 采集系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì) 整個(gè)指紋采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為兩部分 ： 硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。本章將逐步講述以上三大模塊的硬件設(shè)計(jì)以及 ARM 的外圍電路設(shè)計(jì)。 FPS200 每一列有 2 組采樣保持電路。 FPS200 表面運(yùn)用專(zhuān)利技術(shù)制成，表面涂層異常堅(jiān)固耐用，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 能承受超過(guò) 8KV 的靜電放電，即便在惡劣的環(huán)境中也能正常的使用。 FPS200 的圖像搜索功能 (Image seek TM)通過(guò)改變電容陣列的參數(shù)值可在 1 秒種以?xún)?nèi)掃描多幅指紋圖像并自動(dòng)選擇最好的一幅。在 SPI 模式下， FPS200 的圖像傳 輸速度為 10 幀/秒。 FPS200 的 結(jié)構(gòu) 與性能 FPS200 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 ? D [7:0] 為雙向數(shù)據(jù)總線，在 SPI 和 USB 模式下處于斷開(kāi)狀態(tài)。 ? WR為寫(xiě)允許端，低電平有效。 ? CS0 為低電平有效的芯片選擇端， CS1 為高電平有效的芯片選擇端， CS0 和 CS1 引腳的功能是由 MODE0 和 MODE1 這兩個(gè)引腳的狀態(tài)決定的。另外，在 MCU 和 SPI 模式下，這兩個(gè)引腳可分別加一上拉電阻至電源或接地。 INTR只能在 MCU 和 SPI 模式下使用，在 USB 模式下應(yīng)處于斷開(kāi)狀態(tài)。特別建議通過(guò)一個(gè)電阻將此引腳接地。 ? XTAL1 和 XTAL2 為內(nèi)部晶體振蕩器的輸入和輸出端。 FPS200 的操作模式如表 31所 示 [3]。本設(shè)計(jì) 選用 SPI 接口模式對(duì)指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。硬件接口框圖如圖 所示。 FPS200接口電路設(shè)計(jì)參見(jiàn)附錄 A。此外，控 制器還采用了 ARM 可兼容 Thumb174。該開(kāi)發(fā)套件采用 USB 接口供電，標(biāo)配有 USB 電源適配器。當(dāng)誤插入大于 6V 電源時(shí)， 管導(dǎo)通， 管將電壓限制在 5V 左右，保護(hù)板上的其它器件不被損壞；當(dāng)電流大于 500mA 時(shí)，自恢復(fù)保險(xiǎn)絲 SMD050 電阻變得很大，保護(hù)電源不被損壞。它是 1985 年制定的檢測(cè) PCB 和 IC 芯片的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)， 1990 年被修改后成為 IEEE 的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，即 — 1990。 JTAG 最初是用來(lái)對(duì)芯片進(jìn)行測(cè)試的，基本原理是在器件內(nèi)部定義一個(gè) TAP(Test Access Port：測(cè)試訪問(wèn)口 )， 通過(guò)專(zhuān)用的 JTAG