【正文】 像數(shù)據(jù)，實時傳輸給計算機。 同時 作為生物特征的指紋雖然穩(wěn)定性很好，但是仍然存在脫皮、外傷等問題，這對高質(zhì)量的指紋采集技術(shù)產(chǎn)生 了 極大的挑戰(zhàn)，也是 自動指紋識別系統(tǒng) 研究者需要努力克服的問題。它可廣泛應(yīng)用于電子商務(wù)身份認證、網(wǎng)絡(luò)安全認證、銀行證券身份認證、社保系統(tǒng)身份認證、門禁、考勤、考試身份認證等領(lǐng)域。 4. 十指指紋各不相同，可以方便的構(gòu)成多種信息的組合。研究和經(jīng)驗表明，生物識別技術(shù)可以利用的人體生理特征有：指紋、掌紋、面孔、聲音、虹膜、視網(wǎng)膜、骨架等等，每個人的這些特征都與別人不同，并且終生不變，因此就可以據(jù)此識別出人的身份。這種以“物”認人辦法的漏洞是顯而易見的，首先：合法的人如果遺失驗證其身份的“物”，則合法的人本身得不到合法的驗證；其次：各種偽造證件、信物以及密碼被破譯或盜用又使非法的人得到合法的驗證。 μC/OSⅡ 。 而后， 根據(jù)設(shè)計要求對 指紋 芯片進行了選型，確定了 系統(tǒng) 的 總體 設(shè)計 方案 ， 設(shè)計了硬件 開發(fā) 平臺 ； 在軟件方面， 編寫并調(diào)試了 FPS200 驅(qū)動 程序 、指紋采集 程序、串行 通信 程序等 。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫 3）畢業(yè) 論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂 3）其它 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 嵌入式指紋采集系統(tǒng)的研究與設(shè)計 —— 指紋 采集 與綜合設(shè)計 摘 要 指紋采集技術(shù)是指紋識別技術(shù)中最為關(guān)鍵 的 技術(shù)之一。 涉密論文按學校規(guī)定處理。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人授權(quán) 大學可以將 本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫 2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標準規(guī)范。考慮到基于 ARM 體系結(jié)構(gòu)的芯片所具有 的 強大處理能 力 和低廉的價格 ， 本 設(shè)計 采用EasyARM615 開發(fā)套件 和 μC/OSⅡ 操作系統(tǒng)來構(gòu)建一個嵌入式指紋 采集 系統(tǒng)。 Fingerprint Acquisition。只要“物”的有 效性得到確認，則持有該“物”的人的身份也就隨之得到確認。人體的身體特征具有不可復制的特點，并且有唯一性和穩(wěn)定性，這是 生物識別技術(shù)的基礎(chǔ)。 3. 指紋樣本便于獲取，指紋采集硬件設(shè)備容易實現(xiàn)，識別系統(tǒng)開發(fā)比較 容易。指紋識別系統(tǒng)過去主要應(yīng)用于刑偵系統(tǒng)， 近幾年來，它逐漸走向更為廣泛的民用市場。所以在指紋識別技術(shù)中，人們越來越重視指紋采集技術(shù)的研究。目前“離線式”采集方式在大多數(shù) 場合已經(jīng)消失。而從指紋技術(shù)的最前端環(huán)節(jié) —— 指紋傳感器 ， 開發(fā)出自己特有的圖 像采集系統(tǒng)，是本課題研究的目標，也就是要實現(xiàn)基于 ARM 芯片和 FPS200 指紋傳感器的 “在線式” 指紋圖像采集系統(tǒng)。最初的這類傳感器采集的圖像質(zhì)量和光學傳感器有較大的差距，但是隨著半導體技術(shù)的進步，它采集的圖像質(zhì)量也越來越高，現(xiàn)在這兩 種傳感器采集的圖像質(zhì)量差距已經(jīng)很小了。 目前，指紋識別已經(jīng)被全球大部分國家接受與認可，并廣泛的應(yīng)用到政府、軍隊、銀行、社會福利保障、電子商務(wù)和安全防 衛(wèi)等領(lǐng)域。 自 1998 年以來，我國在指紋識別應(yīng)用研究方面發(fā)展迅速，核心技術(shù)與國外差距不大，國內(nèi)的部分研究成果在國際上具有先進甚至領(lǐng)先水平。在性能方面 ， 無論從精度上還是 從 效率上來看，均不如國際領(lǐng)先的同類產(chǎn)品。 第 2 章 指紋采集系統(tǒng)總體設(shè)計 介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計，指紋識別原理和指紋采集技術(shù) 第 3 章 指紋采集系統(tǒng)硬件設(shè)計 介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計，具體介紹 了 每個功能模塊的芯片選型，接口電路原理圖的設(shè)計。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第二章 指紋 采集系統(tǒng) 總體設(shè)計 指紋采集系統(tǒng)方案分析 指紋采集系統(tǒng)可以用 51 單片機、數(shù)字信號處理器、 ARM 處理器等實現(xiàn)，具體方案分析如下： ? 方案 1：基于 51 系列單片機指紋采集系統(tǒng) 5 1 系 列 單 片 機F P S 2 0 0指 紋 傳 感 器電 源 接 口R S 2 3 2串 口 模 塊P C 機L C D 顯 示數(shù) 據(jù) 和 程 序存 儲 器 圖 基于 51系列單片機指紋采集系統(tǒng)框圖 基于 51系列單片機的指紋采集系統(tǒng)原理框圖如圖 ，該系統(tǒng) 采用 51單片機 作為控制核心。 ? 方案 2：基于 數(shù)字信號處理器 的指紋采集系統(tǒng) 基于 DSP數(shù)字信號處理器的指紋采集系統(tǒng)原理框圖如圖 。 D S P 處 理 器F P S 2 0 0指 紋 傳 感 器電 源 接 口R S 2 3 2串 口 模 塊P C 機L C D 顯 示數(shù) 據(jù) 和 程 序存 儲 器 圖 基于 DSP處理器 的指紋采集系統(tǒng)框圖 ? 方案 3：基于 ARM 處理器的指紋采集系統(tǒng) A R M 處 理 器F P S 2 0 0指 紋 傳 感 器電 源 接 口R S 2 3 2串 口 模 塊P C 機L C D 顯 示數(shù) 據(jù) 和 程 序存 儲 器 圖 基于 ARM處理器的指紋采集系統(tǒng) 框圖 基于 ARM處理器的指紋采集系統(tǒng)原理框圖如圖 。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 系統(tǒng)總體設(shè)計 設(shè)計思想 指紋采集系統(tǒng)框圖如圖 所示。 從圖中可以看到，本系統(tǒng)主要有三 部分組成：指紋傳感器 、 ARM 處理器 和 PC 機 。 3. PC 機： 接收 ARM 處理器上傳的指紋數(shù)據(jù)，顯示指紋 圖像，并設(shè)置指紋傳感器參AR M 處理器 RS 232 接口SPI 接口指紋傳感器 PC 機內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 數(shù)?；?μC/OSⅡ 編寫應(yīng)用程序是以“任務(wù)”為模塊的，每個任務(wù)是獨立的子功能模塊，即為一個比較特殊的函數(shù) (不返回值 )，主體也是個無限循環(huán)。盡管指紋只是人體皮膚的一小部分，但是，它蘊涵大量的信息。局部特征是 指 指紋上的 特內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 征點，即指紋紋路上的終結(jié)點、分叉點和轉(zhuǎn)折點 [5]。 總之，指紋識別技術(shù)首先通過讀取指紋圖像，然后利用計算機識別軟件提取指紋的特征數(shù)據(jù)，最后通過 匹配 識別算法得到指紋識別結(jié)果。 1. 光學 指紋 傳感器 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 基于光學技術(shù)的傳感器都是利用了光學全反射技術(shù)。如圖 所示，就是長春方圓公司生產(chǎn)的一種光學指紋傳感器。在指紋采集過程中，根據(jù)反饋信息調(diào)節(jié)電容放電時間等參數(shù)以增強其靈敏度。目前世界上最小的溫度傳感器是法國 Atmel公司生產(chǎn)的 Finger Chip 系列的 FCD4B14，如圖 所示。如圖 所示是日本 BMF Corporation 公司生產(chǎn)的 BMFl00，它包括傳感器 BLP100 和控制器 BCT100。表 22 是這幾內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 種傳感器性能的比較。本章將詳細的介紹系統(tǒng) 的 硬 件設(shè)計。 指紋傳感器與處理器接口設(shè)計 目前，市面上有很多種電容式指紋傳感器，例如富士通公司的 MBF200、 MBF300，意法半導體公司出品的 TCS1CD Touch Chip， Veridi 公司的 FPS100、 FPS200， 本設(shè)計 采用的是 FPS200。指紋采集 是 按行實現(xiàn) 的 ，選定一行，對該行所有電容充電，用采樣保持電路保存電壓值平； 然后放電，用另一組采樣保持電路保存剩余電壓值。 2. 采用低功耗設(shè)計。因此 FPS200可以獲得各種類型手指的高質(zhì)量圖像，大大降低了誤識率 (FAR)和拒識率 (FRR)。 (2) USB： FPS200 內(nèi)置了高速 USB 核電路，外部不再需要其它 USB 控制器，因此可作為標準的 USB 設(shè)備來使用。從 結(jié)構(gòu) 圖中 可以看出其中 256 300 點傳感陣列用于產(chǎn)生感應(yīng)電壓 ； 功能寄存器用于對芯片進行操作控 制 ； 控制電路用于傳感器與外部接口電路的控制，主要負責數(shù)據(jù)的讀出與寫入 ； 地址索引寄存器與數(shù)據(jù)寄存器分別用于對功能寄存器的地址選擇及數(shù)據(jù)的讀寫 ； 采樣保持及 A/D 轉(zhuǎn)換電路用于對傳感陣列所產(chǎn)生的電壓進行采樣。 A0 為地址輸入端，低電平時表示選擇索引寄存器，高電平時表示選 擇數(shù)據(jù)緩沖器，在 SPI 和 USB 模式下處于斷開狀態(tài)。當 RD為高電平時，使 WR為低電平就可以選中芯片向芯片中寫入數(shù)據(jù)了。 ? MOSI 和 MISO 是 SPI模式下的輸入輸出引腳，其具體狀態(tài)也是由 MODE0 和 MODE1這兩個引腳的狀態(tài)決定的。 ? EXTINT 為外部中斷輸入引腳，是可編程引腳，可以邊緣觸發(fā)也可以電平觸發(fā) ，可以高電平有效也可以低電平有效。 ? TEST 為測試模式允許端，僅為生產(chǎn)廠家使用，用戶使用時直接將此引腳接至 VSS引腳即可。 ? 可以通過在 ISET 和模擬地 VSSA1 之間接一個大小為 200K 的電阻來設(shè)置內(nèi)部電流，內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 放電電流是內(nèi)部電流的一個。系統(tǒng)如果使用內(nèi)部晶體振蕩器，則直接將晶振電路與這兩個引腳相連即可，若是用外部晶體振蕩器， XTAL1 引腳直接 接外部晶體振蕩器的輸出端，而 XTAL2 引腳處于斷開狀態(tài)。 表 31 FPS200 操作模式 MODE[0,1] 描述 00 MCU接口模式 01 SPI 接口模式 10 USB模式，用內(nèi)部 ROM 11 USB模式，用外部 ROM 在微處理器接口模式中，可將 FPS200 與 ARM 相連，且其接口形式 非常簡單。 FPS200 與處理器接口 電路設(shè)計 S S I C L KS S I T xS S I R x S S I F s sM O S IM I S OS C L KS C S F P S 2 0 0E a s y A R M 6 1 5 M A S T E R S L A V EP D 0 I N T R 圖 EasyARM615 與 FPS200 硬件接口 框圖 圖 FPS200 接口 電路 采集器與處理器的接口設(shè)計是指紋采集的核心。從圖中可以得知， EasyARM615作為 SPI 主設(shè)備， FPS200 作為 SPI 從設(shè)備。 ARM 處理器及外圍接口 電路 設(shè)計 LM3S615 芯片 Luminary Micro Stellaris 系列微控制器是首款基于 ARM CortexM3 的控制器，它將高性能的 32 位計算引入到對價格敏感的嵌入式微控制器應(yīng)用中。的 Thumb2 指令集來降低內(nèi)存的需求量，進而降低成本 [1]。電源電路如圖 所示。 圖 電源電路 IN5819 的差壓為 ，所以供給 電源轉(zhuǎn)換電路的電壓為 ，經(jīng)過 電壓轉(zhuǎn)換電路 可以給系統(tǒng)其它芯片提供 工作電壓，如圖 所示。通過這個標準，可對具有 JTAG 接口的芯片的硬件電路進行邊界掃描和故障檢測。 JTAG 測試允許多個器件通過 JTAG 接口串聯(lián)在一起，形成一個 JTAG 鏈，能實現(xiàn)對各個器件分別測試。 JTAG 接口可對 PSD 芯片內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 內(nèi)部的所有部件進行編程。關(guān)鍵在于軟件的支持，大多數(shù)軟件都不提供設(shè)定功能，因而只能支持某種 JTAG 電纜。 LM3S 系列單片機的 I/O 信號可以承受 5V 電壓，所以可以直接使用 SP3232E。 指紋采集系統(tǒng) 主程序流程圖如圖 所示 ，源程序參見附錄 B。 FPS200 驅(qū)動程序包括 FPS200初始化、 FPS200 寫寄存器、 FPS200 讀寄存器、指紋檢測、 參數(shù)調(diào)整、 指紋圖像行獲取和指紋圖像獲取等。 FPS200 傳感器陣列為 256 300 點，則其一枚指紋的最大數(shù)據(jù)量為 75KB。 uint16 result=0。 iCOL_NUM。 } if (count100) break。接收到地址的最后一位 (LSB)后， FPS200 傳感器發(fā)送選擇的寄存器內(nèi)容到 MISO 引腳。 SPI 主機在發(fā)送另一個命令前必須置 SCS高電平。最后，主機發(fā)送數(shù)據(jù)，之后置 SCS高電平。 //寫 DTR FPS200Write(FPS_DCR,dischargecurrent)。在 手指檢測中要用到此函數(shù)。 指定圖像獲取方式先 設(shè)置 RAH、 RAL、 CAL、 REH、 REL和 CEL寄存