【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 爍等優(yōu)勢(shì)，可視面積大，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)，用戶系統(tǒng)通過(guò)串行命令控制液晶的顯示等特點(diǎn)。缺點(diǎn)：液晶是以點(diǎn)陣的模式顯示各種符號(hào)，需要利用控制芯片創(chuàng)建字符庫(kù)，編程工作量大。方案二：使用揚(yáng)聲器進(jìn)行語(yǔ)音提示。優(yōu)點(diǎn)：揚(yáng)聲器提示更加直觀、親切、準(zhǔn)確，用戶能清楚獲悉當(dāng)前系統(tǒng)在狀態(tài)。缺點(diǎn)：易受周圍噪音干擾。根據(jù)以上的論述，采用方案一。在本系統(tǒng)中，我們采用了揚(yáng)聲器進(jìn)行系統(tǒng)提示，使之更為直觀、簡(jiǎn)介。 系統(tǒng)各模塊的最終方案經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析和論證，決定了系統(tǒng)各基本要求的實(shí)現(xiàn)方案如下。（1）、控制芯片： 采用成都方程式開發(fā)的FSC7002指紋識(shí)別專用芯片控制。（2）、控制模塊： 采用Finchos 085集成模塊。（3）、指紋傳感器： 采用HV7131光學(xué)指紋傳感器。（4）、鎖具驅(qū)動(dòng)電機(jī)：采用直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)鎖具開啟與關(guān)閉（5）、提示模塊： 。（6）、數(shù)據(jù)傳輸方式：芯片與傳感器采用I2C方式實(shí)現(xiàn)，芯片與Flash采用SPI通信協(xié)議，模塊與外部控制器采用UART接口方式通信。3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)硬件的基本組成部分本課題是一個(gè)機(jī)，電，光一體的綜合設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中運(yùn)用了檢測(cè)技術(shù)，自動(dòng)識(shí)別控制技術(shù)和電子技術(shù)。： 表 序號(hào)名稱備注1FSC7002芯片引腳結(jié)構(gòu)電路各引腳功能電路2直流電機(jī)控制電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，控制正反轉(zhuǎn)3指紋數(shù)據(jù)采集電路指紋采集器電源輸入電路4SPI FLASH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電路存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)電路53個(gè)功能開關(guān)電路啟動(dòng)、注冊(cè)、刪除功能按鍵電路6聲音控制電路實(shí)現(xiàn)音頻輸出控制電路7電源管理電路模塊電壓管理電路 各單元電路的設(shè)計(jì) FSC7002芯片結(jié)構(gòu)電路 本設(shè)計(jì)采用了64 管腳芯片，每個(gè)引腳都實(shí)現(xiàn)著不同的功能，因而每個(gè)管腳接入的電路也不一樣。 FSC7002芯片結(jié)構(gòu)電路 直流電機(jī)控制電路直流電機(jī)控制電路主要是對(duì)正反轉(zhuǎn)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)鎖具鎖舌的進(jìn)給和后退動(dòng)作。 直流電機(jī)控制單元電路其中MOTO+CTR、MOTOCTR為電源控制信號(hào)輸入端，MOTO+、MOTO是直流電機(jī)的兩個(gè)接線柱，通過(guò)芯片中集成的F8051微控制器在軟件的控制下實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 指紋傳感器接口電路系統(tǒng)要求指紋傳感器能準(zhǔn)確將對(duì)手指進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別，在完整采集并存儲(chǔ)于系統(tǒng)存儲(chǔ)快中。通過(guò)I2C總線對(duì)COMS板中采像芯片OV7120設(shè)置有關(guān)參數(shù)；從COMS板提取指紋采像數(shù)據(jù)并暫存于存儲(chǔ)器中；每存取一幀圖像數(shù)據(jù)即通過(guò)并口（EPP模式）向控制芯片發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)；根據(jù)控制芯片發(fā)出的數(shù)據(jù)提取信號(hào)將指紋圖像數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)處理從而完成傳感器的整個(gè)電路結(jié)構(gòu)。HV7131光學(xué)指紋采集器結(jié)構(gòu)原理它由彈性膜、光學(xué)玻璃波導(dǎo)板、微型光源、透鏡組、CCD成像裝置和控制電路組成。 　　微型光源采用普通發(fā)光管，發(fā)出的是散射光，光線經(jīng)過(guò)平行窄縫后從波導(dǎo)板的側(cè)面入射到波導(dǎo)板內(nèi)。波導(dǎo)板是用經(jīng)過(guò)精加工的光學(xué)冕玻璃制成，其上下兩側(cè)都是空氣間隙。由于光線經(jīng)過(guò)波導(dǎo)板時(shí)要形成全內(nèi)反射條件，所以對(duì)于光學(xué)玻璃上下表面的平行度和材料的折射率都有一定要求。適當(dāng)調(diào)整光源到波導(dǎo)板的距離，使光線在波導(dǎo)板內(nèi)形成全內(nèi)反射。理想情況下，應(yīng)當(dāng)沒(méi)有光線由波導(dǎo)板上下兩側(cè)泄露出去，從波導(dǎo)板下面往上看將是黑色背景。但這種情況在實(shí)際條件下很難達(dá)到，總會(huì)有部分光由于不滿足反射條件而射出波導(dǎo)板，形成背景干擾光。在使用時(shí)，將手指與彈性膜接觸，施加一定壓力，與手指接觸的那部分彈性膜將緊帖在波導(dǎo)板上。由于彈性膜很薄，而且具有一定柔性，所以細(xì)小的指紋紋脊和紋谷特征能通過(guò)彈性膜很好地顯示出來(lái)。HV7131光學(xué)指紋采集器是歀高分辨率指紋傳感器，它由塑料套件、棱鏡、透鏡、面光源、指紋專用CMOS成像芯片組成。其外觀如圖： HV7131光學(xué)指紋采集器外觀光是由RGB三個(gè)基色組成的，HV7131光學(xué)指紋傳感器對(duì)光的敏感度是不同的。其中R代表紅光、G代表綠光、B代表藍(lán)光。 HV7131光學(xué)指紋傳感器對(duì)光的相對(duì)敏感度HV7131光學(xué)指紋采集器引腳及電源輸入電路它一共有16個(gè)引腳其中PIN1～PIN8直接與控制芯片連接，作為數(shù)據(jù)傳輸；PIN9SDA數(shù)據(jù)線PIN10SCA時(shí)鐘線；PIN11場(chǎng)同步輸出信號(hào)，PIN12行同步信號(hào)輸出，PIN13像素同步信號(hào)輸出，PIN14照明燈控制信號(hào)輸入，高電平點(diǎn)亮，PIN15接地，PIN16電源電壓輸入。 指紋傳感器接口電路及電源電壓輸入電路 片外SPI FLASH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電路本系統(tǒng)采用了型號(hào)為AT25DF161 SPI串行閃存內(nèi)存，其具體參數(shù)為16兆位， ， 100 MHz的串行快閃記憶體，采用了塊擦除（ 4KB ，32KB ，64KB ）和芯片擦除方式，雙輸入編程，雙輸出閱讀，JEDEC標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)，8引腳SOIC（ 150 MIL和208密耳）和8瓦UDFN（5 6 ）。 片外SPI FLASH接口電路圖 啟動(dòng)按鍵電路 啟動(dòng)開關(guān)即電源啟動(dòng)開關(guān)，起著導(dǎo)通和關(guān)閉電源信號(hào)。在開關(guān)的開啟與關(guān)閉狀態(tài)下電路中二級(jí)管的正向?qū)ê湍嫦蜿P(guān)閉電流。 啟動(dòng)按鍵電路 注冊(cè)按鍵電路該按鍵有兩個(gè)接線端，將一端接VCC低電平，另一點(diǎn)接芯片的I/O口，通過(guò)按鍵改變電流極性，在控制軟件的控制下實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)指紋注冊(cè)工作模式的開啟。 注冊(cè)按鍵電路 刪除按鍵電路 刪除按鍵電路其工作原理與注冊(cè)按鍵原理類似，只是在芯片控制的軟件設(shè)計(jì)上有一定區(qū)別。 聲音輸出電路FSC7002芯片上有獨(dú)立的PWM音頻輸出接口，其語(yǔ)音處理采用了脈沖寬度調(diào)制Pulse Width Modulate(PWM)基于純數(shù)字技術(shù)，將數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào)制波，并通過(guò)低通濾波器生成模擬語(yǔ)音信號(hào)，具有功耗小，工藝適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。支持wav 文件語(yǔ)音文件播放，支持8khz/8bit，11khz/8bits，22khz/8bits 三種格式。本系統(tǒng)中通過(guò)芯片中FMCU8KB 嵌入式微控制器模塊，在軟件的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)聲音的模處理。其音頻輸出電路如下。 音頻輸出電路圖 電源管理電路。，這就要求系統(tǒng)中要有限壓電路。在電路中采用了HT7833和HT7218限壓芯片對(duì)電路進(jìn)行限壓處理。 模板電源輸入控制電路 限壓電路1 限壓電路2 鎖具驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)要求通過(guò)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)鎖具的開啟與關(guān)閉。就要求將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，即要把電機(jī)的運(yùn)動(dòng)通過(guò)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)線性轉(zhuǎn)換。為了能夠到達(dá)運(yùn)動(dòng)的線性轉(zhuǎn)換，這里采用了齒輪傳動(dòng)和絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。以下為鎖具驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)原理圖。圖 鎖具機(jī)構(gòu)原理圖4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 編程思路系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言，編程實(shí)現(xiàn)指紋芯片各個(gè)功能。程序是在WindowsXP環(huán)境下采用Keil uVision3軟件編寫的，通過(guò)嵌套中斷處理函數(shù)來(lái)提高系統(tǒng)運(yùn)行的效率。本系統(tǒng)包括九大模塊：系統(tǒng)初始化，指紋檢測(cè)，指紋注冊(cè)，指紋刪除，指紋比對(duì)，傳感器數(shù)據(jù)傳送，電機(jī)控制，語(yǔ)音控制。系統(tǒng)采用了菜單的工作模式，共有3個(gè)功能鍵，按不同的按鍵，進(jìn)入不同的子程序執(zhí)行相應(yīng)的功能。并在實(shí)時(shí)的語(yǔ)音提示中進(jìn)行操作當(dāng)，體現(xiàn)更人性化的設(shè)計(jì)。 主程序流程圖 主程序流程圖 子程序說(shuō)明 系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化包括對(duì)變量初始化，串行口初始化，指紋采集器初始化，PAD數(shù)據(jù)總線初始化，SPI初始化配置，指紋識(shí)別初始化。 變量初始化變量初始化包括了，電源開關(guān)量、主函數(shù)初始值、Flash存儲(chǔ)地址等變量的初始化。POWER_ON = ON。t_main = 0。FlashAddr_G = 0x05000。GError = 0x00。bCode = 0x0。FunCode = 0x0。 AUTO_ADD = 0。 //IntegrateTime = 0x08。 串行口初始化本芯片提供符合RS232 標(biāo)準(zhǔn)通用異步通信串口(UART)，通過(guò)配置定時(shí)器可以實(shí)現(xiàn)不同的波特率下UART 接口設(shè)備間的通信，可實(shí)現(xiàn)外部控制、調(diào)試、數(shù)據(jù)通訊等多種功能。波特率 : 9600bps// bandrate = fs*2 / ( 32*(CLK_DIV+1)*(256TH) ) //smod = 1// 定時(shí)器1, 方式2 TMOD [7:4]:T1 = 0x20, TCON [6]:TR1 啟動(dòng)計(jì)數(shù)// smod = 1, PCON [7]// 串口1, 方式1 SCON [7:6] = 239。b01, 方式1// IE [7]:EA, [4]:ES=Enable Serial // CLK_DIV:12(default)void InitUart(void) { SCON= 0x50。 TMOD = 0x20。 PRE_DIV = 2。 //9600bps@84MHz //PRE_DIV = 25。 TH1 = 241。 //241=83MHz, 247=50MHz //115200 TL1 = 241。 //TH1 = 235。 //9600bps@84MHz //TL1 = 235。 PCON = PCON | 0x80。 TR1 = 1。 } 指紋采集器初始化 指紋傳感器在調(diào)用之前必須對(duì)指紋傳感器進(jìn)行初始化并使其處于接受指紋圖像輸入的狀態(tài)它的初始化是通過(guò)在指紋識(shí)別系統(tǒng)主程序的主對(duì)話框的初始化函數(shù)中調(diào)用指紋傳感器的初始化函數(shù)HV7131_init(void)來(lái)初始化I2C接口的，這是開始使用動(dòng)態(tài)連接庫(kù)的第一個(gè)函數(shù)，未初始化之前，其它函數(shù)的調(diào)用都無(wú)效。若初始化成功該函數(shù)返回0，失敗則返回1。如果之前調(diào)用HV7131_init(void)并成功，第二次調(diào)用將不做任何動(dòng)作，直接返回0。void HV7131_reset(void){ HV7131_RST = 1。 _NOP10_()。 HV7131_RST = 0。 _NOP20_()。 _NOP20_()。 HV7131_RST = 1。}void HV7131_init(void){ i2c_write(0x22,SCTRA,0x08)。//write 2 DIV CLOCK if(GError_I2C_Bit) return。i2c_write(0x22,SCTRB,0x00)。//write if(GError_I2C_Bit) return。 i2c_write(0x22,OUTIV,0x04)。//write 0x04 if(GError_I2C_Bit) return。 i2c_write(0x22,0x25,IntegrateTime)。 //0x02 TimeDeley(10)。 i2c_write(0x22,0x26,0xb0)。 TimeDeley(10)。 i2c_write(0x22,0x27,0x00)。 TimeDeley(10)。 i2c_write(0x22,0x30,0x20)。 //Pre gain TimeDeley(10)。 i2c_write(0x22,0x31,0x00)。 //r gain TimeDeley(10)。 i2c_write(0x22,0x32,0x00)。 //g TimeDeley(10)。 i2c_write(0x22,0x33,0x01)。 //b TimeDeley(10)。 i2c_write(0x22,0x34,0x17)。 TimeDeley(10)。 i2c_write(0x22,0x35,0x7f)。 TimeDeley(10)。 i2c_write(0x22,0x40,0x80)。 //0x80 TimeDeley(10)。 i2c_write(0x22,0x41,0x7f)。 TimeDeley(10)。 i2c_write(0x22,0x42,0x7f)。 TimeDeley(10)。 i2c_write(0x22,0x43,0x7f)。 TimeDeley(10)。 return。}endif PAD數(shù)據(jù)總線初始化PAD 總線用于片上模塊間或片內(nèi)外數(shù)據(jù)高速交換，PAD 總線數(shù)據(jù)/地址分離，數(shù)據(jù)總線的位寬為32bits。4個(gè)8位SFR寄存器SFR_WB_ADR3~0自高向低組成32位PAD總線的地址。void PADAddrInit(void){ WB_ADR3 = 0x00。 //pad的初始地址，即從這個(gè)地址開始逐個(gè)累加 WB_ADR2 = 0x00。 WB_ADR1 = 0x00。//0x19。 WB_ADR0 = 0x00。} SPI初始化配置SPI數(shù)據(jù)處理初始化配置包括：配置SPI 工作模式，工作相位、工作極性、工作頻率及總線和DMA。void SPI_WaitIdle(void) //WaitSPIIdle(void){ unsigned char tmp。 unsigned int TimeOut。 GError_SPI_Bit = 0。 TimeOut = 0。 while(1) { tmp = ReadByteFromPar(work_mod_adr)。 if((tmp amp。 0x10) == 0x00) break。 TimeOut ++。 if(TimeOut50000) { GError_SPI_Bit