【正文】 計 .................................................................................... 33 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 本章小結(jié) ................................................................................................................... 35 第五章 電路板設(shè)計與系統(tǒng)調(diào)試 ............................................................................................ 36 印刷電路板的設(shè)計 ................................................................................................... 36 PCB 板設(shè)計思路 ............................................................................................. 36 系統(tǒng)抗干擾舉措 ............................................................................................ 36 硬件調(diào)試 ................................................................................................................... 36 軟件調(diào)試 ................................................................................................................... 37 本章小結(jié) ................................................................................................................... 39 第六章 總結(jié)與展望 ................................................................................................................ 40 總結(jié) ........................................................................................................................... 40 展望 ........................................................................................................................... 41 參考文獻 .................................................................................................................................. 42 附錄 A 原理圖 ........................................................................................................................ 44 附錄 B 源代碼 ........................................................................................................................ 47 致謝 .......................................................................................................................................... 61 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第一章 引 言 指紋識別技術(shù)概述 長期以來，在人類社會活動中需要驗證個人身份時，傳統(tǒng)的方法是驗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。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。受啟發(fā)于人的身體特征具有不可復(fù)制的特點，人們開始把目光轉(zhuǎn)到生物識別技術(shù)上。人體的身體特征具有不可復(fù)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)。 在這些人體特征中，人的指紋相對于其它的人體特征具有下述的特點 [8]： 1. 穩(wěn)定性：指紋有很強的穩(wěn)定性，并且終生不變，一個人從少年一直到老年，其指紋的特征始終是不變的。 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。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 5. 指紋模板存儲的不是指紋圖像，而是指紋的特征點，這對系統(tǒng)的存儲量和傳輸時間的要求比較低。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?？梢?，指紋識別技術(shù)的飛速發(fā)展及廣泛應(yīng)用將開創(chuàng)個人身份鑒別的新時代。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。 指紋采集主要分為“離線式”和“在線式”兩種。目前“離線式”采集方式在大多數(shù) 場合已經(jīng)消失?；谥讣y傳感器的“在線式”實時采集設(shè)備以其操作簡單、實時性強、采集效率高、圖像質(zhì)量好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于自動指紋識別領(lǐng)域 [6]。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)。 過去指紋傳感器都是基于光學(xué)技術(shù)的傳感器，這種傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴，體積龐大，造成實際系統(tǒng)價格非常昂貴，因此導(dǎo)致過去指紋識別系統(tǒng)僅僅限于公安、銀行等少數(shù)特殊部門內(nèi)應(yīng)用。最初的這類傳感器采集的圖像質(zhì)量和光學(xué)傳感器有較大的差距，但是隨著半導(dǎo)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?，F(xiàn)在這兩類指紋傳感器在市場上基本是平分天下。 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。美國在這一領(lǐng)域的研究水平居于世界最前沿。 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。 但在應(yīng)用技術(shù) 特別是硬件采集技術(shù)上，國內(nèi)與國外存在著較大的差距。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。而相對容易切入的光學(xué)采集儀，高端市場也基本為國際廠商所壟斷 [10]。 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。 第 5 章 電路板設(shè)計與系統(tǒng)調(diào)試 介紹了在調(diào)試系統(tǒng)過程中遇到的問題、解決問題的方法以及一些心得體會。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)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。采集完一整幅圖像后通過串口傳到 PC機上做后 續(xù)處理。 ? 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 。由于 DSP處理器具有很強的數(shù)學(xué)計算能力，非常適合乘法和加法的計算，可以在指紋采集系統(tǒng)中實現(xiàn)指紋圖像的預(yù)處理，而且不會影響指紋采集速度。 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 。由于 ARM處理器實時性、穩(wěn)定性比較強，而且可以嵌入實時操作系統(tǒng)， 因而該指紋采集系統(tǒng)比較穩(wěn)定，但 ARM處理器在數(shù) 字圖像處理方面有 缺陷 ，不適于指紋圖像處理，指紋圖像的處理可以在上位機中實現(xiàn)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)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。本系統(tǒng)可分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩大部分。 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 。 系統(tǒng)各部分功能如下： 1. 指紋傳感器： 采集指紋圖像，將指紋圖像數(shù)字化，并將指紋數(shù)據(jù)傳給 ARM 處理器。 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(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 數(shù)。 μC/OSⅡ 是源代碼公開的嵌入式實時操作系統(tǒng)，它是專為微控制器系統(tǒng)和軟件開發(fā)而設(shè)計的多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核，是一段微控制器啟動后首先執(zhí)行的背景程序，并作為整個系統(tǒng)的框架貫穿系統(tǒng)運行的始終。基于 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)。 表 21 指紋采集系統(tǒng)任務(wù)優(yōu)先級及功能 任務(wù) 優(yōu)先級 功能 taskStart() 0 初始化開發(fā)板（包括時鐘初始化、 ssi初始化、 FPS200 中斷入口初始化等）、 uart、定時器，創(chuàng)建 taskFinger()和 taskUart() taskFinger() 1 采集指紋數(shù)據(jù)并將指紋數(shù)據(jù)上傳給 PC 機 taskUart() 2 與 PC 機進行 通信 ，接收 PC 機命令，設(shè)置 FPS200 的參數(shù) 指紋識別 原理 認識指紋采集的重要性，首先要對指紋識別 原理 有所了解。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?？傮w特征是指那些用人眼就可以直接觀察到的特征，包括基本紋路圖案、模式區(qū)、核心點、三角點、式樣線和紋數(shù)等。局部特征是 指 指紋上的 特內(nèi)蒙古科技大學(xué)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]。通常，首先從獲取的指紋圖像上找到“特征點”（ minutiae），然后 根據(jù) 特征點的特性建立用戶活體指紋的數(shù)字表示 —— 指紋特征數(shù)據(jù)庫（一種單向的轉(zhuǎn)換，可以從指紋圖像轉(zhuǎn)換成特征數(shù)據(jù)，但不能從特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成指紋圖像）。 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。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進步，指紋傳感器從結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴 ，體積龐大的基于光學(xué)技術(shù)的傳感器，發(fā)展到 90 年代中期開始出現(xiàn)的半導(dǎo)體指紋傳感器，價格越來越低、體積也越來越小，而采集的圖像質(zhì)量 卻 越來越高。 1. 光學(xué) 指紋 傳感器 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 基于光學(xué)技術(shù)的傳感器都是利用了光學(xué)全反射技術(shù)。光線經(jīng)玻璃照射到指紋的谷的地方后，在玻璃與空氣的界面發(fā)生全反射，光線被反射到 CCD，照射向指紋的脊的光線不發(fā)生全反 射，而是被脊與玻璃的接觸面吸收或者漫反射到別的地方，于是就在 CCD 上生成了指紋圖像。如圖 所示，就是長春方圓公司生產(chǎn)的一種光學(xué)指紋傳感器。 通過測量空間中不同的電容值而得到完整 的指紋圖像。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。系統(tǒng)提供 USB 接口、 SPI 接口和 8 位并行數(shù)據(jù)總線接口。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。 4. 壓力 指紋 傳感器 壓力傳感器其表面的頂層是具有彈性的壓感介質(zhì)材料，他們依照指紋的外表地形轉(zhuǎn)化為相