基于嵌入式处理器指纹识别系统的设计和实现

2010-07-06 19:08:25来源: 电子设计工程

      生物识别技术是利用人体固有的生理特性(如指纹、脸象、红膜等)和行为特征(如笔迹、声音、步态等)来进行个人身份的鉴定。

      生物识别技术比传统的身份鉴定方法更具安全、保密和方便性。生物特征识别技术具有不易遗忘、防伪性能好、不易伪造或被盗、随身“携带”和随时随地可用等优点。

  生物识别的工作原理是利用生物识别设备对生物特征进行取样,提取其唯一的特征并将其转化成数字代码,并进一步将这些代码组成特征模板,人们同识别设备交互进行身份认证时,识别设备获取其特征并与数据库中的特征模板进行比对,以确定是否匹配,从而决定接受或拒绝该人。而在众多的用于身份验证的生物识别技术中,指纹识别技术是目前最方便、可靠、非侵害和价格便宜的解决方案。

  指纹作为人体中最明显的外表特征,具有独一无二、普遍性、唯一性、易于采集等优点。指纹鉴定技术利用人类指纹稳定性和独特性的生理特征,将其作为人们的一种“活的身份证”,并且指纹具有不可替代性,使通过指纹进行身份鉴定的安全性大大提高,且随着图像处理模式识别方法的发展和指纹传感器技术的日臻成熟,指纹鉴定方法在金融、公安、门禁、户籍管理等领域都有着良好的应用前景。指纹的采集相对容易;指纹的识别算法已经较为成熟。由于指纹识别具有扫描指纹的速度快、方便、小型化等优点,指纹识别技术已经逐渐进入民用市场,并应用到许多嵌入式设备中,但是如何提高指纹识别系统的识别率和稳定性,降低成本以及扩展稳定性和节点分布,存在着一系列技术难题。

  因此,本文研究了以内含ARM核的微处理器AT91SAM7X256为核心,外部扩展指纹传感器MBF200构成指纹识别服务器硬件;系统软件移植实时多任务操作系统μC/OS-Ⅱ、文件系统、LwIP,应用软件实现指纹识别。该方法具有成本低、占用资源少、可扩展性强的特点。

1 分布式指纹识别系统原理及硬件设计

  指纹识别技术主要涉及4个功能模块:读取指纹图像、提取特征、保存数据和比对。通过指纹读取设备读取到人体指纹的图像,然后对原始图像进行初步处理,使之更清晰,再通过指纹辨识软件建立指纹的特征数据。软件从指纹上找到被称为“节点”(minutiae)的数据点,即指纹纹路的分叉、终止或打圈处的坐标位置,这些点同时具有7种以上的唯一性特征。通常手指上平均具有70个节点,所以这种方法会产生大约500个数据。这些数据,通常称为模板。通过计算机模糊比较的方法。把两个指纹的模板进行比较,计算出它们的相似程度,最终得到两个指纹的匹配结果。

  硬件电路的实现以微处理器AT91SAM7X256为核心,外围电路主要包括指纹识别模块MBF200、以太网物理层(PHY)收发器RTL8201BL,大容量的数据FlashAT45DBl61D、硬件日历时钟器件DSl302,电源电路、复位和时钟电路,如图1所示。

      1.1 AT91SAM7X256器件及MBF200模块应用

  AT91SAM7X256是ATMEL公司推出的基于32位ARM7TDMI的微处理器。它在一块芯片上还集成了256 kh的片内Flash和64 kb的SRAM,无需外部扩展存储器。其内部还集成有USB2.0设备端口,以及丰富的片内外设资源,功能强大。AT9lSAM7X256的复位控制器可以管理芯片的上电顺序及整个系统。微控制器具备嵌入式10/100 Mb/s以太网(Ethernet)MAC、CAN、全速(12 Mb/s)USB2.0,针对广泛的网络化实时嵌入式系统而设计的,其性能稳定、功能强大,能够广泛应用于协议转换、通信、工业控制领域。应用AT91SAM7X256开发指纹识别系统可以有效控制成本。工业网络需要极强的稳定性,但实验证明超过60%的总线带宽使用率就会造成冲突。

  MBF200是富士通公司推出的一款先进的固态指纹传感器,它除可自动检测指纹外,还带有多种接口模式,为电容性传感器,其电容性传感器阵列由二维金属电极组成,所有金属电极充当一个电容板,接触的手指充当第2个电容板,器件表面的钝化层作为两板的绝缘层。当手指触摸传感器表面时,指纹的高低不平就会在传感器阵列上产生变化的电容,从而引起二维阵列上电压的变化,并形成指纹传感图像。采用标准C13MS技术的电容性固态器件,具有500 dpi的分辨率,传感器面积为1.28 cmxl.50 cm。具有自动指纹检测能力,内含8位模数转换器,可提供3种总线接口形式。5 V工作电压下的功耗小于70 mW。

  1.2 以太网接口电路设计

  AT91SAM7X256内部集成有MAC控制器,可支持MII接口和RMII接口。RTL820lBL则是工业级带有MII接口的10/100 Mb/s低功耗以太网收发器,25 MHz时钟输出,智能降功耗模式,可为系统提供稳定可靠的优质网络解决方案,为工厂企业及其他恶劣的操作环境架设可支持实时传输的以太网,符合IEEE 802.3u的技术标准。以太网接口电路原理图如图2所示。

2 分布式指纹识别系统软件设计

  2.1 μC/OS-Ⅱ系统移植

  

[1] [2]

关键字:嵌入式处理器  指纹识别系统

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2010/0706/article_2744.html
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