陳燕芳 盧 婷 羅東云

[摘要]基于ARM7無(wú)線便攜式指紋辨識(shí)系統(tǒng),采用通過(guò)藍(lán)牙傳輸,實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的無(wú)線指紋辨識(shí)功能,這是國(guó)外的研究熱點(diǎn),也是國(guó)內(nèi)行業(yè)需要加強(qiáng)研究的重點(diǎn)。

[關(guān)鍵詞]ARM7無(wú)線傳輸指紋辨識(shí)

中圖分類號(hào):TP2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)1110048-01

一、發(fā)展背景

目前國(guó)內(nèi)外的指紋識(shí)別系統(tǒng)設(shè)備大多停留在指紋采集器、和一臺(tái)計(jì)算機(jī)的組合水平上,這樣的系統(tǒng)有很多缺陷。針對(duì)于目前國(guó)內(nèi)存在的一些不足,本項(xiàng)目擬以ARM芯片為核心的藍(lán)牙通訊芯片硬件,以指紋識(shí)別系統(tǒng)為核心的軟件,實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于ARM的無(wú)線便攜式指紋辨識(shí)系統(tǒng)平臺(tái),能實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信傳輸。以此改進(jìn)現(xiàn)有的指紋識(shí)別系統(tǒng),并期望在應(yīng)用方面得到推廣。

二、研究意義

為了解決目前大多指紋識(shí)別系統(tǒng)的攜帶不方便,身份識(shí)別時(shí)間較長(zhǎng),工作效率低,且目前的系統(tǒng)都不具有通信交換功能和信息傳遞的及時(shí)性的缺點(diǎn),有針對(duì)性的去設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)一種無(wú)線通信功能的便攜式指紋識(shí)別系統(tǒng)。

三、創(chuàng)新點(diǎn)

與常見(jiàn)的產(chǎn)品模型相比,有如下優(yōu)點(diǎn):1.便攜式:本項(xiàng)目擬設(shè)計(jì)以ARM9為平臺(tái)的便攜式指紋識(shí)別系統(tǒng),該系統(tǒng)可以方便在室外使用,通過(guò)比較存儲(chǔ)器內(nèi)的指紋特征信息與現(xiàn)場(chǎng)采集的指紋信息可以完成身份確認(rèn);2. 速度快:通過(guò)相關(guān)人員的指紋能夠馬上確認(rèn)身份,無(wú)需與計(jì)算機(jī)相連;3. 實(shí)現(xiàn)了無(wú)線通訊的模式:通過(guò)單片無(wú)線收發(fā)芯片可以完成與機(jī)構(gòu)中心的信息交流。

四、硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括指紋采集、無(wú)線通訊、和存儲(chǔ)模塊三個(gè)部分。先利用指紋采集模塊采集指紋圖像,再經(jīng)ARM9模塊進(jìn)行算法處理,把相關(guān)的信息存儲(chǔ)起來(lái),并與存儲(chǔ)模塊的中的指紋比對(duì)確認(rèn)身份,并通過(guò)無(wú)線通訊模塊把相關(guān)信息發(fā)送至信息中心。1.指紋采集指紋采集傳感器采用OV7620,并以I2C總線及DMA的數(shù)據(jù)傳輸方式實(shí)現(xiàn)與CPU的信息交互。當(dāng)nXDREQ1輸出由高電平變得低電平時(shí),傳感器便有數(shù)據(jù)輸出,并且數(shù)據(jù)能夠維持至下一個(gè)同樣的過(guò)程的到來(lái)。這正好符合44B0的外部DMA請(qǐng)求的單步模式的要求。于是自然就可以采用DMA的方式來(lái)讀取數(shù)據(jù)。最終的數(shù)據(jù)讀取是通過(guò)片選鎖存器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于DMA的方式不干預(yù)CPU,因此也大大提高了讀取的速度。2.電源管理。電源管理部分采用了1150mAh的LI電,通過(guò)DC-DC升壓至5V,再通過(guò)LDO給系統(tǒng)所需要的3.3V和2.5V電壓。具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程為:電池供電時(shí),開(kāi)關(guān)S9按下,TEST1點(diǎn)由高變低,Q0導(dǎo)通,NAND網(wǎng)絡(luò)為高,系統(tǒng)開(kāi)始供電,此時(shí)程序運(yùn)轉(zhuǎn)并給與SHDN引腳高電平信號(hào),促使Q6導(dǎo)通,此時(shí)即使按鍵抬起TEST1點(diǎn)仍為低電平,維持Q0的導(dǎo)通。當(dāng)插上U后,按鍵的按下使得Q4導(dǎo)通,Q0此時(shí)截至,系統(tǒng)由電池供電切換為U供電,其它道理相同。關(guān)機(jī)時(shí)按鍵按。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)圖像的連續(xù)采集以及溫度、濕度、照明亮度等的控制。其中圖像采集是系統(tǒng)的核心,其工作流程如下:(1)默認(rèn)情況下,系統(tǒng)工作在休眠狀態(tài)。(2)工作人員通過(guò)PC管理軟件發(fā)送命令開(kāi)始采集圖像,軟件通過(guò)USB接口把命令發(fā)送給藍(lán)牙適配器ARM命令。(3)接收到圖像采集命令后,ARM控制CPLD開(kāi)始采集圖像數(shù)據(jù)。(4)CPLD把采集到的一幀圖像數(shù)據(jù)寫入一塊SRAM中,把ARM的總線切換到該SRAM上,并通知ARM進(jìn)行壓縮;同時(shí)CPLD往另一塊SRAM中繼續(xù)采集下一幀圖像,便于提高系統(tǒng)的吞吐率。(5)ARM通過(guò)藍(lán)牙模塊返回響應(yīng)命令,并返回采集JPEG-LS圖像的頭信息。(6)PC管理軟件發(fā)送命令接收下一行壓縮圖像,ARM壓縮該行原始圖像,并發(fā)送壓縮數(shù)據(jù);如果出錯(cuò),可以重新發(fā)送。重復(fù)本步驟可以獲取整幀壓縮圖像。(7)PC軟件對(duì)壓縮圖像解碼并顯示,并提供其他附加功能,如圖像處理、保存等。(8)重復(fù)步驟(2)～(7),獲取下一幀壓縮圖像。由上述流程可以看出,JPEG-LS壓縮以及無(wú)線信道傳輸決定整個(gè)系統(tǒng)的圖像傳輸速率。無(wú)線傳輸采用藍(lán)牙技術(shù),其標(biāo)稱空中速率為1 Mbps,不易提高;因此,系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心是JPEG-LS的編碼效率。3.ARM與藍(lán)牙接口設(shè)計(jì).藍(lán)牙是無(wú)線數(shù)據(jù)和語(yǔ)音傳輸?shù)拈_(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)。它將各種通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)及其終端設(shè)備、各種數(shù)字系統(tǒng),甚至家用電器,采用無(wú)線方式連接起來(lái)。為了優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì),我們采用性價(jià)比高的CSR BC2實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙無(wú)線串口。CSRBC2是一款高度整合的模塊級(jí)藍(lán)牙芯片,主要包括:基帶控制器、2.4～2.5GHz的數(shù)字智能無(wú)線電和程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。通過(guò)該模塊,系統(tǒng)可以提供無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)UART接口,支持多種波特率(如9.6 kbps、19.2 kbps、38.4 kbps、57.6kbps、115.2 1kbps、230.4 kbps、460.8 kbps、92l.6 kbps)。當(dāng)速率為460.8 kbps時(shí),藍(lán)牙芯片能夠正常工作;而在921.6kbps時(shí),會(huì)有很高的誤碼率。

五、軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括固定主程序,管理功能模塊,指紋采集算法模塊,指紋匹配算法模塊,無(wú)線通信程序模塊,硬件操作模塊等。以下為各個(gè)模塊所包含的函數(shù):1.指紋采集算法模塊:打開(kāi)采集儀函數(shù)、關(guān)閉采集儀函數(shù)、設(shè)置參數(shù)函數(shù)、指紋探測(cè)函數(shù);2.指紋匹配算法模塊:指紋驗(yàn)證函數(shù)、指紋比對(duì)函數(shù);3.無(wú)線通訊模塊:協(xié)議層函數(shù)、控制層函數(shù)、網(wǎng)絡(luò)層函數(shù)、鏈路層函數(shù)、驅(qū)動(dòng)層函數(shù);4.硬件操作模塊:讀寫存儲(chǔ)器函數(shù)、初始化函數(shù)、狀態(tài)讀取函數(shù);5.管理功能模塊:指紋的存儲(chǔ)、刪除、更新函數(shù)。

六、結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)以ARM為核心,通過(guò)藍(lán)牙傳輸,實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的無(wú)線指紋辨識(shí)功能。本系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)充性,可以使得系統(tǒng)更加微型化。首先,如果采用CSR公司更新的BC3系列芯片,則將融合ARM核以及藍(lán)牙功能,可以更加減小整個(gè)系統(tǒng)的體積。最重要的是,如果發(fā)展自主產(chǎn)權(quán)的指紋識(shí)別芯片,那么以現(xiàn)有的SOPC技術(shù),可以將ARM核、CPLD邏輯門以及藍(lán)牙通信功能集成在一起,形成指紋識(shí)別的集成解決方案,從而使其產(chǎn)業(yè)化成為可能。

基金項(xiàng)目:本文為九江學(xué)院科研課題“《基于ARM7的無(wú)線便攜式指紋辨識(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)》09kj11的研究”研究成果之一

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作者簡(jiǎn)介:

陳燕芳(1981-),女,漢族,江西臨川人,助教,碩士研究生,主要研究方向:通信與電路系統(tǒng)、信號(hào)分析,信號(hào)處理。