姚玉欽

摘 要:介紹基于AT77C101B的指紋識(shí)別系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)。傳感器芯片采集到的指紋信號(hào)通過(guò)接口電路傳遞到MCU進(jìn)行處理,再與指紋庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì),最后把比對(duì)結(jié)果反饋到AT77C101B進(jìn)行指紋識(shí)別。實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果表明,該系統(tǒng)準(zhǔn)確率高,識(shí)別速度快。通過(guò)USB接口擴(kuò)展數(shù)據(jù)存貯空間,同時(shí)利用MCU提高處理數(shù)據(jù)速度,解決排隊(duì)等待。

關(guān)鍵詞:指紋識(shí)別;傳感陣列;芯片采集;微處理器

中圖分類號(hào):TP399文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2009)12-137-02

Fingerprint Identification System Based on AT77C101B

YAO Yuqin

(Anyang Institute of Technology,Anyang,455000,China)

Abstract:hardware and software design based on the AT77C101B fingerprint identification system are introduced.Sensor chip to the collection of fingerprints signal passing through USB interface to MCU processing,database and fingerprint data are compared,feedback the results to AT77C101B,then making finger print identification.The experimental results prove that the system has high accuracy and fast identification speed.Expanding the data storage space through the USB connection,simultaneously using the MCU enhancement processing data speed,the lining up waiting is solved.

Keywords:finger print;sensor array;chip collecting;micro-processor

1 指紋識(shí)別原理

電容傳感器[1]是指紋識(shí)別傳感器中的一種,它通過(guò)電子度量設(shè)計(jì)捕獲指紋圖像,表面是絕緣層,里面為結(jié)合約100 000個(gè)導(dǎo)體金屬陣列的傳感器。當(dāng)用戶的手指放在上面時(shí),皮膚組成了電容陣列的另一面,由于指紋脊(近的)和指紋谷(遠(yuǎn)的)之間的距離不同而形成不同的電容值,這個(gè)電容值陣列就形成一幅指紋圖像。采集到指紋圖像,再通過(guò)原始圖像進(jìn)行初步的處理[2],使之更清晰,再通過(guò)指紋辨識(shí)軟件建立指紋的特征數(shù)據(jù)庫(kù)[3]。

2 AT77C101B簡(jiǎn)介

AT77C101B是指紋傳感器家族的一員,如圖1,圖2所示。它是Atmel公司研發(fā)的FingerChip系列傳感器芯片,采用COMS工藝制造,外形小,性能好,成本低。 AT77C101B可以在1 s內(nèi)獲取不同數(shù)量的圖像,并且面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于滑動(dòng)指紋傳感器[4]。集成的A/D轉(zhuǎn)換器可以建立AT77C102B與EPP,USB或MCU的數(shù)字接口,使得此器件可以很容易地應(yīng)用到任何識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)中去。掃描圖像為8×280=2 240萬(wàn)像素精度,高達(dá)2 GHz,相當(dāng)于1 780幀/s,一百萬(wàn)次手指無(wú)故障讀指紋;具有功耗低的優(yōu)點(diǎn),圖像采集時(shí)為4.5 mA,導(dǎo)航時(shí)為1.5 mA,睡眠模式小于10 μA,其功能如表1所示。

圖1 AT77C101B芯片

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 電源

電源電路為整個(gè)系統(tǒng)供電,并且電源有電壓轉(zhuǎn)換芯片,不僅可以滿足5 V轉(zhuǎn)3.3 V,3.3 V轉(zhuǎn)1.8 V系統(tǒng)的要求,還可以滿足AT77C101B輸入電壓3~5.5 V和MCU處理芯片3.3 V電壓供電的要求。

3.2 指紋采集

AT77C101B的傳感區(qū)為1.5 cm×1.5 cm,50×50的傳感陣列。傳感陣列的每一點(diǎn)為一個(gè)金屬電極,充當(dāng)電容器的一極,當(dāng)手指按在傳感面上為另一極。傳感面作為兩極之間的介電層,由于指紋的凹凸不平,導(dǎo)致指紋各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電容值不同,于是電容值陣列就構(gòu)成一幅指紋圖像。

表1 AT77C101B芯片各引腳功能

管腳名字功能管腳名字功能

1,7,21GND接地端子2AVE,平均波谷值

3AVO平均波峰值4TPP高低電位溫度穩(wěn)定

5TPE低電位溫度穩(wěn)定6VCC電源

8RST復(fù)位9PCLK像素時(shí)鐘

10OE光電使能11ACKN時(shí)鐘反相信號(hào)

12~19De和Do數(shù)字輸出20FPL快速適應(yīng)載入

圖2 AT77C101B芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3.3 MCU微處理器

采用Philips公司的P89C668單片機(jī)芯片[5],其內(nèi)部有可ISP/IAP編程的64 KB FLASH程序存儲(chǔ)器和8 KB RAM,每個(gè)機(jī)器周期可采用6個(gè)時(shí)鐘周期,是傳統(tǒng)單片機(jī)(80C51)的2倍。MCU和JTAG仿真器用一根JTAG線連接,再用軟件的Monitor,通過(guò)編程對(duì)AT77C101B送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行處理。

3.4 串口通信

USB通信接口卡采用FTDI公司的FT8U245BM芯片,連接AT77C101B與MCU。它的主要功能一方面是將AT77C101B發(fā)送的控制命令、數(shù)據(jù)送到測(cè)試平臺(tái)的主MCU,使測(cè)試平臺(tái)完成各種測(cè)試任務(wù);另一方面是將測(cè)試平臺(tái)中多MCU系統(tǒng)的自檢信息和測(cè)試結(jié)果送往AT77C101B,以供AT77C101B進(jìn)行判斷與分析。 整個(gè)系統(tǒng)硬件框圖如圖3所示。

圖3 基于AT77C101B的指紋識(shí)別硬件框圖

因圖像本身的存儲(chǔ)量巨大,系統(tǒng)需外接存儲(chǔ)器,以保證有足夠的存儲(chǔ)空間,把圖像存儲(chǔ)在U盤上。同時(shí)系統(tǒng)也可通過(guò)數(shù)據(jù)線和網(wǎng)絡(luò)相連,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。

4 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)如圖4所示。當(dāng)沒(méi)有人觸摸屏幕的時(shí)候MCU置于省電休眠模式。一旦用戶有輸入,系統(tǒng)便退出低功耗狀態(tài),進(jìn)入正常執(zhí)行狀態(tài)[6],控制軟件判斷用戶的需求,執(zhí)行相應(yīng)的功能[7]。

圖4 系統(tǒng)軟件流程圖

5 實(shí)驗(yàn)仿真

采用The MathWorks公司的Matlab 7.0圖像處理箱進(jìn)行數(shù)據(jù)仿真,計(jì)算機(jī)配置CPU為Intel公司3.06 GZH,內(nèi)存為Kingston公司的2GZH,平均一幅圖像數(shù)據(jù)仿真耗時(shí)為0.53 s,識(shí)別率誤差小于1/310 000,完全實(shí)際符合要求。圖5為隨機(jī)的一幅拇指指紋圖像,圖6為指紋庫(kù)采集對(duì)應(yīng)的圖像。

圖5拇指指紋圖像

圖6 指紋庫(kù)對(duì)應(yīng)的圖像6 結(jié) 語(yǔ)

利用AT77C101B指紋采集器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集,當(dāng)使用者指紋與指紋庫(kù)預(yù)設(shè)的比對(duì)指紋不能匹配時(shí),拒絕使用者使用。它可以作為辨別使用者的身份,或者代替手工輸入密碼,應(yīng)用前景廣泛。

參考文獻(xiàn)

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