張延杰,齊文釗,史毅

(凱邁(洛陽(yáng))電子有限公司,洛陽(yáng) 471003)

引 言

生物識(shí)別技術(shù),尤其是指紋識(shí)別技術(shù),是近年來(lái)身份識(shí)別和認(rèn)證領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展很迅速的一門(mén)新興技術(shù)。隨著科技水平的不斷提高,身份驗(yàn)證對(duì)于系統(tǒng)安全來(lái)說(shuō)越來(lái)越重要,指紋的唯一性、終身不變性、難于偽造的特點(diǎn),使它在身份識(shí)別和認(rèn)證領(lǐng)域以及安全性能要求較高的行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。

指紋識(shí)別模塊是集指紋圖像的采集、識(shí)別以及身份驗(yàn)證結(jié)果的顯示為一體,軟硬件相結(jié)合的系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)了一種基于DSP處理器和FPC1011C電容式指紋傳感器的嵌入式指紋識(shí)別模塊,具有高性能、低功耗等特點(diǎn)。

1 FPC1011C的工作原理和性能特點(diǎn)

FPC1011C是瑞典FingerPrint Cards公司推出的電容式指紋傳感器。它利用了該公司的反射式探測(cè)技術(shù)(普通電容式指紋傳感器采用的一般是直接式探測(cè)技術(shù)),使指紋傳感器的表面保護(hù)層厚度可以達(dá)到普通電容式指紋傳感器的100倍左右,因此能夠使指紋傳感器具有更高的對(duì)干濕手指的適用性和更長(zhǎng)的使用壽命。

2 硬件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的指紋識(shí)別模塊是由 DSP、FPC1011C、16 MB的SDRAM 和2 MB的NOR Flash、RS232接口,以及電源轉(zhuǎn)換電路等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。其中,DSP選用的是ADSP-BF531型數(shù)字信號(hào)處理器。它是由ADI和Intel公司合作,針對(duì)音頻和視頻信號(hào)的編解碼、手持設(shè)備和移動(dòng)通信設(shè)備而研發(fā)的16位定點(diǎn)處理器。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.1 工作原理

用戶(hù)通過(guò)PC端軟件發(fā)送命令給指紋識(shí)別模塊,由電容式指紋傳感器FPC1011C采集用戶(hù)的指紋。DSP通過(guò)SPI接口讀取來(lái)自傳感器的指紋圖像,并將指紋圖像存儲(chǔ)到SDRAM中。DSP運(yùn)用指紋識(shí)別核心算法對(duì)圖像進(jìn)行運(yùn)算,將運(yùn)算出來(lái)的特征點(diǎn)和存儲(chǔ)在Flash中的特征點(diǎn)進(jìn)行比對(duì),再通過(guò)指紋識(shí)別模塊將比對(duì)結(jié)果輸出至PC端顯示比對(duì)結(jié)果。

2.2 指紋傳感器部分的硬件設(shè)計(jì)

DSP通過(guò)SPI口讀取FPC1011C的指紋圖像,并通過(guò)PF口來(lái)控制片選控制信號(hào)。FPC1011C通過(guò)SPI(串行外設(shè)接口)口和外部進(jìn)行通信。通信時(shí),需要把傳感器設(shè)置成從機(jī)模式,DSP設(shè)置成主機(jī)模式;同時(shí),把從機(jī) CPOL和CPHA設(shè)置為0的數(shù)據(jù)傳輸模式。指紋圖像的最大傳輸速率可達(dá)4 Mpixel/s。

傳感器部分的硬件電路接口如圖2所示。

圖2 傳感器部分的硬件電路接口

3 傳感器的驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)

采用ADI公司的VisualDSP++4.5集成開(kāi)發(fā)環(huán)境軟件進(jìn)行C語(yǔ)言編程。按時(shí)序把指紋圖像放在SDRAM的固定地址中,通過(guò)仿真器進(jìn)行調(diào)試。讀出所采集的指紋圖像,觀察指紋圖像質(zhì)量,進(jìn)而調(diào)整指紋傳感器的參數(shù),使采集到的圖像效果達(dá)到最佳。

FPC1011C的指令及其功能如表1所列。

表1 FPC1011C的指令及其功能

3.1 傳感器初始化程序設(shè)計(jì)

3.2 采集指紋圖像程序設(shè)計(jì)

可調(diào)整DriveC、ADCRef的值,使采集到的圖像達(dá)到最佳效果。

結(jié) 語(yǔ)

本文采用電容式指紋傳感器FPC1011C,結(jié)合DSP的嵌入式技術(shù),設(shè)計(jì)了一種獨(dú)立運(yùn)行嵌入式系統(tǒng)的指紋識(shí)別模塊。該模塊可實(shí)現(xiàn)指紋圖像的采集、預(yù)處理、指紋特征提取以及指紋匹配等功能,從采集指紋到核心指紋識(shí)別算法處理完成僅需要1 s,完全可滿(mǎn)足用戶(hù)的需求;同時(shí),留有RS232接口,可以方便地與計(jì)算機(jī)通信。

[1]Analog Devices.ADSP-BF533 Blackfin Processor Hardware Reference.Revision 3.2,2006-07.

[2]Analog Devices.ADSP-BF53x/BF56x Blackfin Processor Programming Reference.Revision 1.1,2006-02.

[3]陳峰.Blackfin系列DSP原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2004.

[4]FingerPrint Cards.FPC1011C Area Sensor Package Product Specification.

[5]FingerPrint Cards.FPC1011N Fingerprint sensor.Rev.E.

[6]FingerPrint Cards.Adaptive Gain Control FPC1011C.Rev.PA1,2007-01-18.