蔡成煒，范海健，劉必洋

(1.蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系，江蘇 蘇州 215104;2.蘇州市職業(yè)大學(xué)電子信息工程系，江蘇 蘇州 215104;3.鹽城市廣播電視臺，江蘇 鹽城 224005)

目前廣電播電視臺的開放式經(jīng)營導(dǎo)致進入電視塔的人員復(fù)雜，而由于媒體在政治上的特殊性，對進入大樓的人員須經(jīng)過嚴格登記管理，然而這樣會導(dǎo)致工作效率低下。所以在保證安全管理的前提下，提高工作效率顯得尤為重要，本文就此背景下設(shè)計出一套手紋識別認證系統(tǒng)，此系統(tǒng)不但提高了工作人員的工作效率，還大大減少了門衛(wèi)管理人員的工作量。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計方案

整個課題主要分成兩大部分，即指紋門禁終端設(shè)計和PC機終端數(shù)據(jù)管理軟件設(shè)計，為了避免傳統(tǒng)的PC機的串口與指紋識別設(shè)備直接相接帶來的復(fù)雜布線以及傳輸不可靠性等缺點，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式采取的是目前流行的ZigBee無線通信技術(shù)?？紤]到電視臺的實際情況，比如管理終端PC機不可能每天24 h一直開機，或者出現(xiàn)故障等情況，設(shè)計時要求每個部門的指紋門禁終端必須可以獨立完成指紋的預(yù)處理、特征提取、指紋比對等功能，然后將最新的存儲數(shù)據(jù)適時上傳給PC機，進行統(tǒng)一管理登記［1－5］。下面就筆者負責(zé)設(shè)計的實驗室指紋門禁終端作重點介紹，系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖1所示。

圖1 實驗室的指紋門禁終端設(shè)計框圖

2 指紋門禁終端硬件電路設(shè)計

2.1 指紋模塊與單片機接口電路

本設(shè)計采用單片機的串口1與TFS－M12指紋模塊通信，該模塊是以TI公司TMS320VC5501高速DSP處理器為核心，結(jié)合商用指紋算法的光學(xué)指紋傳感器，具有指紋錄入、圖像處理、特征值提取、模板生成、模板儲存、指紋比對和搜索等功能的智能型模塊。單片機作為上位機，而指紋模塊作為下位機，單片機發(fā)送命令給指紋模塊，指紋模塊響應(yīng)命令后進行命令處理，將處理結(jié)果再傳給單片機，單片機根據(jù)響應(yīng)的處理結(jié)果控制語音模塊和液晶顯示模塊。此外，此單片機內(nèi)部集成了10 bit高速ADC。本設(shè)計通過間隔時間對電池電壓進行檢測，在電池電量不足、最低輸入電壓時，開始進行聲音和指示燈報警，提醒用戶及時更換電池，防止電池電量不足時，導(dǎo)致指紋門禁失靈。具體控制電路如圖2所示。

圖2 單片機控制電路

2.2 液晶屏顯示電路

液晶屏顯示電路如圖3所示，顯示部分采用是48行84列的Nokia 5110 LCD液晶屏顯示，用以顯示系統(tǒng)的操作界面菜單。用軟件編程使單片機的P0.4口產(chǎn)生1 Mbit/s振蕩信號作為液晶屏的時鐘信號接SLK腳，用P0.0口作為液晶屏的使能控制端接SCE腳，低電平有效。用P0.1口接液晶屏的RST腳，用于初始化液晶屏，低電平有效。數(shù)據(jù)的傳輸采取的是串口方式，單片機通過編程使P0.3口模擬成一個串口接液晶屏的DN腳，用來發(fā)送需要顯示數(shù)據(jù)和地址，而用P0.2口接接液晶屏的DC腳來選擇所接收過來的內(nèi)容到底是數(shù)據(jù)還是地址。在系統(tǒng)工作過程中，考慮到節(jié)能，用單片機的P0.5接開關(guān)管Q3接液晶屏的BL腳來控制其背光的開關(guān)，還可以通過PWM調(diào)制背光亮度。

圖3 液晶屏顯示電路

2.3 MP3語音接口電路

為了讓系統(tǒng)具有更好的實用性，在系統(tǒng)中加入了MP3語言模塊，用來提示操作結(jié)果及報警功能。該模塊采取的核心芯片是AU6850B(芯片集成USB Host接口、SD接口、MP3解碼電路)可直接讀取SD卡中的語音文件，與單片機采取串口通信模式，有利于程序的調(diào)試。整個項目的設(shè)計方案中，單片機的串口為兩個，一個用于指紋模塊的通信，另一個用于本MP3模塊電路，接口電路如圖4所示。

圖4 MP3語音模塊接口電路

從圖中可以看出，MP3模塊的串口腳為15腳(RXD)、16腳(TXD)，用來接單片機的第二個串口腳P1.2(TXD2)、P1.3(RXD2)，串口命令為單字節(jié)指令。SD卡中錄入開機的提示音樂、指紋提示音、刪除指紋提示音等，并對每一個提示音進行數(shù)字編號，根據(jù)單片機與指紋模塊的通信信息來發(fā)出不同的提示音，MP3模塊根據(jù)單片機傳送過來的編碼播放不同的音樂。需要注意的是，語音文件時根據(jù)目錄在存儲卡上拷貝的先后順序而定的，所以拷貝文件時，要注意拷貝文件的先后順序與文件的編碼一定要對應(yīng)起來，否則會出現(xiàn)混亂。另外，串口除了發(fā)送語音的編號外，還用來發(fā)送語音音量編碼，用來調(diào)節(jié)音量大小，模塊的17腳和18腳是雙聲道輸出端，由于驅(qū)動能力有限，不能直接接喇叭，本設(shè)計使用NE5532運放做了一個放大電路為雙聲道立體聲模式，如圖5所示，圖中P2接口的23接通，運放B取輸入兩路信號進行放大，當(dāng)12接通時，運放B取第一個運放的輸出信號進行反向為BTL模式。

圖5 語音信號放大電路

3 軟件設(shè)計

3.1 TFS－M12 指紋模塊通信格式

TFS－M12指紋模塊作為從設(shè)備，由主設(shè)備發(fā)送相關(guān)命令對其進行控制。命令接口設(shè)定為比特率19200 bit/s，主設(shè)備發(fā)送的命令及指紋模塊的應(yīng)答按數(shù)據(jù)長度等于8 byte來設(shè)計，數(shù)據(jù)格式如表1所示，其中CMD為命令/應(yīng)答類型，P1，P2，P3 為命令參數(shù)，Q1，Q2，Q3 為應(yīng)答參數(shù)，Q3多用于返回操作的有效性信息，CHK為校驗和，為第2個字節(jié)到第6個字節(jié)的異或值。

表1 8 byte的數(shù)據(jù)格式

3.2 單片機軟件設(shè)計

單片機的通信比特率采用的是19200 bit/s，通信方式采取的是查詢方式獲得數(shù)據(jù)，系統(tǒng)上電后，自動進入指紋搜索狀態(tài)，將來訪者得指紋與庫里的指紋進行比對。系統(tǒng)流程圖如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)流程圖

4 小結(jié)

經(jīng)測試，本系統(tǒng)有著指紋采集和比對時間非常短(一般小于0.5 s)、指紋誤識率小于1/107、整體性能穩(wěn)定、制作成本低等優(yōu)點，所以本系統(tǒng)能夠應(yīng)用于電視臺門禁安全管理，同時具有較高的推廣應(yīng)用價值。

［1］田捷，楊鑫.生物特征識別技術(shù)理論與應(yīng)用［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2005.

［2］孫爽妍.基于ARM的CDMA無線數(shù)傳系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.通信技術(shù)，2009，42(2):33－35.

［3］陳玲.實驗室指紋門禁系統(tǒng)的研究［D］.哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)，2003.

［4］李曉昆.基于結(jié)構(gòu)特征的指紋識別［J］.計算機工程與科學(xué)，1999(2):25－29.

［5］王新升，林喜榮，戴曉清，等.新型指紋識別芯片的原理及其應(yīng)用［J］.電視技術(shù)，2009，33(S2):217－219.