劉 燕

（山西工程科技職業(yè)大學，太原 030619）

0 引言

生物識別技術是依靠人體的生物特征來進行身份驗證。人體的生物特征包括臉、視網(wǎng)膜、指紋、聲音等，是人體所固有的，具有唯一性。生物識別技術的關鍵在于這些生物特征的有效獲取，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息進行保存，利用有效的識別算法實現(xiàn)身份驗證。

常用的磁卡、條紋碼、口令或鑰匙都存在容易丟失、甚至被盜用的缺點。然而采用生物密鑰，不僅不用攜帶，也無需去記，最重要的是安全。指紋識別的可靠性和安全性，不會對人體構(gòu)成侵犯。識別過程分為五個步驟：讀取指紋圖像、指紋圖像預處理、提取指紋特征點、形成指紋特征圖像、將指紋特征圖像以數(shù)字形式保存到數(shù)據(jù)庫中，進行指紋對比與匹配［5-7］。

目前，指紋識別技術的應用比較廣泛，在門鎖安防中鑰匙正在逐漸被指紋密碼鎖取代。傳統(tǒng)的電容式指紋識別技術雖然技術相對成熟、成本低廉，但是穿透力較弱，手臟手濕的情況下會影響正確識別。針對這種情況，本文設計了采用光學指紋識別的指紋密碼識別裝置，同時可以采用紅外遙控的方式進行密碼識別，兩種識別方式有效應對意外情況，提高正確識別率。無論國內(nèi)市場還是國際市場，隨著指紋識別技術日漸成熟，指紋密碼鎖將不斷應用于各個領域，市場潛力巨大。

1 系統(tǒng)總體設計

所設計的指紋密碼識別裝置以STM32單片機最小系統(tǒng)作為主控器，采用ATK-AS608指紋識別模塊完成指紋的采集和識別，并通過紅外接收頭與遙控器進行通信，從而同時實現(xiàn)指紋識別和密碼識別，為了提高人機交互的友好性和實時性，還增加了語音播報模塊和LCD液晶顯示模塊。該指紋密碼識別裝置的總體功能模塊圖如圖1所示。該指紋密碼識別裝置的工作流程為：在STM32單片機的控制下，首先由管理員預先錄入用戶指紋，并設置好密碼；用戶可采用指紋和密碼兩種識別方式，與預設的比對成功，并語音播報提示。具體的工作流程如圖2所示。

圖1 總體功能模塊圖

圖2 指紋密碼識別裝置的工作流程圖

2 硬件電路設計

該指紋密碼識別裝置包括電源電路、時鐘電路和復位電路。STM32單片機采用高性能的ARM Cortex-M3內(nèi)核，內(nèi)置Flash閃存，擁有豐富的I/O端口和多個通信接口等，具有高性能和低功耗等優(yōu)點。

ATK-AS608指紋識別模塊是一個采用光學原理的指紋識別模塊，插電后，該模塊將傳出藍光，藍光從底端散播到三棱鏡，手指頭放到上邊，由于手指頭表層凸凹不平，因此反射面水平和折射角不一樣，依據(jù)色度用CMOS光學元件解決圖像信息可以獲得指紋。內(nèi)置有DSP單元，集成了指紋識別算法，能有效地完成指紋的采集和識別，用戶無需鉆研具體的圖像處理算法以及指紋識別算法，只需使用簡單的USB接口和串口，按照指定的通訊協(xié)議便可編程實現(xiàn)控制。

XFS5152CE語音合成模塊的主控芯片具有智能的文本分析算法，對常見的文本（比如數(shù)值、電話號碼、時間日期、度量符號等）進行有效識別和處理，并語音播放出來。

紅外遙控分為兩部分：紅外遙控器和紅外接收頭。紅外遙控器是利用一個紅外發(fā)光二極管，以紅外線作為載體將按鍵信息傳遞給接收端的一種設備。VS838紅外接收頭接收到紅外信號后，根據(jù)增益值電源電路變大信號，與此同時還對信號開展過濾調(diào)制解調(diào)，之后將信號發(fā)給STM32單片機，從而控制完成相應的密碼識別。

3 軟件設計

軟件編寫完成后，將編譯后生成的可執(zhí)行文件下載至實驗電路板，出現(xiàn)一些錯誤，比如：液晶顯示模塊無法顯示字符、指紋無法正常識別等，需要多次修改源程序的代碼。該指紋密碼鎖的主程序流程圖如圖3所示，系統(tǒng)通電啟動后，首先各部分完成初始化設置，液晶屏顯示主界面，并等待獲取紅外遙控器的按鍵信號，根據(jù)接收到的數(shù)字進行相應的操作。

圖3 主程序流程圖

（1）如果紅外遙控器推送數(shù)字1，則進入管理員模式界面。

（2）如果紅外遙控器推送數(shù)字2，則添加新的指紋。采集用戶指紋并生成用戶指紋模型，輸入用戶的指紋存儲ID，保存指紋模型并通過語音提示“添加指紋成功”。

（3）如果紅外遙控器推送數(shù)字3，則從指紋庫中刪除指定序號的指紋，刪除成功后語音提示“刪掉指紋成功”。

（4）如果紅外遙控器推送數(shù)字0，則進行指紋識別。鍵入指紋，指紋控制模塊獲得圖像，隨后與附加的指紋庫進行核查。如果指紋驗證通過，則語音提示“驗證成功”，如果指紋排列不成功，則語音提示“驗證失敗，請重試”。

（5）如果紅外遙控器沒有推送數(shù)字，此時可以直接按下密碼完成比對。

指紋識別子程序的流程圖如圖4所示，在單片機主控器的控制下，向指紋識別模塊發(fā)送采集指紋指令，用戶鍵入指紋，生成對應的指紋模型并保存，此時指紋采集完成；然后主控模塊發(fā)送指紋匹配指令，與指令庫中預存的指紋模型進行匹配，并向主控模塊返回匹配結(jié)果。

圖4 指紋識別子程序流程圖

4 系統(tǒng)實現(xiàn)與總結(jié)

所設計的指紋密碼識別裝置實物圖如圖5所示。

圖5 指紋密碼識別裝置實物圖

實驗結(jié)果表明，在大多數(shù)情況下該指紋識別裝置都可以很好地實現(xiàn)指紋的采集，指紋的識別，指紋的刪除，以及密碼比對。在后期進一步改進時，可以選用藍牙模塊與手機端APP連接，實現(xiàn)相應操作和密碼的輸入，而不用額外的紅外遙控器。

未來幾年，非接觸與實名制將會是發(fā)展趨勢。智能指紋密碼鎖是數(shù)字家庭的第一步，數(shù)字家庭需要智能化設備與系統(tǒng)進行支撐，同時社區(qū)居民的信息也需要建立相應的數(shù)據(jù)庫，與監(jiān)控系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、停車系統(tǒng)等其它公共安全系統(tǒng)、平臺進行互聯(lián)互通，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的協(xié)同共享。

最后，智能鎖作為強服務型產(chǎn)品，其安裝及售后服務也至關重要。智能鎖的目標可不僅僅是“消滅”鑰匙，而是讓鑰匙更加安全，看似買的是把“鎖，其實買的是一個打開數(shù)字家庭的“門。