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隨著電子信息技術(shù)應(yīng)用面日益拓展，不少場合需要對特定用戶群體進(jìn)行身份識別或身份記錄，如門禁系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)、安全認(rèn)證系統(tǒng)等，在各種系統(tǒng)中運用的技術(shù)形式多樣，如視網(wǎng)膜識別、面相識別、指紋識別、RFID射頻識別應(yīng)用等。其中，生物特征識別方式以其方便性強、安全性高等特點得到了越來越多人的認(rèn)可和接受，特別是指紋識別技術(shù)方式，現(xiàn)已發(fā)展成為應(yīng)用最廣泛的生物識別技術(shù)之一。因此，研究基于嵌入式架構(gòu)的指紋識別系統(tǒng)具有現(xiàn)實意義和廣闊的應(yīng)用前景。
系統(tǒng)采用光學(xué)指紋傳感器（內(nèi)建格科微電子有限公司的光學(xué)GC0307 CMOS 圖像采集芯片）與ARM Cortex M3 內(nèi)核意法半導(dǎo)體公司的32 位高性能單片機(jī)STM32F205RE 組成功能主體，采用Sobel 邊緣檢測算子、Gabor 濾波、圖像二值化等圖像采集與處理算法對指紋圖像進(jìn)行識別，構(gòu)建了小體積的嵌入式指紋識別模塊，具有積木式嵌入、微功耗、程序接口簡單易用、便于二次開發(fā)、識別準(zhǔn)確度高、高性價比等特點。整個系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)成了一體化光學(xué)指紋識別模塊。模塊設(shè)計采用光學(xué)暗背景成像原理，加入特有活體檢測芯片，在解決干手指效應(yīng)的同時解決殘留指紋誤識別、橡膠假指紋等問題。
圖1 所示為格科微電子有限公司的光學(xué)GC0307 CMOS 圖像采集芯片應(yīng)用電路原理圖。該款CMOS 圖像采集芯片是高精度、低功耗、微體積的高性能相機(jī)的內(nèi)置式組件，它把實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)VGA 影像的CMOS 影像傳感器與高度集成的影像處理器、嵌入式電源和高質(zhì)量的透鏡組結(jié)合在一起，輸出JPEG 圖像或圖像視頻流，支持8/10 位數(shù)字傳輸JPEG 圖像和YCbCr 接口，提供了完整的影像解決方案。
CMOS 圖像采集芯功能輸出串行數(shù)據(jù)引腳、時鐘信號引腳、復(fù)位引腳、串行總線引腳等都接入到STM32F205RE的GPIO 口， 通過GPIO 口模擬時序讀取CMOS 芯片采集到的圖像信息。由于STM32F205RE 的GPIO 口工作頻率可達(dá)120 MHz，因而可以非常準(zhǔn)確高效地模擬時序，實測640×480 的原始圖像能以10 幀/s 的速度采集到主處理器STM32F205RE 中進(jìn)行圖像處理。
采用ARM處理器作為控制核心，構(gòu)建指紋識別算法的嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計方法及過程。該系統(tǒng)采用光學(xué)指紋傳感器（內(nèi)建格科微電子有限公司的光學(xué)GC0307CMOS圖像采集芯片）與ARM Cortex M3內(nèi)核的意法半導(dǎo)體公司32位高性能單片機(jī)STM32F205RE組成功能主體，采用Sobel邊緣檢測算子、Gabor濾波、圖像二值化等圖像采集與處理算法對指紋圖像進(jìn)行識別。經(jīng)過反復(fù)實踐證明，該方案適合嵌入式組件開發(fā)中需要進(jìn)行生物指紋特征提取、識別，指紋身份認(rèn)證、比對等場合。系統(tǒng)具有高性價比且交互簡易、識別率高、擴(kuò)展性強，便于嵌入式應(yīng)用。
MBF200固態(tài)指紋傳感器
MBF200是富士通公司推出的一款先進(jìn)的固態(tài)指紋傳感器，它除可自動檢測指紋外，還帶有多種接口模式，為電容性傳感器，其電容性傳感器陣列由二維金屬電極組成，所有金屬電極充當(dāng)一個電容板，接觸的手指充當(dāng)?shù)?個電容板，器件表面的鈍化層作為兩板的絕緣層。當(dāng)手指觸摸傳感器表面時，指紋的高低不平就會在傳感器陣列上產(chǎn)生變化的電容，從而引起二維陣列上電壓的變化，并形成指紋傳感圖像。采用標(biāo)準(zhǔn)C13MS技術(shù)的電容性固態(tài)器件，具有500 dpi的分辨率，傳感器面積為1.28 cmxl.50 cm.具有自動指紋檢測能力，內(nèi)含8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可提供3種總線接口形式。5 V工作電壓下的功耗小于70 mW. 1.2以太網(wǎng)接口電路設(shè)計AT91SAM7X256內(nèi)部集成有MAC控制器，可支持MII接口和RMII接口。RTL820lBL則是工業(yè)級帶有MII接口的10/100 Mb/s低功耗以太網(wǎng)收發(fā)器，25 MHz時鐘輸出，智能降功耗模式，可為系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)解決方案，為工廠企業(yè)及其他惡劣的操作環(huán)境架設(shè)可支持實時傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)，符合IEEE 802.3u的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)接口電路原理圖如圖2所示。
圖2以太網(wǎng)接口電路原理圖
運用單片機(jī)指紋識別系統(tǒng)電路模塊設(shè)計
利用指紋識別傳感器進(jìn)行指紋采集與識別，在單片機(jī)中對指紋進(jìn)行處理，用按鍵標(biāo)志當(dāng)前指紋識別的狀態(tài)，錄入狀態(tài)，識別狀態(tài)，清除狀態(tài)，用液晶1602能夠顯示當(dāng)前指紋識別的狀態(tài)信息;用繼電器對當(dāng)前信息進(jìn)行判斷，例如提醒當(dāng)前指紋識別錯誤;利用蜂鳴器和LED等提醒當(dāng)前指紋識別是否正確。
該系統(tǒng)首先由數(shù)字?jǐn)z像頭ov6620采集指紋，并將指紋圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像;然后用16位的飛思卡爾X128單片機(jī)對指紋數(shù)字圖像進(jìn)行預(yù)處理，再通過圖像增強、分割、平滑、細(xì)化等處理過程得到便于指紋特征提取的數(shù)字圖像：接著提取細(xì)化后的圖像細(xì)節(jié)特征點; 然后將指紋信息數(shù)據(jù)送入STC89C52單片機(jī)中，一塊液晶1602與STC89C52單片機(jī)相連，液晶用于顯示當(dāng)前指紋采集系統(tǒng)的工作狀態(tài)和經(jīng)對比后指紋采集的信息是否正確，用一個蜂鳴器和LED指示燈指示當(dāng)前采集的指紋信息正確。當(dāng)采集到的指紋信息正確，蜂鳴器發(fā)出響聲并且LED指示燈點亮。
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