張延杰,齊文釗,史毅

(凱邁(洛陽)電子有限公司,洛陽 471003)

引 言

生物識別技術(shù),尤其是指紋識別技術(shù),是近年來身份識別和認(rèn)證領(lǐng)域內(nèi)發(fā)展很迅速的一門新興技術(shù)。隨著科技水平的不斷提高,身份驗(yàn)證對于系統(tǒng)安全來說越來越重要,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。

指紋識別模塊是集指紋圖像的采集、識別以及身份驗(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技術(shù)(普通電容式指紋傳感器采用的一般是直接式探測技術(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干濕手指的適用性和更長的使用壽命。

2 硬件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的指紋識別模塊是由 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)字信號處理器。它是由ADI和Intel公司合作,針對音頻和視頻信號的編解碼、手持設(shè)備和移動通信設(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

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

2.2 指紋傳感器部分的硬件設(shè)計(jì)

DSP通過SPI口讀取FPC1011C的指紋圖像,并通過PF口來控制片選控制信號。FPC1011C通過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)動軟件設(shè)計(jì)

采用ADI公司的VisualDSP++4.5集成開發(fā)環(huán)境軟件進(jìn)行C語言編程。按時(shí)序把指紋圖像放在SDRAM的固定地址中,通過仿真器進(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

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別算法處理完成僅需要1 s,完全可滿足用戶的需求;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.