指紋識別傳感器電路設計解析—電路圖天天讀（310）

作者：時(shí)間：2017-10-27 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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　　隨著(zhù)生物特征識別技術(shù)的快速發(fā)展，指紋識別技術(shù)廣泛進(jìn)入人們的生活領(lǐng)域。

本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201710/368944.htm

　　圖1為提出的多傳感器指紋驗證系統框架圖。首先，通過(guò)光學(xué)和電容傳感器采集用戶(hù)的指紋圖像。然后，對圖像進(jìn)行預處理和分別提取兩類(lèi)傳感器采集的指紋圖像的特征，基于細節點(diǎn)的匹配算法被分別應用到光學(xué)和電容細節點(diǎn)集，因此，有2個(gè)匹配分數，并使用融合規則融合這些分數。

　　圖1多指紋傳感器驗證系統框架圖

　　指紋傳感器的類(lèi)型和工作原理

　　由于當今指紋傳感器規格很多，但是，至今仍然沒(méi)有一個(gè)恰當和統一的協(xié)議和標準。目前，市場(chǎng)上現有的傳感器主要有光學(xué)傳感器和電容式傳感器兩類(lèi)。

　　圖2：系統硬件框圖

　　1）算法處理模塊用于移植上位機驗證通過(guò)的可靠指紋識別算法，其主要功能：通過(guò)CPLD存取傳感器采集的指紋圖像；并對圖像數據進(jìn)行處理，作出圖像識別的最終結論；管理外部存儲器SDRAM和DATA Flash；與控制驅動(dòng)模塊通訊等。

　　2）指紋采集模塊集合了指紋傳感器和采集控制電路，按照預先設定的采集參數，負責實(shí)時(shí)采集指紋圖像，并通過(guò)相應的接口將圖像數據傳輸至算法處理核心模塊。

　　3）電源管理模塊為整體系統供電，該系統設計的硬件平臺有3組供電電壓：外圍機械電機驅動(dòng)為5 V，底層控制模塊的電壓和DSP的外核電壓同為3．3 V，DSP的內核電壓為1．8 V。

　　4）底層控制模塊包括控制器MCU、LED指示燈、指紋鎖鍵盤(pán)、電機和邏輯控制器CPLD等外同電路，與指紋產(chǎn)品的中間構件相配套，設計上層構件——指紋鎖。

　　5）存儲器模塊包括外部SDRAM和外擴DATA Flash，前者用于存儲臨時(shí)比對的圖像和一些變量，后者用于保存指紋特征庫和DSP的BootLoa-der啟動(dòng)程序。

　　采集圖像傳感器

　　指紋傳感器是通過(guò)光學(xué)掃描、晶體熱敏、晶體電容等3種主要傳感原理采集指紋圖像。衡量一個(gè)傳感器的質(zhì)量主要有：成像質(zhì)量、手指適應能力、采集速度、電氣特性、硬件接口能力、SDK能力、附加功能。根據成像原理不同。廣泛使用的指紋傳感器類(lèi)型有光學(xué)、電感式、電容式以及壓感式等。其中，CMOS光學(xué)傳感器具有無(wú)畸變、指紋圖像清晰、對比度高的特點(diǎn)，對質(zhì)量較差指紋具有良好的校正和容錯性能，在使用壽命上百萬(wàn)次無(wú)變化。

　　圖3：指紋圖像預處理步驟

　　底層控制模塊

　　設計指紋鎖，除了要有完整的中間構件——指紋識別模塊，還需要配套的底層控制模塊等基礎構件。該系統選用高性能低功耗的MEGA8單片機作為底層控制模塊的CPU處理器。該器件所實(shí)現的功能有：循環(huán)掃描鍵盤(pán)并進(jìn)行相應處理；控制LED燈指示系統當前工作狀態(tài)；驅動(dòng)電機執行開(kāi)關(guān)門(mén)鎖動(dòng)作；與DSP通訊交互信息等。如圖4所示，單片機作為底層控制模塊，其IO 引腳控制其他器件，采用I2C與DSP進(jìn)行信息交換。

　　圖4：底層控制模塊

　　電源管理模塊

　　如圖5所示，包括電源和電源管理器件。電源部分，該設計由4節1．5 V串聯(lián)的干電池供電，此電壓實(shí)際最高時(shí)為7 V左右，最低時(shí)為5 V，足以滿(mǎn)足整體體統的電壓要求。電源管理器件，選用手持設備中常用的低功耗高性能穩壓器R1111N331B、XC62068152MR、 XC6-206P332MR，輸出33 V的整體電壓和DSP 1．8 V的核心電壓，這類(lèi)器件的特點(diǎn)是它具有控制關(guān)斷引引腳，在系統處于睡眠時(shí)，可以通過(guò)置位使能端，關(guān)斷整個(gè)系統板的供電，從而達到低功耗節能的目的。

　　
圖5：電源管理模塊