基于A(yíng)RM9的指紋識別系統的設計和實(shí)現

生物識別技術(shù)是利用人體固有的生理特性（如指紋、臉象、紅膜等）和行為特征（如筆跡、聲音、步態(tài)等）來(lái)進(jìn)行個(gè)人身份的鑒定。

　　生物識別技術(shù)比傳統的身份鑒定方法更具安全、保密和方便性。生物特征識別技術(shù)具有不易遺忘、防偽性能好、不易偽造或被盜、隨身“攜帶”和隨時(shí)隨地可用等優(yōu)點(diǎn)。

　　生物識別的工作原理是利用生物識別設備對生物特征進(jìn)行取樣，提取其唯一的特征并將其轉化成數字代碼，并進(jìn)一步將這些代碼組成特征模板，人們同識別設備交互進(jìn)行身份認證時(shí)，識別設備獲取其特征并與數據庫中的特征模板進(jìn)行比對，以確定是否匹配，從而決定接受或拒絕該人。而在眾多的用于身份驗證的生物識別技術(shù)中，指紋識別技術(shù)是目前最方便、可靠、非侵害和價(jià)格便宜的解決方案。

　　指紋作為人體中最明顯的外表特征，具有獨一無(wú)二、普遍性、唯一性、易于采集等優(yōu)點(diǎn)。指紋鑒定技術(shù)利用人類(lèi)指紋穩定性和獨特性的生理特征，將其作為人們的一種“活的身份證”，并且指紋具有不可替代性，使通過(guò)指紋進(jìn)行身份鑒定的安全性大大提高，且隨著(zhù)圖像處理模式識別方法的發(fā)展和指紋傳感器技術(shù)的日臻成熟，指紋鑒定方法在金融、公安、門(mén)禁、戶(hù)籍管理等領(lǐng)域都有著(zhù)良好的應用前景。指紋的采集相對容易；指紋的識別算法已經(jīng)較為成熟。由于指紋識別具有掃描指紋的速度快、方便、小型化等優(yōu)點(diǎn)，指紋識別技術(shù)已經(jīng)逐漸進(jìn)入民用市場(chǎng)，并應用到許多嵌入式設備中，但是如何提高指紋識別系統的識別率和穩定性，降低成本以及擴展穩定性和節點(diǎn)分布，存在著(zhù)一系列技術(shù)難題。

　　因此，本文研究了以?xún)群琣rm核的微處理器AT91SAM7X256為核心，外部擴展指紋傳感器MBF200構成指紋識別服務(wù)器硬件；系統軟件移植實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統μC／OS-Ⅱ、文件系統、LwIP，應用軟件實(shí)現指紋識別。該方法具有成本低、占用資源少、可擴展性強的特點(diǎn)。

　　1 分布式指紋識別系統原理及硬件設計

　　指紋識別技術(shù)主要涉及4個(gè)功能模塊：讀取指紋圖像、提取特征、保存數據和比對。通過(guò)指紋讀取設備讀取到人體指紋的圖像，然后對原始圖像進(jìn)行初步處理，使之更清晰，再通過(guò)指紋辨識軟件建立指紋的特征數據。軟件從指紋上找到被稱(chēng)為“節點(diǎn)”（minuTIae）的數據點(diǎn)，即指紋紋路的分叉、終止或打圈處的坐標位置，這些點(diǎn)同時(shí)具有7種以上的唯一性特征。通常手指上平均具有70個(gè)節點(diǎn)，所以這種方法會(huì )產(chǎn)生大約500個(gè)數據。這些數據，通常稱(chēng)為模板。通過(guò)計算機模糊比較的方法。把兩個(gè)指紋的模板進(jìn)行比較，計算出它們的相似程度，最終得到兩個(gè)指紋的匹配結果。

　　硬件電路的實(shí)現以微處理器AT91SAM7X256為核心，外圍電路主要包括指紋識別模塊MBF200、以太網(wǎng)物理層（PHY）收發(fā)器RTL8201BL，大容量的數據FlashAT45DBl61D、硬件日歷時(shí)鐘器件DSl302，電源電路、復位和時(shí)鐘電路，如圖1所示。

　　1．1 AT91SAM7X256器件及MBF200模塊應用

　　AT91SAM7X256是ATMEL公司推出的基于32位arm7TDMI的微處理器。它在一塊芯片上還集成了256 kh的片內Flash和64 kb的SRAM，無(wú)需外部擴展存儲器。其內部還集成有USB2．0設備端口，以及豐富的片內外設資源，功能強大。AT9lSAM7X256的復位控制器可以管理芯片的上電順序及整個(gè)系統。微控制器具備嵌入式10／100 Mb／s以太網(wǎng)（Ethernet）MAC、CAN、全速（12 Mb／s）USB2．0，針對廣泛的網(wǎng)絡(luò )化實(shí)時(shí)嵌入式系統而設計的，其性能穩定、功能強大，能夠廣泛應用于協(xié)議轉換、通信、工業(yè)控制領(lǐng)域。應用AT91SAM7X256開(kāi)發(fā)指紋識別系統可以有效控制成本。工業(yè)網(wǎng)絡(luò )需要極強的穩定性，但實(shí)驗證明超過(guò)60％的總線(xiàn)帶寬使用率就會(huì )造成沖突。

　　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(dòng)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，所有金屬電極充當一個(gè)電容板，接觸的手指充當第2個(gè)電容板，器件表面的鈍化層作為兩板的絕緣層。當手指觸摸傳感器表面時(shí)，指紋的高低不平就會(huì )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。采用標準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(dòng)指紋檢測能力，內含8位模數轉換器，可提供3種總線(xiàn)接口形式。5 V工作電壓下的功耗小于70 mW。