一種智能家居指紋識別門(mén)禁系統設計方案

　　指紋的唯一性和穩定性使其成為目前被廣泛應用的生物識別技術(shù)之一，我愛(ài)方案網(wǎng)小編為大家介紹的智能家居指紋識別門(mén)禁系統設計方案采用FPI指紋識別模塊，結合Linux設計，能夠實(shí)現準確、快速地完成身份驗證實(shí)現開(kāi)關(guān)門(mén)功能和定時(shí)快速的報警功能。

　　在介紹設計方案之前，我們先來(lái)復習一下指紋識別技術(shù)的原理。

　　一、指紋識別的技術(shù)原理

　　指紋識別的技術(shù)原理是從指紋數據庫中查找與采集指紋是否匹配的指紋數據，達到通過(guò)辨別身份實(shí)現開(kāi)關(guān)門(mén)鎖的目的。其基本原理如圖1所示，指紋識別系統由指紋圖像采集、指紋圖像預處理、指紋特征提取、指紋特征匹配、特征數據庫等幾部分組成。指紋圖像預處理采用了Gabor濾波的方法進(jìn)行灰度圖濾波去噪，通過(guò)將圖像濾波后，對其進(jìn)行二值化處理使各種噪聲得到濾除或者修正。指紋特征提取是建立在對該點(diǎn)8鄰點(diǎn)統計分析基礎之上，特征點(diǎn)通過(guò)計算CN(Croosing Number)得到。指紋特征匹配的過(guò)程是計算兩幅指紋相似程度的過(guò)程，在做指紋匹配前必須把不同的指紋圖像校準，找到輸入特征點(diǎn)集和模板特征點(diǎn)集之間的最佳變換。

　　指紋識別系統大體上可分為兩個(gè)內容：指紋注冊和指紋比對。指紋注冊主要包括指紋采集、指紋圖像預處理、特征點(diǎn)提取和特征值存儲。指紋比對的前3步操作與指紋注冊完全相同，在特征點(diǎn)提取后，生成的指紋特征值將與存儲在指紋特征數據庫的特征值作特征匹配，最后輸出匹配結果。

　　圖1指紋識別技術(shù)的基本原理

　　二、指紋識別門(mén)禁硬件原理

　　本文設計的指紋識別門(mén)禁系統主要由FPI指紋識別模塊、Raspberry Pi主控模塊、AVR模塊3部分組成，該硬件結構如圖2所示。

　　三方通訊實(shí)現用戶(hù)的指紋錄入和匹配，以及門(mén)鎖的開(kāi)關(guān)，并且以發(fā)送郵件的方式來(lái)監控門(mén)鎖的狀態(tài)。

　　。FPI指紋識別模塊強大的圖像處理功能對指紋識別非常靈敏，及時(shí)處理接收到的指紋信息，并與Raspberry Pi通訊;。Raspberry Pi模塊，一方面控制AVR去檢測門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)以及開(kāi)關(guān)門(mén)鎖，另一方面控制FPI指紋錄入和匹配，并在Raspberry Pi上建立數據庫記錄用戶(hù)信息;?？刂破鰽VR反饋給Raspberry Pi門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并且控制電機來(lái)開(kāi)關(guān)門(mén)鎖，加強了在硬件方面的拓展，可通過(guò)硬件在更多方面對門(mén)進(jìn)行監測。

　　此外，使用了無(wú)線(xiàn)通訊模塊，避免了過(guò)多布線(xiàn)可能對原本門(mén)鎖結構的破壞，使該系統的硬件組成方便快速。

　　圖2指紋識別系統的硬件結構

　　指紋識別模塊

　　指紋模塊基于TI公司的TMS320VC5509高級數字DSP處理器為主核，芯片結構框圖如圖3所示。高精光學(xué)采集頭(TFS-D0307)，高速、穩定;標準UART接口通訊，標準8字節通訊協(xié)議，FPI完成處理接收到的指紋信息，并與Raspberry Pi主控模塊通訊的工作。

　　圖3指紋識別芯片FPI

　　圖像采集芯片

　　FPI芯片上集成了圖像采集芯片FPC1011F，FPC1011F指紋傳感器是電容式半導體傳感器件，該電容式指紋傳感器利用了反射式探測技術(shù)，屬于平面式采集指紋傳感。相比傳統的電容式傳感器，它采集的是指頭的真皮層，且對干濕手指有良好的適用性。FPC1011F的指紋采集原理：FPC1011F指紋傳感器是由152×200個(gè)傳感器陣列組成的，每一個(gè)陣列是一個(gè)金屬電極，充當電容器的一極，安在傳感面上的手指頭的對應點(diǎn)則作為另外一極，其工作原理是基于變極板間距的電容式傳感器，其電容量由式(1)確定：

　　(式中：C為電容量;d為極板間距;ε0為真空介電常數;εr為極板間介質(zhì)的相對介電常數;s為極板的有效面積)

　　當手指接觸傳感器導電框以后，由式(1)可知，谷和脊因為離傳感器陣列的距離不同，產(chǎn)生了不同的電容值C，經(jīng)過(guò)運算放大電路，形成不同的電壓值，通過(guò)內部的A/D轉換，獲得高質(zhì)量的數字指紋圖像。