基于ARM9的指纹识别系统的设计和实现.doc

基于ARM9的指纹识别系统的设计和实现生物识别技术是利用人体固有的生理特性（如指纹、脸象、红膜等）和行为特征（如笔迹、声音、步态等）来进行个人身份的鉴定。生物识别技术比传统的身份鉴定方法更具安全、保密和方便性。生物特征识别技术具有不易遗忘、防伪性能好、不易伪造或被盗、随身携带和随时随地可用等优点。生物识别的工作原理是利用生物识别设备对生物特征进行取样，提取其唯一的特征并将其转化成数字代码，并进一步将这些代码组成特征模板，人们同识别设备交互进行身份认证时，识别设备获取其特征并与数据库中的特征模板进行比对，以确定是否匹配，从而决定接受或拒绝该人。而在众多的用于身份验证的生物识别技术中，指纹识别技术是目前最方便、可靠、非侵害和价格便宜的解决方案。指纹作为人体中最明显的外表特征，具有独一无二、普遍性、唯一性、易于采集等优点。指纹鉴定技术利用人类指纹稳定性和独特性的生理特征，将其作为人们的一种活的身份证，并且指纹具有不可替代性，使通过指纹进行身份鉴定的安全性大大提高，且随着图像处理模式识别方法的发展和指纹传感器技术的日臻成熟，指纹鉴定方法在金融、公安、门禁、户籍管理等领域都有着良好的应用前景。指纹的采集相对容易；指纹的识别算法已经较为成熟。由于指纹识别具有扫描指纹的速度快、方便、小型化等优点，指纹识别技术已经逐渐进入民用市场，并应用到许多嵌入式设备中，但是如何提高指纹识别系统的识别率和稳定性，降低成本以及扩展稳定性和节点分布，存在着一系列技术难题。因此，本文研究了以内含arm核的微处理器AT91SAM7X256为核心，外部扩展指纹传感器MBF200构成指纹识别服务器硬件；系统软件移植实时多任务操作系统COS-、文件系统、LwIP，应用软件实现指纹识别。该方法具有成本低、占用资源少、可扩展性强的特点。1 分布式指纹识别系统原理及硬件设计指纹识别技术主要涉及4个功能模块：读取指纹图像、提取特征、保存数据和比对。通过指纹读取设备读取到人体指纹的图像，然后对原始图像进行初步处理，使之更清晰，再通过指纹辨识软件建立指纹的特征数据。软件从指纹上找到被称为节点（minuTIae）的数据点，即指纹纹路的分叉、终止或打圈处的坐标位置，这些点同时具有7种以上的唯一性特征。通常手指上平均具有70个节点，所以这种方法会产生大约500个数据。这些数据，通常称为模板。通过计算机模糊比较的方法。把两个指纹的模板进行比较，计算出它们的相似程度，最终得到两个指纹的匹配结果。硬件电路的实现以微处理器AT91SAM7X256为核心，外围电路主要包括指纹识别模块MBF200、以太网物理层（PHY）收发器RTL8201BL，大容量的数据FlashAT45DBl61D、硬件日历时钟器件DSl302，电源电路、复位和时钟电路，如图1所示。11 AT91SAM7X256器件及MBF200模块应用AT91SAM7X256是ATMEL公司推出的基于32位arm7TDMI的微处理器。它在一块芯片上还集成了256 kh的片内Flash和64 kb的SRAM，无需外部扩展存储器。其内部还集成有USB20设备端口，以及丰富的片内外设资源，功能强大。AT9lSAM7X256的复位控制器可以管理芯片的上电顺序及整个系统。微控制器具备嵌入式10100 Mbs以太网（Ethernet）MAC、CAN、全速（12 Mbs）USB20，针对广泛的网络化实时嵌入式系统而设计的，其性能稳定、功能强大，能够广泛应用于协议转换、通信、工业控制领域。应用AT91SAM7X256开发指纹识别系统可以有效控制成本。工业网络需要极强的稳定性，但实验证明超过60的总线带宽使用率就会造成冲突。MBF200是富士通公司推出的一款先进的固态指纹传感器，它除可自动检测指纹外，还带有多种接口模式，为电容性传感器，其电容性传感器阵列由二维金属电极组成，所有金属电极充当一个电容板，接触的手指充当第2个电容板，器件表面的钝化层作为两板的绝缘层。当手指触摸传感器表面时，指纹的高低不平就会在传感器阵列上产生变化的电容，从而引起二维阵列上电压的变化，并形成指纹传感图像。采用标准C13MS技术的电容性固态器件，具有500 dpi的分辨率，传感器面积为128 cmxl50 cm。具有自动指纹检测能力，内含8位模数转换器，可提供3种总线接口形式。5 V工作电压下的功耗小于70 mW。12 以太网接口电路设计AT91SAM7X256内部集成有MAC控制器，可支持MII接口和RMII接口。RTL820lBL则是工业级带有MII接口的10100 Mbs低功耗以太网收发器，25 MHz时钟输出，智能降功耗模式，可为系统提供稳定可靠的优质网络解决方案，为工厂企业及其他恶劣的操作环境架设可支持实时传输的以太网，符合IEEE8023u的技术标准。以太网接口电路原理图如图2所示。