申冰冰,，沈杰，沈慶,，高健祥,，劉萍，念路兵

　?。贤ù髮W(xué) 電氣工程學(xué)院,，江蘇 南通 226019）

　　摘要：對(duì)于傳統(tǒng)考試時(shí)考生身份不易檢查的問題，指紋識(shí)別可以很好地解決,。應(yīng)用指紋識(shí)別傳感器實(shí)現(xiàn)指紋的采集與辨識(shí),，得到的結(jié)果進(jìn)入單片機(jī)進(jìn)行處理，相關(guān)的學(xué)生信息以及語音信息存儲(chǔ)在SD卡中,，得到的指紋識(shí)別結(jié)果信息通過LCD顯示出來,，用語音模塊提示當(dāng)前指紋識(shí)別是否正確。實(shí)踐表明,，設(shè)計(jì)的考場指紋識(shí)別系統(tǒng)使用效果好,，性價(jià)比高，有著很好的應(yīng)用前景,。

　　關(guān)鍵詞：單片機(jī),；指紋識(shí)別；FPM10A,；MP381

0引言

　　指紋識(shí)別技術(shù)是基于生物識(shí)別的身份驗(yàn)證方式的一種,，在進(jìn)行指紋辨識(shí)時(shí)，得到的指紋特征起到的是一個(gè)媒介的作用,。許多學(xué)者多年的研究工作和積累的經(jīng)驗(yàn)表明,，人的指紋、面紋,、視網(wǎng)膜,、聲音、掌紋等都具備獨(dú)特性和普遍性［12］,，更重要的是,，每個(gè)人的這些生物特征不但與別人相異，而且不會(huì)因?yàn)樽约撼砷L而變化,，因此根據(jù)這些特點(diǎn)而進(jìn)行身份識(shí)別是非常方便的,。基于這些特殊優(yōu)勢(shì),，對(duì)于視網(wǎng)膜識(shí)別,、手紋識(shí)別,、音色識(shí)別等各種生物識(shí)別技術(shù)，人們正逐步進(jìn)行深入的探索和研究,。目前,，指紋辨識(shí)技術(shù)也已然成為最常見的生物識(shí)別技術(shù)之一，它的應(yīng)用領(lǐng)域也是最寬泛,、最深遠(yuǎn)的,，這主要?dú)w功于指紋識(shí)別技術(shù)的快速、簡單,，同時(shí)準(zhǔn)確率也比較高,。指紋識(shí)別的原理和其他生物識(shí)別的原理沒有太大的區(qū)別，主要是通過分析人體的指紋特性而得到一個(gè)人的真實(shí)身份［3 4］,。

1總體設(shè)計(jì)

　　本文設(shè)計(jì)的考場身份識(shí)別系統(tǒng)主要是以指紋識(shí)別系統(tǒng)為核心,，實(shí)現(xiàn)對(duì)考場內(nèi)的學(xué)生進(jìn)行身份的驗(yàn)證。驗(yàn)證系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生信息的采集及驗(yàn)證,，實(shí)現(xiàn)考場內(nèi)考生身份的準(zhǔn)確識(shí)別,。該系統(tǒng)主要由FPM10A指紋模塊、SD卡存儲(chǔ)模塊,、串口模塊,、JLX320-002-PN液晶顯示模塊,、MP3模塊,、矩陣鍵盤等構(gòu)成。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

　　初始化系統(tǒng)中的各個(gè)子模塊,，完成后，系統(tǒng)處于采集窗口實(shí)時(shí)掃描狀態(tài),，同時(shí)鍵盤模塊也處于實(shí)時(shí)掃描狀態(tài),，JLX320-002-PN液晶顯示器顯示提示信息。管理員輸入密碼來選擇需要進(jìn)行的操作,，如指紋單獨(dú)錄入,、批量錄入、刪除指紋等,。這些錄入的指紋信息與之前寫入到SD卡中的學(xué)生學(xué)號(hào),、姓名等信息相匹配，形成完整的身份識(shí)別信息,。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1單片機(jī)及其最小系統(tǒng)電路

　　身份識(shí)別系統(tǒng)中使用STM32F103單片機(jī),。STM32F103增強(qiáng)系列具有ARM CortexM3內(nèi)核，具有強(qiáng)大的性能,、低成本,、低功耗,、嵌入式等特點(diǎn)。該系統(tǒng)的最小系統(tǒng)中包括復(fù)位電路模塊,、晶振電路模塊［5］,。復(fù)位電路主要是在系統(tǒng)執(zhí)行過程中為方便用戶進(jìn)入系統(tǒng)的最開始狀態(tài)而設(shè)置的，而晶振電路則是為了給系統(tǒng)提供一個(gè)穩(wěn)定的晶振,，提供脈沖,。

　　2.2指紋模塊及其電路實(shí)現(xiàn)

　　該系統(tǒng)指紋辨識(shí)模塊采用FPM10A光學(xué)獨(dú)立式指紋模塊，利用DSP全速工作,，其頻率為120 MHz,。不需要上位機(jī)管理系統(tǒng)參與的情況下，模塊本身就具有指紋采集,、自動(dòng)比對(duì),、圖像增強(qiáng)、圖像檢索和模板自行儲(chǔ)存等眾多強(qiáng)大的功能,，模塊內(nèi)部還配有相應(yīng)的存儲(chǔ)空間,，將采集到的指紋轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的模板進(jìn)行存儲(chǔ)［6-7］。

　　FPM10A通過標(biāo)準(zhǔn)的串口與外界通信,，其默認(rèn)的波特率為57 600 b/s,，在參考通信協(xié)議后，可以自行更改,。它可以與任何單片機(jī),、ARM、DSP等帶串口的設(shè)備進(jìn)行連接,。指紋傳感器模塊實(shí)物,、模板及原理如圖2所示。

　　圖2指紋傳感器模塊實(shí)物,、模板及原理圖圖3按鍵模塊實(shí)物圖及原理圖CCD芯片主要功能是采集要錄入的指紋,，完成相應(yīng)指紋特征的生成。先對(duì)一個(gè)指紋進(jìn)行錄入,，成功后對(duì)其再錄入一次,，就可以得到一個(gè)相應(yīng)的指紋模板。其具體的工作過程為：指紋掃描,、特征生成,、合成模板及建立一個(gè)指紋庫。指紋識(shí)別模塊通過串行通信接口與單片機(jī)通信,，其發(fā)送端口與單片機(jī)PA10相連,，而接收端口與單片機(jī)PA9相連，紅色引腳接VCC,，黑色引腳接地,，NC懸空不用［8］,。

　　2.3鍵盤模塊

　　在系統(tǒng)中，鍵盤模塊的作用主要是方便管理員對(duì)模式進(jìn)行選擇,，按鍵從左到右,、從上到下依次代表著1、2,、3,、4、5,、6等按鍵編號(hào),。在系統(tǒng)初始化后，鍵盤便進(jìn)入了循環(huán)掃描狀態(tài),，一旦按下指定按鍵并輸入了正確密碼,，便進(jìn)入到下一個(gè)選擇界面，這時(shí)鍵盤仍然處于循環(huán)掃描狀態(tài),，按不同的鍵就可以進(jìn)行不同的操作,。其按鍵鍵盤實(shí)物及其原理圖如圖3所示。

　　2.4MP3語音模塊

　　該系統(tǒng)使用的放音模塊型號(hào)是MP381,，其體積小,，可作為普通MP3使用；具有掛起功能,，通過串口命令恢復(fù),；可以單鍵實(shí)現(xiàn)循環(huán)播放的功能，最多有8首歌,，也可以進(jìn)行一個(gè)按鍵對(duì)一首歌的直接播放,；擁有5~30 V的超寬工作電壓［910］,。因此,，可適用于各種應(yīng)用場合。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　總體設(shè)計(jì)流程如圖4所示,。

　　進(jìn)入主程序,，先對(duì)密碼狀態(tài)、按鍵數(shù)值,、序列號(hào)和得分等進(jìn)行賦初值,，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行初始化，對(duì)串口進(jìn)行初始化,，設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí),，對(duì)SD卡中的字庫進(jìn)行調(diào)用，若是以前用過的字便不進(jìn)行調(diào)用,，否則需要字體更新,。LCD液晶屏刷屏并顯示“管理員登錄：請(qǐng)按6,；普通用戶：請(qǐng)放下手指”的字樣。隨后進(jìn)入一個(gè)死循環(huán),，進(jìn)行實(shí)時(shí)鍵盤掃描和實(shí)時(shí)指紋采集,，在程序中調(diào)用指紋搜索的子程序，在這個(gè)子程序中有鍵盤的掃描程序,，檢測(cè)是否按下了“6”鍵,，如果按下，則返回值為6,，這時(shí)進(jìn)入管理員界面,，需要輸入6位密碼，若密碼輸入正確,，則進(jìn)入下一個(gè)設(shè)置界面,，否則顯示“密碼輸入錯(cuò)誤”。如果沒有按下“6”鍵,，應(yīng)答包的第10位有返回值并且返回值是0,，則代表指紋已經(jīng)找到，顯示“找到指紋”并顯示序列號(hào),。再調(diào)用程序顯示學(xué)生的個(gè)人信息,，同時(shí)顯示本次掃描的得分。如果應(yīng)答包中第10位返回的是“9”,，則表示指紋未找到,，將信息顯示在LCD顯示屏上。當(dāng)鍵盤按下“6”時(shí),，進(jìn)入到管理員界面,，這時(shí)程序跳出死循環(huán)，進(jìn)入到下一個(gè)死循環(huán),，這個(gè)死循環(huán)一直處于鍵盤掃描狀態(tài),，應(yīng)用switch來實(shí)現(xiàn)不同的按鍵按下時(shí)執(zhí)行相應(yīng)的操作。在錄入指紋時(shí)調(diào)用指紋錄入的子程序,，同時(shí)記錄序列號(hào),，存放在UserNum中，這對(duì)于學(xué)生信息的匹配有很大的幫助,。在進(jìn)行批量錄入時(shí),，其實(shí)質(zhì)只不過是在進(jìn)行死循環(huán)，不停地錄入,，直至跳出程序,。另外還可以按其他幾個(gè)鍵實(shí)現(xiàn)switch的其他分支，對(duì)應(yīng)著密碼修改,、模板刪除,、安全圖4總體設(shè)計(jì)流程圖 級(jí)別設(shè)置等操作,。當(dāng)按下按鍵“6”時(shí)，退出此次管理員操作程序,，回到主界面繼續(xù)進(jìn)行按鍵掃描和指紋掃描,。在每一個(gè)子程序執(zhí)行完后，都需要一個(gè)延時(shí)函數(shù),，進(jìn)行程序的進(jìn)一步處理,，同時(shí)為執(zhí)行下一步操作做好準(zhǔn)備。

4系統(tǒng)測(cè)試與分析

　　系統(tǒng)中LCD用來顯示系統(tǒng)界面,，進(jìn)入到管理員界面后,，可以進(jìn)行更多的操作，如錄入,、刪除等,；或普通用戶使用時(shí)，在識(shí)別后可以顯示學(xué)號(hào),、姓名以及本次判斷的得分,，如果識(shí)別失敗，則會(huì)顯示重新錄入等提示類信息,。測(cè)試結(jié)果如圖5所示,。

　　測(cè)試結(jié)果表明，指紋的采集與識(shí)別滿足設(shè)計(jì)要求,。

5結(jié)論

　　本文提出了身份識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,，其中以指紋識(shí)別模塊作為核心，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行了分析,，并介紹和分析了整個(gè)識(shí)別系統(tǒng)的主程序,。考場指紋識(shí)別系統(tǒng)省去了老師和學(xué)生由準(zhǔn)考證而帶來的麻煩,，有著很好的應(yīng)用前景,。

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