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(wèn)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(yǔ)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(guò)LCD顯示出來(lái)，用語(yǔ)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(chǎng)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：?jiǎn)纹瑱C(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(zhǎng)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?；谶@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(jiàn)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(jiǎn)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(méi)有太大的區(qū)別，主要是通過(guò)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(pán)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(pán)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(lái)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(xiě)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(guò)程中為方便用戶進(jìn)入系統(tǒng)的最開(kāi)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(guò)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(guò)程為：指紋掃描、特征生成、合成模板及建立一個(gè)指紋庫(kù)。指紋識(shí)別模塊通過(guò)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(pán)模塊

　　在系統(tǒng)中，鍵盤(pán)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(pán)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(pán)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(pán)實(shí)物及其原理圖如圖3所示。

　　2.4MP3語(yǔ)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(guò)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(chǎng)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(kù)進(jìn)行調(diào)用，若是以前用過(guò)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(pán)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(pán)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(méi)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(pán)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(pán)掃描狀態(tài)，應(yīng)用switch來(lái)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(guò)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(lái)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?？紙?chǎng)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(lái)的麻煩，有著很好的應(yīng)用前景。

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