基于FPC1011C電容式傳感器指紋識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于FPC1011C電容式傳感器指紋識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：設(shè)計(jì)了一種基于DSP處理器和FPC1011C電容式指紋傳感器的嵌入式指紋識(shí)別模塊，可廣泛運(yùn)用于指紋U盤(pán)、U-Key、汽車(chē)防盜裝置、指紋PDA、POS機(jī)、個(gè)人電腦等聯(lián)機(jī)和脫機(jī)產(chǎn)品。具有高性能、低功耗、低價(jià)位等特點(diǎn)。本文介紹FPC1011C電容式指紋圖像傳感器的結(jié)構(gòu)、特性和工作原理，并采用FPC1011C和DSP所組成的指紋識(shí)別模塊的硬件設(shè)計(jì)方法及指紋圖像傳感器驅(qū)動(dòng)軟件的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：FPC1011C；指紋識(shí)別模塊； DSP；電容式傳感器一、引言 生物識(shí)別技術(shù)是一種通過(guò)人體特征來(lái)確認(rèn)身份的認(rèn)證技術(shù)，它能立刻強(qiáng)化安全，并且將用戶(hù)從密碼地獄中解放出

2、來(lái)。生物識(shí)別可用在很多地方，比如：視網(wǎng)膜識(shí)別、面部識(shí)別、簽名識(shí)別、聲音識(shí)別技術(shù)、指紋識(shí)別技術(shù)等。在所有的生物識(shí)別技術(shù)中指紋識(shí)別技術(shù)是目前最為成熟，也被應(yīng)用最廣的生物識(shí)別技術(shù)。它是用人體的指紋特征對(duì)個(gè)體身份進(jìn)行區(qū)分和鑒定，具有唯一性、穩(wěn)定性、難于偽造的特點(diǎn)，而且識(shí)別的準(zhǔn)確率較高。使它在身份識(shí)別和認(rèn)證領(lǐng)域以及安全性能要求較高的行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。指紋識(shí)別技術(shù)即將迎來(lái)一個(gè)跳躍性發(fā)展的黃金時(shí)期，巨大市場(chǎng)前景，將對(duì)國(guó)際、國(guó)內(nèi)安防產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。 二、FPC1011C傳感器的總體特征 FPC1011C的工作原理和性能特點(diǎn) FPC1011C電容式指紋傳感器是瑞典FingerPrint Card公司推出的

3、目前最先進(jìn)的電容式指紋傳感器，該電容式指紋傳感器利用了該公司擁有專(zhuān)利的反射式探測(cè)技術(shù)（以往的電容式指紋傳感器采用的一般是直接式探測(cè)技術(shù)），使指紋傳感器的表面保護(hù)層厚度可以達(dá)到普通電容式指紋傳感器的100倍左右，因此使指紋傳感器具有更高的對(duì)干濕手指的適用性和更長(zhǎng)的使用壽命。 主要特征和性能如下： 指紋圖像大?。?52*200 圖像分辨率：363 DPI 傳感器圖像面積：10.64*14.00mm 采集原理：電容式，反射式探測(cè)法 探測(cè)位置：真皮層 高速的SPI接口 3.3V或2.5V的工作電壓 抗靜電達(dá)15kV以上 使用壽命達(dá)100萬(wàn)次以上 使用溫度：-2060 2 模塊的硬件設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)是由DS

4、P、FPC1011C指紋傳感器、SDRAM和FLASH、RS232接口等硬件組成。 工作原理 用戶(hù)通過(guò)PC端軟件發(fā)命令給指紋識(shí)別模塊，F(xiàn)PC1011C電容式指紋傳感器采集用戶(hù)的指紋，DSP通過(guò)SPI接口讀取從傳感器過(guò)來(lái)的指紋圖像，將指紋圖像存儲(chǔ)到SDRAM中，DSP運(yùn)用指紋識(shí)別核心算法對(duì)圖像進(jìn)行運(yùn)算，將運(yùn)算出來(lái)的特征點(diǎn)和存儲(chǔ)在Flash的特征點(diǎn)進(jìn)行比對(duì)，再通過(guò)指紋識(shí)別模塊將比對(duì)結(jié)果輸出給PC端顯示比對(duì)結(jié)果。系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。 圖1 模塊的硬件設(shè)計(jì)框圖 指紋傳感器部分的硬件設(shè)計(jì) DSP通過(guò)SPI口讀取FPC1011C的指紋圖像，并通過(guò)PF口來(lái)控制片選控制信號(hào)，F(xiàn)PC1011C指紋圖像傳感

5、器通過(guò)SPI(串行外設(shè)接口)口和外部進(jìn)行通信，通信時(shí)，需要把傳感器設(shè)置成從機(jī)模式，DSP設(shè)置成主機(jī)模式，同時(shí)要把從機(jī)CPOL和CPHA 設(shè)置為 0的數(shù)據(jù)傳輸模式，指紋圖像的最大傳輸速度可達(dá)4M/s(=32MHz)。 傳感器部分的硬件電路示意圖如圖2所示。 圖2 傳感器部分的硬件電路接口圖 3 傳感器的驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì) 采用ADI公司的VisualDSP+ 4.5集成開(kāi)發(fā)環(huán)境軟件進(jìn)行C語(yǔ)言編程。按時(shí)序把指紋圖像放在SDRAM的固定地址中，通過(guò)仿真器進(jìn)行調(diào)試，并讀出所采集的指紋圖像，觀察指紋圖像質(zhì)量，進(jìn)而調(diào)整指紋傳感器的參數(shù)，使采集到的圖像效果達(dá)到最佳。 FPC1011C的指令概要： 指令指令代碼描述

6、rd_sensor11 H開(kāi)始采集指紋圖像（數(shù)據(jù)采用FIFO方式）rd_spidata20 H采用FIFO方式讀（僅在SPI接口時(shí)有效）rd_spistat21 H通過(guò)SPI接口讀取內(nèi)部狀態(tài)寄存器（僅在SPI接口時(shí)有效）rd_regs50 H讀取內(nèi)部狀態(tài)寄存器（所以寄存器在一次操作中讀出，寄存器的內(nèi)容通過(guò)FIFO方式存放）wr_drivc75 H寫(xiě)DRIVC寄存器，設(shè)置傳感器的電壓振幅wr_adcref76 H寫(xiě)ADCREF寄存器，設(shè)置ADC靈敏度wr_sensem77 H寫(xiě)SENSEMODE寄存器,設(shè)置自測(cè)試模式wr_fifo_th7C H寫(xiě)FIFO_TH寄存器,通過(guò)FIFO方式設(shè)置數(shù)據(jù)有效

7、信號(hào)wr_xsense7F H移位數(shù)據(jù)到XSENSE寄存器wr_ysense81 H移位數(shù)據(jù)到Y(jié)SENSE寄存器wr_xshift82 H寫(xiě)XSHIFT寄存器，設(shè)置X方向的移位數(shù)據(jù)wr_yshift83 H寫(xiě)YSHIFT寄存器，設(shè)置Y方向的移位數(shù)據(jù)wr_xreads84 H寫(xiě)XREADS寄存器，在移位YSENSE寄存器之前設(shè)置同一行的讀取數(shù)目 傳感器初始化程序設(shè)計(jì) /*/ /*init SPI */ /*CPOL and CPHA must be set 0*/ /*/ void segment (L1_code) Init_SPI(void) *pSPI_CTL &= (SPE); /dis

8、able SPI *pSPI_BAUD = 0x23;/SPI Master Baud Rate = SCLK / (2 SPI_BAUD) *pSPI_STAT = TXCOL RBSY MODF TXE; /Master Mode;Active high SCK;8 bit; *pSPI_CTL = MSTR TIMOD_RAW_TX GM WOM SZ; /* /The default parameter setting for FPC1011C(3A or 3B) /DrivC= 0x7F /ADCRef = 0x02 / Adaptive Gain Control FPC1011C；

9、 */ voidsegment (L1_code) Init_FPC1011C(void) / default setting DriveC=127, ADCRef=2 SPI_SendByte(WRITE_DRIVC); SPI_SendByte(DriveC); SPI_SendByte(WRITE_ADC_REF); SPI_SendByte(ADCRef); 采集指紋圖像程序設(shè)計(jì) /* /Read Image */ voidsegment (L1_code) Read_FPC1011C_Img(void) unsigned char val,i1,j1; unsigned short

10、j; unsigned short cnt=0; Start_SPI(); Init_FPC1011C(); SPI_SendByte(READ_SENSOR); SPI_SendByte(0x00); for(j=0;j20;j+) SPI_SendByte(READ_SPI_STATUS); SPI_SendByte(0x00); val = SPI_RecByte(); SPI_SendByte(READ_SPI_DATA); SPI_SendByte(0x00); for(i1=0;i1200;i1+) for(j1=0;j1152;j1+) Img = 0xFF-SPI_RecByt

11、e(); Disable_Spi(); 可調(diào)整DriveC、ADCRef的值，使采集到的圖像達(dá)到最佳化。 圖3 采集到的指紋圖像 4結(jié)論 本文采用FPC1011C電容式指紋傳感器，結(jié)合DSP的嵌入式技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種獨(dú)立運(yùn)行嵌入式系統(tǒng)的指紋識(shí)別模塊，模塊可完成注冊(cè)指紋、刪除指紋和打開(kāi)控制電路，從采集指紋到核心指紋識(shí)別算法處理完成僅需要1s時(shí)間。完全滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，同時(shí)留有RS232接口可以方便的與計(jì)算機(jī)通信，同時(shí)也可用于給鎖具廠(chǎng)家提供二次開(kāi)發(fā)的接口。在DSP系統(tǒng)中成功實(shí)現(xiàn)了指紋圖像的采集、預(yù)處理、指紋特征提取以及指紋匹配等指紋核心算法識(shí)別程序。 參考文獻(xiàn)： 【1】ADSP-BF533 Blackfin? Processor Hardware Reference Revision 3.2, July 2006 ParNumber； Analog Devices； 【2】朱智平. 嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)研究. 武漢理工大學(xué), 2007 . 【3】汪曉妍,傅德勝. 生物特征識(shí)別中的信息融合技術(shù). 微計(jì)算機(jī)信息, 2005,(18) . 【4】嚴(yán)玉才. 指紋識(shí)別技術(shù)的廣泛應(yīng)用與發(fā)展前景. 杭州科技, 2009,(0