基于FPC1011C電容式傳感器指紋識別系統(tǒng)設(shè)計

1、基于FPC1011C電容式傳感器指紋識別系統(tǒng)設(shè)計摘要：設(shè)計了一種基于DSP處理器和FPC1011C電容式指紋傳感器的嵌入式指紋識別模塊，可廣泛運用于指紋U盤、U-Key、汽車防盜裝置、指紋PDA、POS機、個人電腦等聯(lián)機和脫機產(chǎn)品。具有高性能、低功耗、低價位等特點。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所組成的指紋識別模塊的硬件設(shè)計方法及指紋圖像傳感器驅(qū)動軟件的設(shè)計。關(guān)鍵詞：FPC1011C；指紋識別模塊； DSP；電容式傳感器一、引言 生物識別技術(shù)是一種通過人體特征來確認(rèn)身份的認(rèn)證技術(shù)，它能立刻強化安全，并且將用戶從密碼地獄中解放出

2、來。生物識別可用在很多地方，比如：視網(wǎng)膜識別、面部識別、簽名識別、聲音識別技術(shù)、指紋識別技術(shù)等。在所有的生物識別技術(shù)中指紋識別技術(shù)是目前最為成熟，也被應(yīng)用最廣的生物識別技術(shù)。它是用人體的指紋特征對個體身份進(jìn)行區(qū)分和鑒定，具有唯一性、穩(wěn)定性、難于偽造的特點，而且識別的準(zhǔn)確率較高。使它在身份識別和認(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。指紋識別技術(shù)即將迎來一個跳躍性發(fā)展的黃金時期，巨大市場前景，將對國際、國內(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 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利的反射式探測技術(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干濕手指的適用性和更長的使用壽命。 主要特征和性能如下： 指紋圖像大小：152*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，反射式探測法 探測位置：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)100萬次以上 使用溫度：-2060 2 模塊的硬件設(shè)計 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 用戶通過PC端軟件發(fā)命令給指紋識別模塊，F(xiàn)PC1011C電容式指紋傳感器采集用戶的指紋，DSP通過SPI接口讀取從傳感器過來的指紋圖像，將指紋圖像存儲到SDRAM中，DSP運用指紋識別核心算法對圖像進(jìn)行運算，將運算出來的特征點和存儲在Flash的特征點進(jìn)行比對，再通過指紋識別模塊將比對結(jié)果輸出給PC端顯示比對結(jié)果。系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。 圖1 模塊的硬件設(shè)計框圖 指紋傳感器部分的硬件設(shè)計 DSP通過SPI口讀取FPC1011C的指紋圖像，并通過PF口來控制片選控制信號，F(xiàn)PC1011C指紋圖像傳感

5、器通過SPI(串行外設(shè)接口)口和外部進(jìn)行通信，通信時，需要把傳感器設(shè)置成從機模式，DSP設(shè)置成主機模式，同時要把從機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)動軟件設(shè)計 采用ADI公司的VisualDSP+ 4.5集成開發(fā)環(huán)境軟件進(jìn)行C語言編程。按時序把指紋圖像放在SDRAM的固定地址中，通過仿真器進(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接口時有效）rd_spistat21 H通過SPI接口讀取內(nèi)部狀態(tài)寄存器（僅在SPI接口時有效）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FIFO方式存放）wr_drivc75 H寫DRIVC寄存器，設(shè)置傳感器的電壓振幅wr_adcref76 H寫ADCREF寄存器，設(shè)置ADC靈敏度wr_sensem77 H寫SENSEMODE寄存器,設(shè)置自測試模式wr_fifo_th7C H寫FIFO_TH寄存器,通過FIFO方式設(shè)置數(shù)據(jù)有效

7、信號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XSHIFT寄存器，設(shè)置X方向的移位數(shù)據(jù)wr_yshift83 H寫YSHIFT寄存器，設(shè)置Y方向的移位數(shù)據(jù)wr_xreads84 H寫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 /*/ /*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 /* /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)計了一種獨立運行嵌入式系統(tǒng)的指紋識別模塊，模塊可完成注冊指紋、刪除指紋和打開控制電路，從采集指紋到核心指紋識別算法處理完成僅需要1s時間。完全滿足用戶的需求，同時留有RS232接口可以方便的與計算機通信，同時也可用于給鎖具廠家提供二次開發(fā)的接口。在DSP系統(tǒng)中成功實現(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. 生物特征識別中的信息融合技術(shù). 微計算機信息, 2005,(18) . 【4】嚴(yán)玉才. 指紋識別技術(shù)的廣泛應(yīng)用與發(fā)展前景. 杭州科技, 2009,(0