使用SPCE061A的指紋識別系統(tǒng)設(shè)計

摘要：文章介紹了以凌陽SPCE061A為核心的一種新型指紋識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,可靠性強，操作方便，可廣泛應(yīng)用于需要指紋識別的各種場合。詳細介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，以及指紋采樣算法，最后介紹了軟件設(shè)計方法及流程圖。
1 引言

指紋是指手指末端正面皮膚上凸凹不平產(chǎn)生的紋路。盡管指紋只是人體皮膚的一小部分，但是，它蘊涵大量的信息。這些皮膚的紋路在圖案、斷點和交叉點上是各不相同的，在信息處理中將它們稱作“特征”，依靠特征的唯一性，就可以把用戶同他的指紋對應(yīng)起來，通過比較輸入的指紋特征和預先保存的合法指紋特征，就可以驗證用戶的真實身份。

以前的各種指紋識別系統(tǒng)屬于光學識別系統(tǒng)，由于光不能穿透皮膚表層，所以只能夠掃描手指皮膚的表面，或者掃描到死性皮膚層，但不能深入真皮層。在這種情況下，手指表面的干凈程度，直接影響到識別的效果。如果，用戶手指上粘了較多的灰塵，可能就會出現(xiàn)識別出錯的情況。并且，如果人們按照手指，做一個指紋手模，也可能通過識別系統(tǒng)，對于用戶而言，使用起來不是很安全和穩(wěn)定。

本系統(tǒng)采用了凌陽SPCE061A單片機作為控制核心，SPCE061A不僅僅是具有單片機的控制功能，它還是一款運算能力很強的DSP芯片；對于指紋的采集，本系統(tǒng)采用了富士通公司的新型指紋傳感器MBF300，這種電容傳感器發(fā)出的電子信號可以穿過手指的表面和死性皮膚層，達到手指皮膚的真皮層，直接讀取指紋圖案，從而大大提高了該系統(tǒng)的安全性。

2 系統(tǒng)設(shè)計

SPCE061A的指紋識別系統(tǒng)總體設(shè)計方案如圖1所示。

圖1 指紋識別系統(tǒng)總體設(shè)計方案

本系統(tǒng)采用凌陽公司的SPCE061A單片機，它是將控制功能、數(shù)據(jù)處理功能以及數(shù)字信號處理（DSP）功能集于一身的一種新型單片機。它的CPU采用凌陽最新推出的16位微處理芯片，工作頻率可達到40MHz。它的指令系統(tǒng)提供了16位乘法運算指令和內(nèi)積運算指令，可以對指紋模板進行高速的DSP處理。它的內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了各個功能部件之間的連線，提高了可靠性和抗干擾能力。它的結(jié)構(gòu)采用模塊化，易于系統(tǒng)的擴展。它的中斷處理能力較強，適用于各種實時控制領(lǐng)域。它的地址線達到22根，可以擴展4M空間的程序和數(shù)據(jù)存儲器，適合指紋識別系統(tǒng)對存儲器容量較大的要求。它的低功耗和低電壓工作模式也使它特別適合于電池供電的指紋識別系統(tǒng)。

MBF300是富士通開發(fā)出的一種微型指紋傳感器，系統(tǒng)利用MBF300將采樣指紋模板輸入到單片機中進行比較分析。它是利用手指在傳感器表面滑動進行指紋的采樣，所以被稱為掃描型傳感器。

鍵盤和LCD都是I/O設(shè)備。鍵盤可以讓用戶修改信息和輸入ID號，增強該系統(tǒng)的安全性；LCD采用CHIPS65545，用于顯示界面信息,為防電磁干擾和信號衰減，LCD連接線必須作一些特殊處理。

3 MBF300傳感器的基本原理及特點

電容式傳感器可以將物體、圖形、文字等具有二維的圖象轉(zhuǎn)換成電信號。MBF300屬于電容式傳感器。它由一個2維金屬電極陣列構(gòu)成。一端為固定極板，而人的手指皮膚則作為活動極板。當手指置于感應(yīng)器上時，一個微細的信號從驅(qū)動環(huán)耦合到手指真皮表層上，并隨著指紋的紋脊和紋谷的變化而變化。感應(yīng)器偵測這種細微變化，對感應(yīng)信號放大，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，從而最終形成精確的指紋圖象。

3．1 MBF300傳感器的基本原理

MBF300電容式傳感器的基本原理如圖2所示。

圖2 MBF300傳感器的基本原理圖

S是固定極板，H為活動極板，即用戶的手指指紋。當活動極板因被測參數(shù)的改變而引起移動時，兩極板間的距離d發(fā)生變化，從而改變了兩極板之間的電容量。設(shè)兩極板相互覆蓋的有效面積為A(M²)，兩極板間的距離為d（M），板極間介質(zhì)的介電常數(shù)為ε(F·m^-1)，在忽略板極邊緣影響的條件下，其靜態(tài)電容量C（F）為：

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