指紋識別傳感器電路設(shè)計解析—電路圖天天讀（310）

　　隨著生物特征識別技術(shù)的快速發(fā)展，指紋識別技術(shù)廣泛進(jìn)入人們的生活領(lǐng)域。

　　圖1為提出的多傳感器指紋驗證系統(tǒng)框架圖。首先，通過光學(xué)和電容傳感器采集用戶的指紋圖像。然后，對圖像進(jìn)行預(yù)處理和分別提取兩類傳感器采集的指紋圖像的特征，基于細(xì)節(jié)點的匹配算法被分別應(yīng)用到光學(xué)和電容細(xì)節(jié)點集，因此，有2個匹配分?jǐn)?shù)，并使用融合規(guī)則融合這些分?jǐn)?shù)。

　　圖1多指紋傳感器驗證系統(tǒng)框架圖

　　指紋傳感器的類型和工作原理

　　由于當(dāng)今指紋傳感器規(guī)格很多，但是，至今仍然沒有一個恰當(dāng)和統(tǒng)一的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)。目前，市場上現(xiàn)有的傳感器主要有光學(xué)傳感器和電容式傳感器兩類。

　　圖2：系統(tǒng)硬件框圖

　　1）算法處理模塊用于移植上位機驗證通過的可靠指紋識別算法，其主要功能：通過CPLD存取傳感器采集的指紋圖像；并對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，作出圖像識別的最終結(jié)論；管理外部存儲器SDRAM和DATA Flash；與控制驅(qū)動模塊通訊等。

　　2）指紋采集模塊集合了指紋傳感器和采集控制電路，按照預(yù)先設(shè)定的采集參數(shù)，負(fù)責(zé)實時采集指紋圖像，并通過相應(yīng)的接口將圖像數(shù)據(jù)傳輸至算法處理核心模塊。

　　3）電源管理模塊為整體系統(tǒng)供電，該系統(tǒng)設(shè)計的硬件平臺有3組供電電壓：外圍機械電機驅(qū)動為5 V，底層控制模塊的電壓和DSP的外核電壓同為3．3 V，DSP的內(nèi)核電壓為1．8 V。

　　4）底層控制模塊包括控制器MCU、LED指示燈、指紋鎖鍵盤、電機和邏輯控制器CPLD等外同電路，與指紋產(chǎn)品的中間構(gòu)件相配套，設(shè)計上層構(gòu)件——指紋鎖。

　　5）存儲器模塊包括外部SDRAM和外擴DATA Flash，前者用于存儲臨時比對的圖像和一些變量，后者用于保存指紋特征庫和DSP的BootLoa-der啟動程序。

　　采集圖像傳感器

　　指紋傳感器是通過光學(xué)掃描、晶體熱敏、晶體電容等3種主要傳感原理采集指紋圖像。衡量一個傳感器的質(zhì)量主要有：成像質(zhì)量、手指適應(yīng)能力、采集速度、電氣特性、硬件接口能力、SDK能力、附加功能。根據(jù)成像原理不同。廣泛使用的指紋傳感器類型有光學(xué)、電感式、電容式以及壓感式等。其中，CMOS光學(xué)傳感器具有無畸變、指紋圖像清晰、對比度高的特點，對質(zhì)量較差指紋具有良好的校正和容錯性能，在使用壽命上百萬次無變化。

　　圖3：指紋圖像預(yù)處理步驟

　　底層控制模塊

　　設(shè)計指紋鎖，除了要有完整的中間構(gòu)件——指紋識別模塊，還需要配套的底層控制模塊等基礎(chǔ)構(gòu)件。該系統(tǒng)選用高性能低功耗的MEGA8單片機作為底層控制模塊的CPU處理器。該器件所實現(xiàn)的功能有：循環(huán)掃描鍵盤并進(jìn)行相應(yīng)處理；控制LED燈指示系統(tǒng)當(dāng)前工作狀態(tài)；驅(qū)動電機執(zhí)行開關(guān)門鎖動作；與DSP通訊交互信息等。如圖4所示，單片機作為底層控制模塊，其IO 引腳控制其他器件，采用I2C與DSP進(jìn)行信息交換。

　　圖4：底層控制模塊

　　電源管理模塊

　　如圖5所示，包括電源和電源管理器件。電源部分，該設(shè)計由4節(jié)1．5 V串聯(lián)的干電池供電，此電壓實際最高時為7 V左右，最低時為5 V，足以滿足整體體統(tǒng)的電壓要求。電源管理器件，選用手持設(shè)備中常用的低功耗高性能穩(wěn)壓器R1111N331B、XC62068152MR、 XC6-206P332MR，輸出33 V的整體電壓和DSP 1．8 V的核心電壓，這類器件的特點是它具有控制關(guān)斷引引腳，在系統(tǒng)處于睡眠時，可以通過置位使能端，關(guān)斷整個系統(tǒng)板的供電，從而達(dá)到低功耗節(jié)能的目的。

　　
圖5：電源管理模塊

　　指紋掃描系統(tǒng)

圖6

　　指紋掃描系統(tǒng)有兩項基本工作：一是需要獲得手指的圖像，二是需要確定該圖像中的嵴紋和波谷是否與以前掃描圖像中的嵴紋和波谷相吻合。

　　編輯點評：本文簡單介紹了指紋識別傳感器的電路設(shè)計，設(shè)計了一個完整的、獨立運行的指紋鎖系統(tǒng)。它具有體積小、功耗低、使用安裝方便的特點，非常適合于現(xiàn)代家庭的防盜門鎖安裝，能滿足普通用戶的需求。

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