在線簽名識(shí)別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和USB通信

在當(dāng)今的信息化社會(huì)，計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正不斷地改變著我們的生活?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)雖然使信息的發(fā)布和傳遞更加方便，但在信息技術(shù)帶來好處的背后也存在著一些問題，其中信息安全就是一個(gè)方面，而身份鑒別技術(shù)是信息安全技術(shù)研究領(lǐng)域中的一個(gè)重要方向，傳統(tǒng)的身份鑒別如證件、口令等都不能適應(yīng)目前信息化的需要，這時(shí)，在線簽名識(shí)別技術(shù)就孕育而生了。過去的簽名識(shí)別技術(shù)采用的是離線靜態(tài)識(shí)別方式，即只是對(duì)筆跡的形態(tài)特征進(jìn)行識(shí)別，而在線簽名識(shí)別系統(tǒng)除了可對(duì)筆跡的形態(tài)進(jìn)行識(shí)別外，還能利用更多的簽名信息(如在線書寫時(shí)的壓力信息，角度信息等)來進(jìn)一步增加識(shí)別的準(zhǔn)確度。

目前國內(nèi)對(duì)于在線簽名識(shí)別系統(tǒng)的研究還處于起步階段，現(xiàn)在僅僅只對(duì)簽名波形的各種匹配算法進(jìn)行了一定的研究，而對(duì)于在線簽名識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還沒有一個(gè)比較完善的方案。簽名采集系統(tǒng)的關(guān)鍵是采集數(shù)據(jù)的精確性和采集設(shè)備與PC機(jī)之間的通信，只有把這兩部分做好了，才可能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。本文介紹的系統(tǒng)在采集方面使用12位ADS7846芯片來實(shí)現(xiàn)高精度、高速的12位數(shù)據(jù)采集和AD轉(zhuǎn)換；在通信方面則采用USB接口。由于USB協(xié)議本身的健壯性可保證簽名數(shù)據(jù)的無差錯(cuò)高速傳輸，所以本系統(tǒng)的解決方案具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)包括手寫輸入設(shè)備、顯示沒備、信息處理設(shè)備、信息傳輸設(shè)備以及與之相配套的軟件。在整個(gè)系統(tǒng)中，手寫輸入設(shè)備有四線電阻式觸摸屏和觸摸屏控制器，其中觸摸屏控制器應(yīng)能夠采集所書寫的橫縱坐標(biāo)和壓力坐標(biāo)的模擬量，并通過AD將其轉(zhuǎn)化為12位數(shù)字信息，然后把這些信息通過觸摸屏控制器的串行口傳送給處理設(shè)備。本系統(tǒng)采用Atmel公司比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的AT89S52單片機(jī)。通過單片機(jī)將采集到的信息處理后送給顯示系統(tǒng)顯示，然后將信息通過USB接口實(shí)時(shí)發(fā)送給計(jì)算機(jī)，以使簽名信息能夠在計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)顯示。本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

2 數(shù)據(jù)采集模塊

2.1 觸摸屏及其控制器

簽名信息主要是通過觸摸屏來獲得的，觸摸屏的種類大致可分為紅外式觸摸屏、電容式觸摸屏、聲表面波式觸摸屏和電阻式觸摸屏。其中電阻式觸摸屏比較適合用來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。電阻式觸摸屏以一層玻璃作為基層，上面涂有一層透明氧化金屬(ITO氧化銦)導(dǎo)電層，再蓋有一層玻璃或是外表面經(jīng)過硬化處理的光滑塑料層，它的內(nèi)表面則涂有一層ITO導(dǎo)電層，塑料層與導(dǎo)電層之間有許多細(xì)小的透明隔離點(diǎn)對(duì)兩導(dǎo)電層進(jìn)行隔離絕緣。每當(dāng)有筆或是手指按下時(shí)，兩個(gè)導(dǎo)電層就相互接觸，從而形成回路。

ADS7846是美國Burr-Brown公司推出的新一代電阻式觸摸屏專用控制器。ADS7846是典型的逐步逼近寄存器型A／D變換器，其結(jié)構(gòu)以電容再分布為基礎(chǔ)。芯片包含有取樣／保持功能。ADS7846的引腳與以前的ADS7843的引腳完全兼容，只是增加了片內(nèi)溫度測量、觸摸壓力測量和電池電壓測量三個(gè)功能。ADS7846工作時(shí)，有時(shí)可能需要一個(gè)外部參考(VREF引腳)，其中外部參考電壓范圍為1V～+VCC，通過它可以直接設(shè)定A／D輸入通道的輸入范圍，而其平均基準(zhǔn)輸入電流則取決于變換速率。

2.2 MCU與ADS7846的接口

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將ADS7846的X+，Y+，X-，Y-分別與觸摸屏的X+，Y+。X-，Y-一一對(duì)應(yīng)，而將ADS7846的CS，DCLK，DIN，DOUT，BUSY分別對(duì)應(yīng)AT89S52的P2.1～P2.5腳。系統(tǒng)工作時(shí)，單片機(jī)先將P2.1置成低電平以選中ADS7846。然后再向ADS7846發(fā)送測量X坐標(biāo)的命令控制字。圖2所示是本系統(tǒng)中MCU與ADS7846的接口電路。