實(shí)用性指紋識(shí)別模塊設(shè)計(jì)方案，提供軟硬件參考設(shè)計(jì)

2.2 系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn)

縱覽全球諸多指紋識(shí)別事件：出入關(guān)按指紋、開(kāi)門(mén)按指紋、領(lǐng)社保按指紋、上班考勤按指紋、幼兒園接送孩子按指紋、銀行取款按指紋、超市購(gòu)物按指紋付款、洗衣服按指紋進(jìn)行分工、打手機(jī)按指紋、上電腦按指紋等等新現(xiàn)象層出不窮，指紋識(shí)別已經(jīng)與人們的生活休戚相關(guān)。指紋化產(chǎn)品呈現(xiàn)出廣闊的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)前景和巨大的利潤(rùn)空間。

由于此開(kāi)發(fā)板具有VGA、RS232、鍵盤(pán)/鼠標(biāo)等接口，可以很方便的在很多產(chǎn)品得到應(yīng)用，使產(chǎn)品具有指紋識(shí)別的功能。例如，它可以與指紋保險(xiǎn)箱（柜）、指紋門(mén)鎖、IC卡系統(tǒng)、汽車(chē)啟動(dòng)系統(tǒng)連接使用，也可以統(tǒng)購(gòu)RS232和計(jì)算機(jī)等設(shè)備聯(lián)機(jī)使用。同時(shí)，目前的指紋識(shí)別認(rèn)證系統(tǒng)大都采用DSP或者ARM來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣的嵌入式系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)小型化集成化，更無(wú)法SOC，使得指紋識(shí)別在小型化便攜式產(chǎn)品中的應(yīng)用得到局限，而本模塊以FPGA作為核心控制系統(tǒng)，由于FPGA具有高度集成、低功耗、短開(kāi)發(fā)周期等優(yōu)點(diǎn)，所以如果本模塊設(shè)計(jì)成功，可以實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別模塊的小型化、集成化和SOC，使得指紋識(shí)別可以應(yīng)用到更多的領(lǐng)域，為人們的生活帶來(lái)更多的便利和安全，同時(shí)也具有更廣闊的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)前景和更大的利潤(rùn)空間。

技術(shù)成熟性和可靠性論述

本模塊采用xilinx公司Spartan 3E系列XC3S500E型FPGA作為核心控制芯片，這款芯片采用90ns的先進(jìn)工藝，最大容量50萬(wàn)門(mén)，足以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求。美國(guó)富士通公司的MFS300滑動(dòng)式電容指紋傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS 技術(shù)，含有8 位A/D 變換器，能在2.8 V～5 V 的寬電壓范圍內(nèi)工作，能自動(dòng)檢測(cè)到是否有指紋到達(dá)傳感器，并實(shí)現(xiàn)在線采集。它能在保證指紋圖像高分辨率(500dpi)的同時(shí)大大減小了傳感器的尺寸(13.3×3.6mm2)。系統(tǒng)利用XC3S500E的SPI端口和MPS300進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使得傳輸更方便，傳輸速度更快、抗干擾能力更強(qiáng)。再加上該模塊利用嵌入式軟核實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的管理，利用硬件實(shí)現(xiàn)識(shí)別算法，保證了系統(tǒng)功能的完整性與識(shí)別的正確性。而識(shí)別算法我們采用美國(guó)FBI推薦的特征點(diǎn)匹配算法來(lái)實(shí)現(xiàn)指紋的識(shí)別，更保證了系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。

項(xiàng)目實(shí)施方案

1.方案基本功能框圖及描述

用框圖的方式并加以簡(jiǎn)單的描述簡(jiǎn)述實(shí)施本項(xiàng)目的技術(shù)方案。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)采用xilinx公司Spartan 3E系列XC3S500E型FPGA作為核心控制芯片，通過(guò)MFS300滑動(dòng)式電容指紋傳感器進(jìn)行指紋圖象的采集，自動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)通過(guò)SPI端口傳送給FPGA核心控制單元，以進(jìn)行指紋登記或指紋對(duì)比。內(nèi)擴(kuò)展的SRAM和Flash 分別用作存儲(chǔ)指紋程序運(yùn)行時(shí)的臨時(shí)數(shù)據(jù)和指紋數(shù)據(jù)信息。PROM在上電時(shí)對(duì)FPGA 進(jìn)行程序配置。鍵盤(pán)用于實(shí)現(xiàn)模塊模式的切換和模塊密碼設(shè)置等功能。RS23接口可以與計(jì)算機(jī)等設(shè)備進(jìn)行聯(lián)機(jī)操作，方便系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。該系統(tǒng)利用嵌入式軟核實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的管理，利用硬件實(shí)現(xiàn)識(shí)別算法，保證了系統(tǒng)功能的完整性與識(shí)別的正確性。

2.需要的開(kāi)發(fā)平臺(tái)

實(shí)現(xiàn)本方案所需要的基本功能、功能、接口

所需要的目標(biāo)FPGA開(kāi)發(fā)平臺(tái)，簡(jiǎn)述為什么需要此平臺(tái)

是否需要其它配套的開(kāi)發(fā)工具

需要的硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)是：初級(jí)板Spartan-3E

以partan 3E系列XC3S500E型FPGA作為核心控制系統(tǒng)，利用其SPI端口訪問(wèn)MFS300傳感器的寄存器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集任務(wù)，在其內(nèi)部嵌入DSP軟核，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的預(yù)處理、特征參數(shù)的提取和匹配，利用其外設(shè)FLASH存儲(chǔ)指紋數(shù)據(jù)信息，建立指紋數(shù)據(jù)庫(kù)；通過(guò)LCD顯示模塊建立人機(jī)交互界面等。

需要的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)是：Xilinx ISE 9.1i、Matlab等；

利用Xilinx ISE 9.1i完成對(duì)FPGA的控制，利用Matlab實(shí)現(xiàn)濾波器的仿真，算法的研究，軟核的制作等。