一種智能家居指紋識(shí)別門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

      指紋的唯一性和穩(wěn)定性使其成為目前被廣泛應(yīng)用的生物識(shí)別技術(shù)之一，我愛方案網(wǎng)小編為大家介紹的智能家居指紋識(shí)別門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案采用FPI指紋識(shí)別模塊，結(jié)合Linux設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確、快速地完成身份驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)開關(guān)門功能和定時(shí)快速的報(bào)警功能。

　　在介紹設(shè)計(jì)方案之前，我們先來復(fù)習(xí)一下指紋識(shí)別技術(shù)的原理。

　　一、指紋識(shí)別的技術(shù)原理

　　指紋識(shí)別的技術(shù)原理是從指紋數(shù)據(jù)庫中查找與采集指紋是否匹配的指紋數(shù)據(jù)，達(dá)到通過辨別身份實(shí)現(xiàn)開關(guān)門鎖的目的。其基本原理如圖1所示，指紋識(shí)別系統(tǒng)由指紋圖像采集、指紋圖像預(yù)處理、指紋特征提取、指紋特征匹配、特征數(shù)據(jù)庫等幾部分組成。指紋圖像預(yù)處理采用了Gabor濾波的方法進(jìn)行灰度圖濾波去噪，通過將圖像濾波后，對其進(jìn)行二值化處理使各種噪聲得到濾除或者修正。指紋特征提取是建立在對該點(diǎn)8鄰點(diǎn)統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)之上，特征點(diǎn)通過計(jì)算CN(Croosing Number)得到。指紋特征匹配的過程是計(jì)算兩幅指紋相似程度的過程，在做指紋匹配前必須把不同的指紋圖像校準(zhǔn)，找到輸入特征點(diǎn)集和模板特征點(diǎn)集之間的最佳變換。

　　指紋識(shí)別系統(tǒng)大體上可分為兩個(gè)內(nèi)容：指紋注冊和指紋比對。指紋注冊主要包括指紋采集、指紋圖像預(yù)處理、特征點(diǎn)提取和特征值存儲(chǔ)。指紋比對的前3步操作與指紋注冊完全相同，在特征點(diǎn)提取后，生成的指紋特征值將與存儲(chǔ)在指紋特征數(shù)據(jù)庫的特征值作特征匹配，最后輸出匹配結(jié)果。

　　圖1指紋識(shí)別技術(shù)的基本原理

　　二、指紋識(shí)別門禁硬件原理

　　本文設(shè)計(jì)的指紋識(shí)別門禁系統(tǒng)主要由FPI指紋識(shí)別模塊、Raspberry Pi主控模塊、AVR模塊3部分組成，該硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　三方通訊實(shí)現(xiàn)用戶的指紋錄入和匹配，以及門鎖的開關(guān)，并且以發(fā)送郵件的方式來監(jiān)控門鎖的狀態(tài)。

　　。FPI指紋識(shí)別模塊強(qiáng)大的圖像處理功能對指紋識(shí)別非常靈敏，及時(shí)處理接收到的指紋信息，并與Raspberry Pi通訊;。Raspberry Pi模塊，一方面控制AVR去檢測門的開關(guān)狀態(tài)以及開關(guān)門鎖，另一方面控制FPI指紋錄入和匹配，并在Raspberry Pi上建立數(shù)據(jù)庫記錄用戶信息;?？刂破鰽VR反饋給Raspberry Pi門的開關(guān)狀態(tài)，并且控制電機(jī)來開關(guān)門鎖，加強(qiáng)了在硬件方面的拓展，可通過硬件在更多方面對門進(jìn)行監(jiān)測。

　　此外，使用了無線通訊模塊，避免了過多布線可能對原本門鎖結(jié)構(gòu)的破壞，使該系統(tǒng)的硬件組成方便快速。

　　圖2指紋識(shí)別系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

　　指紋識(shí)別模塊

　　指紋模塊基于TI公司的TMS320VC5509高級數(shù)字DSP處理器為主核，芯片結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。高精光學(xué)采集頭(TFS-D0307)，高速、穩(wěn)定;標(biāo)準(zhǔn)UART接口通訊，標(biāo)準(zhǔn)8字節(jié)通訊協(xié)議，F(xiàn)PI完成處理接收到的指紋信息，并與Raspberry Pi主控模塊通訊的工作。

　　圖3指紋識(shí)別芯片F(xiàn)PI

　　圖像采集芯片

　　FPI芯片上集成了圖像采集芯片F(xiàn)PC1011F，F(xiàn)PC1011F指紋傳感器是電容式半導(dǎo)體傳感器件，該電容式指紋傳感器利用了反射式探測技術(shù)，屬于平面式采集指紋傳感。相比傳統(tǒng)的電容式傳感器，它采集的是指頭的真皮層，且對干濕手指有良好的適用性。FPC1011F的指紋采集原理：FPC1011F指紋傳感器是由152×200個(gè)傳感器陣列組成的，每一個(gè)陣列是一個(gè)金屬電極，充當(dāng)電容器的一極，安在傳感面上的手指頭的對應(yīng)點(diǎn)則作為另外一極，其工作原理是基于變極板間距的電容式傳感器，其電容量由式(1)確定：

　　(式中：C為電容量;d為極板間距;ε0為真空介電常數(shù);εr為極板間介質(zhì)的相對介電常數(shù);s為極板的有效面積)

　　當(dāng)手指接觸傳感器導(dǎo)電框以后，由式(1)可知，谷和脊因?yàn)殡x傳感器陣列的距離不同，產(chǎn)生了不同的電容值C，經(jīng)過運(yùn)算放大電路，形成不同的電壓值，通過內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換，獲得高質(zhì)量的數(shù)字指紋圖像。