基于arm的指纹识别门禁系统的设计

基于arm的指纹识别门禁系统的设计内容摘要：

低功耗、大容量、擦写速度快、可整片或分扇区在系统编程(烧写)、擦除等特点，并且可由内部嵌入的算法完成对芯片的操作，因而在各种嵌入式系统中得到了广泛的应用。 作为一种非易失性存储器，Flash在系统中通常用于存放程序代码、常量表以及一些在系统掉电后需要保存的用户数据等。 常用的Flash为8位或16位的数据宽度，编。 Flash技术根据不同的应用场合也分为不同的发展方向，有擅长存储代码的NOR Flash和擅长存储数据的NAND Flash。 同时，S3C2410内部集成了NAND Flash控制器，为了支持系统从NAND Flash中启动，S3C24lO内部有一块被称为垫脚石(Steppingstone)的SRAM缓存。 如果选择从NAND Flash中启动，在启动时S3C2410会自动的将NAND Flash存储器中最前面的4KB数据拷贝到S3C24lO内部的SRAM中并自动执行。 如果这4KB存放的是启动代码，那么启动代码就可以从S3C241O内部的SRAM中执行，启动代码初始化系统和外部SDRAM后将存储在NAND Flash中的操作系统和应用程序拷贝到外部SDRAM中，这时整个系统就可以启动了。 在本系统中，采用的是三星公司的K9F5608U芯片，其电路原理图如图23所示。 图23 NAND FLASH原理图 SDRAM单元SDRAM具有容量大、存取速度快、成本低的特点，得到了广泛的应用。 与Flash存储器相比，SDRAM不具有掉电保持数据的特性，但存取速度高于Flash存储器，且具有读/写属性，因此SDRAM在系统中主要用作程序的运行空间、数据以及堆栈区，是系统启动之后进行存取操作的存储器。 S3C2410在片内具有独立的SDRAM刷新控制逻辑，可方便地与SDRAM连接。 同时，由于S3C24lO片内的存储空间不大，大量的数据都要通过SDRAM暂时存放和交换，即动态存储区。 系统启动时，CPU首先从起始地址读取启动代码进行系统初始化，在完成系统初始化后，程序代码一般调入SDRAM中运行以提高系统的运行速度。 SDRAM存储单元犹如一个电容，总是倾向于放电，为避免数据丢失，必须定时充电刷新。 图24 SDRAM 外围接口 USB及USB摄像头单元USB(Universal Serial Bus)即通用串行总线，是现在非常流行的一种快速、双向、廉价、可以进行热插拔的接口。 随着嵌入式技术的快速发展，USB的应用已经逐渐从PC机扩展到了嵌入式技术中，并且发挥着重要的作用。 USB设备之所以会被大量应用，主要具有以下优点：(1)可以热插拔，使用方便。 (2)系统总线供电，并可提供5V/500mA电源，具有独立供电特点。 (3)支持设备众多，支持多种设备类，例如鼠标，键盘，摄像头等。 (4)连接灵活，可以连接多个设备，最多可扩127个，连接的方式也非常灵活，既可以使用串行连接，也可以使用集线器Hub把多个设备连接在一起再与PC的USB口相连。 (5)速度快，支持高速数据传输，S3C2410带有两个USB主设备控制器和一个USB从设备控制器，这样可以方便USB设备的使用。 在设计开发一个USB外设的时候，主要需要编写三部分的程序：固件程序、USB驱动程序和客户应用程序。 USB的电路连接图如图25所示。 图25 USB电路连接图USB接口的设备可以方便应用到嵌入式系统中，具有USB接口的优盘因为存储容量大，价格低，在嵌入式系统中一般可以用来存储数据。 在门禁控制器中，可以用来存储初始化的资料数据也可以存储采集到的重要数据，方便用户的保存和修改。 另外，本系统中应用到的视频监控就用到了USB接口的摄像头。 界面显示接口模块设计LCD(Liquid Crystal Display)称为液晶。 LCD显示器的基本工作原理是通过给不同的液晶单元供电，控制其光线的通过与否，从而达到显示的目的。 因此，LCD的驱动控制器是对每个液晶单元的通电的控制。 液晶工作时使用的是外部的光线，其光线照明方式有两种：传送式和反射式。 由于液晶自己本身并不发光，所以与CRT相比，液晶显示器的耗电量较低。 本系统选用传送式背光(CCFL)彩色STN液晶屏，LCD的控制器使用S3C2410的内部集成的控制器。 、320240像素、256色的彩色LCD屏。 其可提供4/8/12/16位颜色模式，电源操作范围宽()，低功耗设计可满足系统省电的要求。 为了保证LCD正常工作，一定要保证硬件正确连接，S3C2410与STNLCD屏的关键电路连接如26图所示。 S3C2410 STNLCD图26 S3C2410与LCD连接图(1)S3C2410上液晶数据线VD[19:23]、VD[10:15]、VD[3:7]分别对应R、G、B的三色信息。 一个R、G、B共16bits的组合代表了一个像素的信息。 (2)S3C24lO上液晶电压控制信号VM．VDEN与LCD的ENAB信号连接，保证数据的有效指示。 (3)S3C2410液晶的位时钟信号VCLK与LCD的时钟信号CK连接。 在VMVDEN信号有效的情况下，LCD控制器送出的数据在VCLK的上升沿送出，在下降沿时被LCD驱动器采样。 (4)S3C2410的液晶帧时钟信号VFVS与LCD的帧同步信号连接，LCD控制器在一个完整帧显示完成后立即插入一个VFRAME信号，并开始新的一帧。 (5)S3C24lO的液晶线时钟信号VL．HS与LCD的行同步信号连接，LCD控制器在整个水平线数据移入LCD驱动器后插入一个VLINE信号。 指纹识别模块设计指纹采集器采集到指纹图像后，才能被计算机进行识别、处理，指纹图像的质量会直接影响到识别的精度以及指纹识别系统的处理速度，因此指纹采集技术是指纹识别系统的关键技术之一。 因为指纹的表面积相对较小，日常生活中手指常常会受到磨损，所以获得优质的指纹细节图像是一项十分复杂的工作。 目前主要使用的指纹采集技术有光学指纹采集技术，半导体指纹采集技术和超声波指纹采集技术。 光学指纹采集是历史久远、使用最广泛的技术，它是将手指放在光学镜片上，手指在内置光源照射下，用棱镜将其投射在电荷耦合器件(CCD)上，进而形成脊线(指纹图像中具有一定宽度和走向的纹线)呈黑色、谷线(纹线之间的凹陷部分)呈白色的数字化的、可被指纹设备算法处理的多灰度指纹图像。 优点是一定程度上适应温度的变异，较为廉价，可达到500DPI的较高分辨率，但存在要求足够大的尺寸，且过分干燥和过分油腻的手指也将使光学指纹产品的效果变坏的缺点。 半导体指纹采集技术又有硅电容指纹图像传感器、半导体压感应传感器和半导体温度感应传感器三种类型。 最常见的指纹传感器是半导体指纹传感器，它通过电子度量来捕捉指纹，在半导体金属阵列上能结合大约100,O00个电容传感器，其外面是绝缘的表面。 传感器阵列的每一点是一个金属电极，充当电容器的一极，按在传感面上的手指头的对应点则作为另一极，传感面形成两极之间的介电层。 由于指纹的脊和谷相对于另一极之间的距离不同(纹路深浅的存在)，导致硅表面电容阵列的各个电容值不同，测量并记录各点的电容值，就可以获得具有灰度级的指纹图像。 半导体指纹采集设备可以获得相当精确的指纹图像，分辨率可高达600DPI，并且指纹采集时不需要光学采集设备要求的较大面积的采集头。 由于半导体芯片的体积小巧、功耗很低，可以集成到许多现有设备中，这是光学采集设备所无法比拟的。 随着各种工艺技术的不断发展，芯片的防静电性能和耐用度也得到了很大的改善，现在许多指纹识别系统研发工作都采用半导体采集设备来进行。 本系统使用Veridi公司的半导体指纹采集传感器FPS200，其核心技术是基于高可靠性硅传感器芯片设计。 FPS200是Veridi公司在吸收了己广泛应用的FPSll0系列传感器优点的基础上，推出的新一代指纹传感器。 其表面运用Veridi公司专利技术而制成，坚固耐用，可防止各种物质对芯片的划伤、腐蚀、磨损等，FPS200能承受超过8KV的静电放电(ESD)，因此FPS200可应用在苛刻的环境下。 FPS200采用CMOS技术，获取的图像为256300像素，分辨率为500DPI(点每英寸)并且内置8位高速A/D转换器，适合更复杂的手指，大大减低了误识率(FAR)和拒识率(FRR)。 其内部控制逻辑如图27所示。 图27 FPS200内部逻辑图 指纹识别的理论基础由于识别技术的不断成熟，基于人体生理特征的身份识别系统逐渐被人们开始采用。 目前，从实用角度看，指纹识别技术要比其它生物识别技术更安全和更方便，这是因为。