[doc格式] 基于ARM的指纹采集仪的设计与实现

[doc格式] 基于ARM的指纹采集仪的设计与实现 基于ARM的指纹采集仪的设计与实现 第17卷 V01.17 第1期 No.1 电子设计工程 ElectronicDesignEngineering 2009年1月 Jan.2009 基于ARM的指纹采集仪的设计与实现 陈鹏.郭宝龙 f西安电子科技大学机电工程学院,陕西西安710071) 摘要:指纹采集仪是一个涉及多个功能模块和技术参数的指纹识别仪器.以Samsung公司的嵌入式32位ARM器件 $3C2440为主控CPU,结合大容量SDRAM,NANDFlash,彩色LCD,USB,WindowsCE操作系统,设计了指纹采集的硬 件和软件系统,采集到指纹图像并分析采集结果,该系统满足采集范围广,体积小,功耗小,储存能力强,成本低等设 计要求,并且采用窗口式显示形式,便于仪器的调试,系统灵活性强.为实现指纹识别软件提供了功能强大的硬件基 础,对研究速度快,性价比高的嵌入式指纹平台具有重要的参考价值. 关键词:指纹采集仪:ARM处理器:WindowsCE操作系统;FPS200 中图分类号:TP391.4文献标识码:A文章编 号:1006—6977(20o9)ol—o036—03 DesignandrealizationoffingerprintcapturingsetbasedonARM CHENPenGU0Bao—long fSchoolofMechano—ElectronicEngineering,Xi’anElectronicsTechnologyUnive~ity,Xi’air71007l,China) Abstract:FingerprintcapturingsetisaFingerprintidentificationset.relatetomultiplefunctionsandtechnicalparameters. Baseontheintegrated$3C2440,hardwareandsoftwaresystemoffingerprintcapturingisdesignandresultsofthefinger— printcapturingpictureareanalyzed,combiningwithalargenumberofnewtechnologies,suchasSDRAM,NANDFlash, muhicolorLCD,USB,WindowsCE,etc.Wideinmeasuringrange,smallinsize,littleindissipation,thedesignisshownin windowsscreen,whichisconvenientforassemblingandveri~ing.Thissystemhasgoodflexibility.Itnotonlyprovidesasolid hardwarestructureforfuturefingerprintrecognitionsoftware,butalsohashugereferencevalueforfutureresearchandde— velopmentofembeddedfingerprintrecognitionsystemthatrequireshighspeed,lowcostandhighrecognitionrate. Keywords:fingerprintcapturingset;ARMprocessor;WindowsCEOS;FPS 200 1引言 在个人身份识别领域.指纹识别作为目前最为成熟的生 物识别技术之一,成为很多应用场合的首选.和PC环境相 比,嵌入式系统有着体积小,功耗低的特点,由于功能相对专 一 ,在稳定性,可靠性和安全性上有一定优势.所以现在嵌入 式系统不仅应用在移动设备上.而且在固定场合的身份识别 系统也被越来越多的采用. WinCE.Net嵌入式操作系统是微软公司推出的一种全新 开发的操作系统,具备抢先式多任务功能以及强大的通讯能 力,专门应用在信息设备.移动应用,消费类电子产品以及嵌 入式应用等非PC领域.目前已经发展到5.0版本.本文涉及 的指纹采集设备工作在以ARM920T为内核的嵌入式系统 上.设计这套系统的目的是进行便携式指纹识别仪器应用研 究,并提供一个指纹识别算法平台. 2指纹采集系统的设计与实现 系统采用嵌入式32位ARM器件$3C2440作为主控 CPU,由指纹图像的采集模块,核心处理模块,RAM,EEP一 收稿日期:2008—09—10稿件编号:200809033 ROM,外部存储器,LCD显示模块,接口模块7个部分组成. 图1给出系统结构框图. 图1系统结构框图 2.1指纹采集模块 现有的光学传感器的体积都较大,成像结果要经过变换 才可以使用.该采集系统采用Veridicom公司的FPS200t1固 体指纹识别传感器设计而成.FPS200是一种性能优越,功耗 低.价格便宜的指纹识别传感器.由于其特殊的EDS保护,特 别窄小的物理尺寸,以及独特的省电特性,使传感器尤其适 合嵌入式系统使用.主要原理是,在指纹图像感知区域集成 了二维金属电极阵列,每根电极充当电容一极,在传感器表 面.二极之问有一层钝化层作为电容的介电层.由于指纹的 脊和谷与传感器接触时会产生不同的电容值,测量这些不同 的数值即形成图像. 与同类产品相比.FPS200的性能特点如下: 基金项目:国家863高技术研究发展 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 项目(2006AA01Z127);国家自然科学基金项目(60572152) 作者简介:陈鹏(1982一),男,陕西人,硕士研究生.研究方向:嵌入式技术. - 36- 陈鹏.等基于ARM的指纹采集仪的设计与实现 (1)支持多接口模式.FPS200有3种接VI模式,8位的系 统总线接口,集成全速的USB接口和集成的串行外设接口, 使芯片的应用设计更加灵活.芯片集成USB控制器,大大减 少了USB电路设计的工作量,同时USB接口 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 支持更高 的传输速率: (2)自动指纹检测功能.FPS200可自动检测手指是否放 在传感器上,如果有,则进入工作状态;否则,进入睡眠状态. 此设计不需轮询检测指纹,提高了芯片的工作效率; (3)FPS200内部包括一个新的二阶的A/D转换器,功耗 低(75%);FPS200传感器单元间距变小,提高了传感器阵列 的机械强度. 系统采用USB接VI模式121,设计中请注意:?FPS200的 工作电压是3-3,3.6V,而USB的供电电压是5V,所以要用 电压转换芯片实施电压转换;?FPS200通过MODEl和 MODEO2个引脚来实现接口模式的选择.在USB接口模式 下.将微处理器接口模式和SPI予以屏蔽.此时MODE[1:0]=1 0b,采用FPS200内部ROM;其他部分引脚CSO,CS1,MOSI, MOSO被屏蔽.引脚悬空;XTAL1与XTAL2之间接l2MHz晶 体电路:FPS200内部的多频振荡器不丁作.图2给出FPS200 传感器和系统的连接电路. 2.2数据处理与显示 系统微处理器模块采用ARM2440开发系统,该系统采用 Samsung公司的ARM处理器$3C2440,南6层板设计[31.该开 发系统在尽可能小的面板上(120mmx9Omm)集成64MB SDRAM.64MBNANDFlash.1MBBOOTFlash,RJ一45网卡,音 频输入和输出,USBHost,USBSlave. 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 串口.SD卡插座等 设备接口,支持LCD/STN液晶屏接口,可以接各种单色,伪 彩,真彩液晶屏,并含有触摸屏接口.通过预留的USB口可实 时地将数据导入U盘或者PC机硬盘中. 现在的SD卡成本低.容量大,所以存储模块采用SD卡 进行图像存储. 液晶显示模块采用Samsung公司的3.5寸T不(带触 摸),通过液晶屏的触摸功能或USB鼠标,可以方便的对测试 系统进行窗口化操作. 3系统软件设计及实现 采用EVC工具开发上位机软件.可直接在WindowsCEII 环境下运行.上位机软件是控制系统运行的重要部分,主要 完成人机接口,指纹图像的采集并处理系统和采集模块的通 讯.系统软件可分为主程序模块,通许模块和指纹采集模块. 主程序模块主要完成界面显示,人机接口,模块调用等功能; 指纹采集模块完成指纹图像的采集;通讯模块负责接受数据 和发送由人机接口控制的寄存器的修改指令. 为了能够采集指纹,首先必须初始化FPS2O0的相关寄 存器,按照传感器的技术要求,初始化寄存器CTRLB,DTR, DCR和PGC的值,以设置传感器的工作方式,调整传感器灵 敏度.为指纹采集做好准备.改变DTR的值可以改变电容的 [ISET 20OkQ R2 尺3 r——[二卜——一FSET 56k 33V L——仁=)_——一MODEl Ikn ;—————一... DP DM Ul fSSAl2VDDAlN/C ISET3VSSA1N/C AIN4ISETN/C FSET5AINN/一 rSSA26 rDDA27VDDA2N/C TEST8TESTN/c l0P0N/C 11P1N/C 12D7N/C 13D6N/C i4D5N/C VSS115D4N/C VDD116VSS1N/C l7VDD1N/C l8D3N/f 19DD 1 2FPS200 / / 2ODON/C 21A0N/C 22’R—D—N/C 23—W—RN/C VSS224VSS2N/c rDD225VDD2N/C TAL226XTAL2N/C TALl27XTAL1N/C 28丽N/C 29可丽N/C 30EXTINTN/C 3lCSI/SCLKN/C 32CS0/SCSN/C 33MOSINIc 34MISON/C )DE135MODElN/C )DE036MODE0N/C DM37DMN/C DP38DPN/C fDD339VDD3N/C rSS340VSS3N/C 图2FPS20o和系统的连接电路图 放电时间,DCR控制放电电流的大小,PGC控制放大器增益, 当DTR和DCR值增大时.图像变白,对比度降低. 通过写寄存器CTRLA可选择采集指纹的方式,有3种 指纹采集方式:采集某行(GETROW);采集子图像(GETSUB), 采集整幅图fGETIMG).选择不同的采集方式,需要初始化的 行列寄存器则不同.图3给出系统软件 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图. 4试验结果分析 图4给出采集部分试验结果,对比图像后发现,FPS200 的放电参数DCR.DTR和PGC对指纹的清晰度有一定影 响.其中DTR参数控制电容的放电时间,延长放电时间可 减少指纹图像的背景噪声;增加DCR参数值同样能起到减 少指纹背景噪声的作用,但升高DCR同时减少DTR时可维 持图像的清晰度:PGC参数控制指纹图像和背景的对比度, 需要根据不同的工作条件进行参数调整.图4(a)的图像是 - 37- 《电子设计工程)2009年第1期 ? 写DTR.DCRPGC 初始化CTRLA选择GETIMG模式 等待行捕捉时间 从CTRLA中读出一行数据(a)(b) l匪再圃l图4采集的指纹图像 I釜莩磊荔 <:. 至壁!f11刘丹.基于FPS200的指纹自动识别系统的开发与实现. 图3系统软件流程图『D1.沈阳:东北大学,2006. 在DCR--0x01,DTR--0x40,PGC--0x0B(g=3)下采集的;图4(b)的[2】张新跃,张艳.指纹芯片及USB接口指纹采集系统设计 图像是在DCR=0x01,DTR=Ox23,PGC=0x00(g=1)下采集的.当fJ].电子技术,2004(6):54—56. 手指情况较好时,图4(a)的参数要比图4(b)的参数得到的罔[3】JiWankang,Yania’Ho”gYongqiang.BSPdevelopmentofWin 像更好.CEsystemforvehiclenavigationdevicebasedon$3C2440 结谭【C].TheEighthInternationalConferenceonElectronicMea— J=口p口 surementandInstmments.2007(2):389—391. 本文设计了一个基于ARM的指纹采集系统,使用f41陈庆接,李见为,张腾,等.基于ARM9的嵌入式自动指纹 FPS200固体指纹传感器作为指纹采集元器件.减少了许多识别系统『J1.重庆大学,2004,27(9):22—25. 软件优化图像的过程.以Samsung的$3C2440为硬件平台,『51周毓林,宁杨,陆贵强,等.WindowsCE内核定制及应用开 WindowsCEt~统为软件平台,非常容易地对外实施扩展,为发fM].北京:电子工业出版社,2005. (上接第35页) 图4信号发生及信号调理实验结果 该平台集成有波形发生器,示波器,数字万用表,可变电源等. 同时NIELVIS可根据课程需要开发和购买不同功能的实验 板建立通信,自动控制,物理等不同学科的实验室. (2)实验实现原理简单NIELVIS平台具备数据采集功 能,可直接把模拟信号输入计算机进行显示和分析处理. (3)ELVIS平台附加功能强大NIELVIS平台附加功能 强,用户界面丰富,通过开发软件实现更多功能. 需要补充的是,LabVIEw可与工业标准的电路仿真SPlCE 环境ElectronicsWorkbenchMuhisim紧密集成.借助虚拟3D NIELVIS环境,学生可完成实验前任务,使用Multisim和NI - 38- ELVIS设计电路.把仿真结果输出到LabVIEW.最后使用 Ultiboard建立电路模型. 6结语 NIELVIS应用于远程虚拟实验室可使诸多理论知识 付诸于实践,且能根据用户的兴趣及创造添加更多新功 能,灵活应用,突破时空限制,随时随地与他人探讨协作共 享实验资源,解决了科研教学资源紧张的问题.其次,该远 程虚拟实验室开发周期短,使用效率高,可扩展性强,成本 低,功能强. 参考文献: [1】周毅.基于虚拟仪器的网络虚拟实验室构建[EB/OL].2007. [2】陈锡辉张银鸿.LabVlEW8.20程序设计从入门到精通【M】. 北京:清华大学出版社,2007. 【3]林鹏.基于DataSocket技术的虚拟实验室系统设计【JJ.实 验科学与技术,2008,6(3):45—46. f41中国仪器仪表学会第九届青年学术会议.中国仪器仪表学 会第九届青年学术会议 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 集【A】.安徽黄山,2007. 【5]陈昌菊.远程网络虚拟实验室系统研究【D】.成都:西华大 学电气信息学院.2008. [6】蒋书波,徐启.ELVIS在实验教学中的应用『J1.国外电子测 量技术,2007,26(9):59—61.