嵌入式系統培訓課程_嵌入式指紋識別系統開發(fā)

小嵌

嵌入式系統培訓課程_嵌入式指紋識別系統開發(fā),   

摘要：介紹了指紋識別技術的基本原理，嵌入式操作系統的選擇及定制。計算機控制單元的軟件及硬件設計包括：指紋并口采集板設計及初始化程序，前臺指紋建檔（比對程序，局域網通訊程序，數據處理程序等。 關鍵詞：指紋識別 嵌入式 通訊 操作系統 生理測定技術是當前研究的熱點之一。目前，有很多技術等生物測定技術可用于身份認證，包括：虹膜識別、視網膜識別、面部識別、簽名識別、聲音識別技術、指紋識別技術等。其中指紋因具有終生不變性及穩(wěn)定性，是目前應用前景較好的生物識別系統。但指紋識別目前在國內乃至世界仍未普及的主要原因是：（1）速度慢：目前一般系統辨別需要數秒鐘甚至更長;（2）性能差：錯誤拒識率（FRR）和錯誤接受率（FAR）過高，目前市場上出現的系統一般 FRR<3%,FAR<1/106;（3）價格高：由于目前國內主要引用國外成熟的指紋識別技術，并且比對系統采用PC機處理，體積龐大，不便移動。本系統在對指紋識別技術優(yōu)化的基礎上，與嵌入式技術相結合，可較好地解決上述問題。 1 指紋識別原理 指紋識別的基本原理為：采用細節(jié)點坐標模型來做細節(jié)匹配，即對指紋的脊線末梢和指紋的脊線分支點提取特征點鑒定指紋。具體的自動指紋識別系統框圖見圖1。

  

指紋圖像的預處理：目的是去除指紋圖像中的噪音，將其轉化為一幅清晰的點線圖，便于提取正確的指紋特征。預處理影響指紋識別的效果，具有重要的意義。它分四步進行，即灰度濾波、二值化、二值去噪、細化。 對圖像細化后，采用細節(jié)點模反提取出指紋圖像的脊線末梢和脊線分支點的位置，將指紋認證問題轉化成為點模式匹配問題。建檔時將特征位置點坐標轉化為極坐標后存入數據庫，作為建檔模板。指紋比對時，采用同樣的方法，得到比對模板。由于要考慮指紋的平移和旋轉（對極坐標只考慮旋轉），對每個關鍵點A，在指紋圖像上尋找兩個與其最后的關鍵點R、S，把A、R、S點的類型（末梢或分支點）分別紀錄為nType1、nType2、nType3;把連接點A與點R、點 A與點S、點R與點S的3條虛擬線段所跨越的脊線數分別記為nCrossNum1、nCrossNum2、nCrossNum3。如果這兩點滿足一定茶杯條件，則認為點A與點B初匹配成功，如此可選擇出最好的3組對應點，計算出比對模板相對建檔模板的旋轉角度，將比對模板矯正后，再進行細節(jié)點的精細匹配，根據隸屬函數可計算兩個指紋的相似度。如大于某個閾值，則認為是同一指紋。 2 系統的定制 2.1 選擇嵌入式操作系統 隨著微電子技術的進步，芯片的制造成本和銷售價格都大大降低了，而功能和內部支持的端口卻大大擴展了，16位和32位嵌入式處理器逐漸成為電子產品設計的主流。為了縮短產品設計周期和運行時間，使工作更穩(wěn)定、更可靠和更高效并實現需要的復雜功能，需要運行于嵌入式處理器上的嵌入式操作系統，才能形成完整的系統平臺。當前嵌入式操作系統包括Microsoft Embedded NT 4.0、Microsoft Windows CE、Nucleus PLUS、pSOSystem等。由于指紋識別對系統計算能力要求較高，需要具有強大的管理功能，并不需要硬實時功能，在實際開發(fā)中選用 Microsoft Embedded NT 4.0嵌入式操作系統，它具有操作系統的完善功能和強大的TCP/IP網絡功能;開發(fā)環(huán)境可選用Visual C++ 6.0并支持組件對象模型、MFC、ATL等。經過實驗驗證，可滿足設計要求。 2.2 系統硬件選擇及開發(fā) 系統硬件框圖見圖2。嵌入式系統中引導塊, 嵌入式接樁怎么做, 嵌入式wifi插座, 嵌入式總線接口技術, 那些大學有嵌入式專業(yè), 嵌入式工程原理, 北京嵌入式培訓, 實時嵌入式操作系統, 嵌入式結售匯, 嵌入式該怎么學習, mcu嵌入式待遇, 嵌入式adc全稱, 嵌入式油畫框怎么裝, 嵌入式馬桶是什么, 嵌入式軟件自動化, 嵌入式軟件工程專業(yè), arm嵌入式貪吃蛇, 客廳嵌入式照明, 嵌入式開發(fā)項目流程, 物聯網需要嵌入式, 嵌入式接項目要求, 嵌入式車庫自動開關,

  

（1） 工控主板選用研祥PI6584V工控主板，并配如下部件:CPU（AMD K6-2）、內存（168線64MB）、PC 104以太網卡、32MB DOM。該部分采用5V供電，靜態(tài)耗電50μA。峰值耗電量50mA。體積為50mm%26;#215;80mm%26;#215;20mm。工控主板在系統中所起作用：搭載系統應用軟件;使用EPP1.9模式，通過并口從并口板讀取指紋圖像數據;將指紋圖像數據通過指紋建檔算法轉化為指紋特征值存入 DOM中;實時采集指紋與DOM中指紋特征值進行比對;接收鍵盤輸入鍵值并根據按鍵功能定義進行相應操作;系統狀態(tài)信息通過串口輸出到控制板中，完成人機操作界面顯示。 （2） 指紋采集頭組件（COMS板）。COMS板的主要功能為：實時通過光學指紋采集儀將指紋圖像折射到采像芯片上，由采像芯片完成模擬量到數字量的轉換，并送往并口板存儲器中暫存。COMS板的核心器件為OV7120和指紋采集儀。OV7120為黑白單元COMS VGA采像器件。指紋采集儀為光光采像頭，型號為ZYZ202A。該型號采像頭為長春方圓定型產品，主要技術參數：手指接觸面：光學玻璃;采像有效面積：22mm%26;#215;22mm;成像方式：棱鏡折射式;圖像分辨率：450dpi。 （3） 并口板主要功能為：通過I2C總線對COMS板中采像芯片OV7120設置有關參數;從COMS板提取指紋采像數據并暫存于存儲器中;每存取一幀圖像數據即通過并口（EPP模式）向工控主板發(fā)出請求信號;根據工控主板發(fā)出的數據提取信號將指紋圖像數據輸入系統進行有關處理;實時檢測整機內部環(huán)境溫度并控制相關排風扇的工作。并口板的核心器件為EPM7032、AT89C2051、IS61C1024L。EPM7032為FPGA，其主要作用是完成COMS 板指紋圖像數據到工控主板的數據傳遞。AT89C2051是通用8位單片機。IS61C1024L為128K%26;#215;8bit高速COMS靜態(tài)存儲器，與并口板之間采用IDC-20P雙排針接口。 （4） 控制板主要功能為：接受外部命令并將對應鍵值輸入工控主板以完成相關操作，通過串口從控主板獲取顯示內容并轉化為液晶屏顯示所需格式�？刂瓢搴�有15個銨鍵，為導電膠方式。按鍵包括：Menu、Cancel、OK、0～9、<、>共15個鍵�？刂瓢宓暮诵钠骷�為鍵盤掃描芯片EM83050和標準8位單片機AT89C2051。與工控主板之間采用TJC3-3P插座;與液晶屏之間采用TJC3-9P插座。 （5） 液晶屏主要用來顯示系統所處狀態(tài)。液晶屏型號為WGM12232H，點陣大小122%26;#215;32。 串口LED顯示采用RS232/485接口與計算機通信，通信方式：RS232接口、115200bps、異步8位、1位起始位、8位數據位、1位停止位。 發(fā)送數據格式如下： 55H AAH XX顯示數據 其中，55H AAH為數據頭標志，XX為背光控制字：48H點亮背光，其余不點亮背光。 通信說明：通信主動方為PC，被動方向LCD。首先PC發(fā)送數據頭命令55H、AAH，LCD接收到數據頭后，判斷是否正確。若正確則開始接收背光控制字并顯示數據;否則退出接收狀態(tài)。傳輸數據中，當LCD端檢測到傳輸中斷超時，即退出接收狀態(tài)。LCD值守狀態(tài)時處于背光熄滅狀態(tài)，當檢測有鍵按下或有指紋時，上位機發(fā)送背光控制字（48H）使背光點亮。 完成硬件設計，通過編寫測試軟件在PC平臺上進行測試，基本可滿足系統要求。[!--empirenews.page--]

  

3 軟件及驅動編寫 3.1 嵌入式NT系統定制 硬件測試完成后，根據硬件的中斷號、插槽及系統要求的性能，需要對嵌入式NT進行定制。在NT系統裁減器中，主要選擇如下： （1） 選擇Minimal With Network Copy至Minimal With Network; （2） System中Devices選擇Display-NullVga,Serial Ports-com1/com2（中斷號：5/6），Parallel Ports-LPT1; （3） Networks:Network adapters-Novel NE2000 Compatile Adapts,Network Protocol-TCP/IP,Network Services-LAN Manage Workstations、Simple TCP Service、DHCP client Winsock; （4） Share System Component中選擇Display Common、Keyboard driver common、Network Common、Virtual memory mamage; （5） Applications中選擇Shell-command Shell，Utilities-Windows NT Command Prompt。 生成操作系統后，做一張嵌入式NT啟動盤，用啟動盤格式化DOM，鍵入NTBoot>后將操作系統拷貝至DOM，NT操作系統即可運行。 3.2 軟件編寫 系統流程圖見圖3。 系統啟動部分主要功能：初始化指紋識別模塊InitFp（）;初始化串口和刷新液晶LCDInit（int（hWnd））;初始化字庫 IniFontLib（）;初始化鍵盤響應InitKeySys（）;初始始化字庫IniFontLib（）;初始化鍵盤響應InitKeySys（）;初始化并口采像設備InitParrel（）;初始化液晶顯示InitDispary（）;將指紋庫，密碼庫裝入內存LoadAll（）。系統啟動完成后開始線程ThreadMain（），在線程中進入程序死循環(huán)，在循環(huán)中主要響應按鍵和采集圖像進行指紋比對其中按鍵響應分三部分; （1） 當輸入的按鍵個數等于設定個數（人員代碼長度+密碼長度）時，進行密碼考勤; （2） 指紋考勤分為分組考勤（即輸入接鍵的數字鍵數目為1時進行）、1:1考勤（即輸入按鍵數目等于人員代碼長度時進行）; （3） 值守狀態(tài)下，按MENU鍵，輸入正確系統密碼進入管理狀態(tài)。 系統菜單包括：值守，指紋建檔，1:1建棣，密碼建檔，指紋刪除，密碼刪除，指紋查詢，指紋分組查詢，密碼查詢，系統日期，系統時間，默認組設置，修改 IP地址，語言設置，代碼長度設置，系統密碼。 采集圖像進行指紋比對：在大循環(huán)中，先讀圖像：ReadImg（Img,50）;如果讀圖像成功，進行比對:SysMatch（Img）;比對成功后，顯示人員代碼、姓名。 3.3 數據傳輸部分 定義流水帳結構為：考勤時間:_SYSTEMTIME T;人員代碼：char Code[16];出入標志：Byte Inout。網絡傳輸采用標準TFTP和UDP協議進行通信，詳細通信協議如下： 上傳下載采用TFTP協議，主要完成的功能包括：上載人員名單、備份、下傳流水帳、備份數據至主機。UDP主要負責打開、關閉TFTP服務。網絡通信模塊采用標準TFTP協議： 報頭==0x81 下載 報頭==0x82 上載 傳遞文件只能為流水賬、配置表、指紋數據、密碼裝飾。 4 實驗及測試結果 系統設計完成后，可脫機值守工作。122%26;#215;32點陣LCD實時顯示時鐘、操作狀態(tài)，并具有15鍵操作鍵盤，可獨立完成建檔及查詢等功能。系統核查指紋1:N、1:1兩種方式兼容，體積小巧，支持桌面及壁掛放置（外形尺寸：255mm%26;#215;176mm%26;#215;100mm），提供RS232/R485、RJ45接口，支持局域網連接。提供識別記錄的標準數據格式，可用于二次開發(fā)或與人事工資等管理軟件掛接。指紋登記個數≥3000枚，數據存儲容量≥50萬條記錄。 為驗證系統性能，選取1000枚指紋作實驗，其中每300枚指紋為一組，實驗結果如下： （1） 指紋核查通過時間：<2s; （2） 誤識率（FAR）:<0.001%; （3） 拒識率（FRR）:<1%; （4） 功耗：<60W; （5） 分辨率：450dpi。 上述指紋管理系統已初步通過實驗檢測，運行正常，并通過了有關部分初步驗證。本系統將指紋識別與嵌入式技術結合在一起，降低了系統成本，可廣泛用于生活小區(qū)物業(yè)管理，學校的考場管理，軍事、政府部門的身份鑒別。應用前景廣闊。 但是，該系統還存在兩個問題：（1）對指紋質量比較差的指紋存在建檔較難的問題（FFR過高）;（2）算法過于復雜，影響系統性能。還對應算法和操作系統性能進一步優(yōu)化。