基于DSP的电容式指纹传感器识别系统
作者：石怀彬，解梅 来源：RFID世界网 2011-07-29 10:25:34
摘要：阐述一款基于DSP(Digital Signal Processor)的嵌入式指纹识别系统，对其硬件设计电路和软件设计进行了详细的论述。设计了双电源切换系统，通过SPI协议与指纹采集头FPCIOllC和液晶屏进行通信，能够方便地进行指纹采集、注册、匹配，可实时显示处理结果，并把数据及结果通过RS232传送到电脑终端。另外，系统既可以脱机使用，也可与PC联机使用。
引言指纹识别系统是日常生活中常见的一种识别方式，其广泛应用于门禁、考勤和其他安防领域。本指纹识别系统，采用双供电方式，既可与电脑联机使用，也可作为便携式设备使用。作为便携式时，大约可存储300～500枚指纹，同时系统有着很高的识别率。
指纹识别系统应用范围大、精度高、可以实时快速对指纹进行采集，注册匹配，广泛应用于安防领域中。
1硬件设计
1．1硬件架构框图
本指纹识别系统是以TMS320VC5510A为硬件平台，配以Flash、SDRAM、指纹传感器FPC1011C、LCD和键盘等外围设备而成的嵌入式指纹识别系统。可以实现对指纹的识别、匹配、存储等功能。系统采用双电源设计保持系统随时供电。具体结构框图如图1所示。
FPC1011C是瑞典FingerPrints公司成功推出的一种电容式面装指纹传感器，具有高图像质量(363 dpi的分辨率)、高耐磨(高达100万次)、高抗静电(可达15 kV以上)、低功耗(3．3 V工作电压下的功耗为50 mw)等特点，是一种全新的基于certus传感器平台的电容式指纹传感器。其工作电压为2．5V或者3．3V，传感器还具有高速的SPI接口，8脚的软排线可以方便地接入各种系统。
系统采用3．3 V电压对指纹传感器进行供电，把DSP的MCBSP2接口配置为SPI主机模式与传感器(SPI从机)进行通信。采集图像大小为200×152像素，SPI时钟频率由MCBSP2的CLKX2提供，设置为1 MHz。硬件连接如图2所示。
电源模块由两部分构成，分别是电源电池自动转换模块和DC／DC电平转换模块。转换模块使系统在掉电的情况下可以自动转到电池供电，使系统正常运行。DC／DC电平转换为DSP外设提供3．3V电压，为内核提供1．6 V电压。
自动电源切换电路采用凌特公司的LTC4414，电路如图3所示。LTC4414通过控制2个P沟道MOSFET，实现一种用于电源切换的近似理想二极管的功能，从而实现两个电源的高效“或”操作。FDS6975是一款双P沟道MOSFET芯片。
为方便操作和直观显示处理结果，系统安装有键盘和LCD，可以实时进行操作和显示。LCD采用的是FYDl2864-0402B，其以ST7920为驱动模块，内嵌汉字库，支持串口和并口数据传输。此处采用串口SPI协议传输，如图5所示。
2软件设计
在硬件架构上必须有相应的软件设计才可以实现系统的功能。软件设计是在DSP的开发环境CCS中进行的，运用了嵌入式操作系统DSP／BIOS，使开发更加方便快捷。在DSP／BIOS中，可方便地实现内存分配、中断选择、任务调度等功能。
本系统的任务调度主要以3个硬件中断为触发条件，来实现指纹采集、注册和匹配功能，具体框图如图6所示。
指纹传感器图像采集程序如下：
本指纹采集系统可以完美地实现指纹的采集、注册和匹配功能，其内部算法处理时间<1s，完全可以满足实时工作的需要。用各手指进行试验后，其平均FRR可达2．83％和0．17％，完全可以满足生活中的需要。
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