申冰冰，沈杰,，沈慶,，高健祥，劉萍,，念路兵

　?。贤ù髮W 電氣工程學院，江蘇 南通 226019）

　　摘要：對于傳統(tǒng)考試時考生身份不易檢查的問題,，指紋識別可以很好地解決,。應用指紋識別傳感器實現(xiàn)指紋的采集與辨識，得到的結(jié)果進入單片機進行處理,，相關的學生信息以及語音信息存儲在SD卡中,，得到的指紋識別結(jié)果信息通過LCD顯示出來，用語音模塊提示當前指紋識別是否正確,。實踐表明,，設計的考場指紋識別系統(tǒng)使用效果好，性價比高,，有著很好的應用前景,。

　　關鍵詞：單片機；指紋識別,；FPM10A,；MP381

0引言

　　指紋識別技術是基于生物識別的身份驗證方式的一種，在進行指紋辨識時,，得到的指紋特征起到的是一個媒介的作用,。許多學者多年的研究工作和積累的經(jīng)驗表明，人的指紋,、面紋,、視網(wǎng)膜,、聲音、掌紋等都具備獨特性和普遍性［12］,，更重要的是,，每個人的這些生物特征不但與別人相異，而且不會因為自己成長而變化,，因此根據(jù)這些特點而進行身份識別是非常方便的,。基于這些特殊優(yōu)勢,，對于視網(wǎng)膜識別,、手紋識別、音色識別等各種生物識別技術,，人們正逐步進行深入的探索和研究,。目前，指紋辨識技術也已然成為最常見的生物識別技術之一,，它的應用領域也是最寬泛,、最深遠的，這主要歸功于指紋識別技術的快速,、簡單,，同時準確率也比較高。指紋識別的原理和其他生物識別的原理沒有太大的區(qū)別,，主要是通過分析人體的指紋特性而得到一個人的真實身份［3 4］,。

1總體設計

　　本文設計的考場身份識別系統(tǒng)主要是以指紋識別系統(tǒng)為核心，實現(xiàn)對考場內(nèi)的學生進行身份的驗證,。驗證系統(tǒng)可以實現(xiàn)學生信息的采集及驗證,，實現(xiàn)考場內(nèi)考生身份的準確識別。該系統(tǒng)主要由FPM10A指紋模塊,、SD卡存儲模塊,、串口模塊、JLX320-002-PN液晶顯示模塊,、MP3模塊,、矩陣鍵盤等構(gòu)成。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

　　初始化系統(tǒng)中的各個子模塊,，完成后，系統(tǒng)處于采集窗口實時掃描狀態(tài),，同時鍵盤模塊也處于實時掃描狀態(tài),，JLX320-002-PN液晶顯示器顯示提示信息。管理員輸入密碼來選擇需要進行的操作,，如指紋單獨錄入,、批量錄入,、刪除指紋等,。這些錄入的指紋信息與之前寫入到SD卡中的學生學號,、姓名等信息相匹配，形成完整的身份識別信息,。

2系統(tǒng)硬件設計

　　2.1單片機及其最小系統(tǒng)電路

　　身份識別系統(tǒng)中使用STM32F103單片機,。STM32F103增強系列具有ARM CortexM3內(nèi)核，具有強大的性能,、低成本,、低功耗、嵌入式等特點,。該系統(tǒng)的最小系統(tǒng)中包括復位電路模塊,、晶振電路模塊［5］。復位電路主要是在系統(tǒng)執(zhí)行過程中為方便用戶進入系統(tǒng)的最開始狀態(tài)而設置的,，而晶振電路則是為了給系統(tǒng)提供一個穩(wěn)定的晶振,，提供脈沖。

　　2.2指紋模塊及其電路實現(xiàn)

　　該系統(tǒng)指紋辨識模塊采用FPM10A光學獨立式指紋模塊,，利用DSP全速工作,，其頻率為120 MHz。不需要上位機管理系統(tǒng)參與的情況下,，模塊本身就具有指紋采集,、自動比對、圖像增強,、圖像檢索和模板自行儲存等眾多強大的功能,，模塊內(nèi)部還配有相應的存儲空間，將采集到的指紋轉(zhuǎn)化為相應的模板進行存儲［6-7］,。

　　FPM10A通過標準的串口與外界通信,，其默認的波特率為57 600 b/s，在參考通信協(xié)議后,，可以自行更改,。它可以與任何單片機、ARM,、DSP等帶串口的設備進行連接,。指紋傳感器模塊實物、模板及原理如圖2所示,。

　　圖2指紋傳感器模塊實物,、模板及原理圖圖3按鍵模塊實物圖及原理圖CCD芯片主要功能是采集要錄入的指紋，完成相應指紋特征的生成,。先對一個指紋進行錄入,，成功后對其再錄入一次,，就可以得到一個相應的指紋模板。其具體的工作過程為：指紋掃描,、特征生成,、合成模板及建立一個指紋庫。指紋識別模塊通過串行通信接口與單片機通信,，其發(fā)送端口與單片機PA10相連,，而接收端口與單片機PA9相連，紅色引腳接VCC,，黑色引腳接地,，NC懸空不用［8］。

　　2.3鍵盤模塊

　　在系統(tǒng)中,，鍵盤模塊的作用主要是方便管理員對模式進行選擇,，按鍵從左到右、從上到下依次代表著1,、2,、3、4,、5,、6等按鍵編號。在系統(tǒng)初始化后,，鍵盤便進入了循環(huán)掃描狀態(tài),，一旦按下指定按鍵并輸入了正確密碼，便進入到下一個選擇界面,，這時鍵盤仍然處于循環(huán)掃描狀態(tài),，按不同的鍵就可以進行不同的操作。其按鍵鍵盤實物及其原理圖如圖3所示,。

　　2.4MP3語音模塊

　　該系統(tǒng)使用的放音模塊型號是MP381,，其體積小，可作為普通MP3使用,；具有掛起功能,，通過串口命令恢復；可以單鍵實現(xiàn)循環(huán)播放的功能,，最多有8首歌,，也可以進行一個按鍵對一首歌的直接播放；擁有5~30 V的超寬工作電壓［910］,。因此,，可適用于各種應用場合。

3系統(tǒng)軟件設計

　　總體設計流程如圖4所示。

　　進入主程序,，先對密碼狀態(tài),、按鍵數(shù)值、序列號和得分等進行賦初值,，對各個模塊進行初始化,，對串口進行初始化，設置中斷優(yōu)先級,，對SD卡中的字庫進行調(diào)用,，若是以前用過的字便不進行調(diào)用，否則需要字體更新,。LCD液晶屏刷屏并顯示“管理員登錄：請按6；普通用戶：請放下手指”的字樣,。隨后進入一個死循環(huán),，進行實時鍵盤掃描和實時指紋采集，在程序中調(diào)用指紋搜索的子程序,，在這個子程序中有鍵盤的掃描程序,，檢測是否按下了“6”鍵，如果按下,，則返回值為6,，這時進入管理員界面，需要輸入6位密碼,，若密碼輸入正確,，則進入下一個設置界面，否則顯示“密碼輸入錯誤”,。如果沒有按下“6”鍵,，應答包的第10位有返回值并且返回值是0，則代表指紋已經(jīng)找到,，顯示“找到指紋”并顯示序列號,。再調(diào)用程序顯示學生的個人信息，同時顯示本次掃描的得分,。如果應答包中第10位返回的是“9”,，則表示指紋未找到，將信息顯示在LCD顯示屏上,。當鍵盤按下“6”時,，進入到管理員界面，這時程序跳出死循環(huán),，進入到下一個死循環(huán),，這個死循環(huán)一直處于鍵盤掃描狀態(tài)，應用switch來實現(xiàn)不同的按鍵按下時執(zhí)行相應的操作。在錄入指紋時調(diào)用指紋錄入的子程序,，同時記錄序列號,，存放在UserNum中，這對于學生信息的匹配有很大的幫助,。在進行批量錄入時,，其實質(zhì)只不過是在進行死循環(huán)，不停地錄入,，直至跳出程序,。另外還可以按其他幾個鍵實現(xiàn)switch的其他分支，對應著密碼修改,、模板刪除,、安全圖4總體設計流程圖 級別設置等操作。當按下按鍵“6”時,，退出此次管理員操作程序,，回到主界面繼續(xù)進行按鍵掃描和指紋掃描。在每一個子程序執(zhí)行完后,，都需要一個延時函數(shù),，進行程序的進一步處理，同時為執(zhí)行下一步操作做好準備,。

4系統(tǒng)測試與分析

　　系統(tǒng)中LCD用來顯示系統(tǒng)界面,，進入到管理員界面后，可以進行更多的操作,，如錄入,、刪除等；或普通用戶使用時,，在識別后可以顯示學號,、姓名以及本次判斷的得分，如果識別失敗,，則會顯示重新錄入等提示類信息,。測試結(jié)果如圖5所示。

　　測試結(jié)果表明,，指紋的采集與識別滿足設計要求,。

5結(jié)論

　　本文提出了身份識別系統(tǒng)的設計方案，其中以指紋識別模塊作為核心,，對各個模塊進行了分析,，并介紹和分析了整個識別系統(tǒng)的主程序?？紙鲋讣y識別系統(tǒng)省去了老師和學生由準考證而帶來的麻煩,，有著很好的應用前景。

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