無線便攜式ARM7指紋辨識系統

陳燕芳 盧 婷 羅東云

[摘要]基于ARM7無線便攜式指紋辨識系統,采用通過藍牙傳輸,實現數字化的無線指紋辨識功能,這是國外的研究熱點,也是國內行業需要加強研究的重點。

[關鍵詞]ARM7無線傳輸指紋辨識

中圖分類號:TP2文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1110048-01

一、發展背景

目前國內外的指紋識別系統設備大多停留在指紋采集器、和一臺計算機的組合水平上,這樣的系統有很多缺陷。針對于目前國內存在的一些不足,本項目擬以ARM芯片為核心的藍牙通訊芯片硬件,以指紋識別系統為核心的軟件,實現一個基于ARM的無線便攜式指紋辨識系統平臺,能實現無線通信傳輸。以此改進現有的指紋識別系統,并期望在應用方面得到推廣。

二、研究意義

為了解決目前大多指紋識別系統的攜帶不方便,身份識別時間較長,工作效率低,且目前的系統都不具有通信交換功能和信息傳遞的及時性的缺點,有針對性的去設計和開發一種無線通信功能的便攜式指紋識別系統。

三、創新點

與常見的產品模型相比,有如下優點:1.便攜式:本項目擬設計以ARM9為平臺的便攜式指紋識別系統,該系統可以方便在室外使用,通過比較存儲器內的指紋特征信息與現場采集的指紋信息可以完成身份確認;2. 速度快:通過相關人員的指紋能夠馬上確認身份,無需與計算機相連;3. 實現了無線通訊的模式:通過單片無線收發芯片可以完成與機構中心的信息交流。

四、硬件設計

本系統硬件設計主要包括指紋采集、無線通訊、和存儲模塊三個部分。先利用指紋采集模塊采集指紋圖像,再經ARM9模塊進行算法處理,把相關的信息存儲起來,并與存儲模塊的中的指紋比對確認身份,并通過無線通訊模塊把相關信息發送至信息中心。1.指紋采集指紋采集傳感器采用OV7620,并以I2C總線及DMA的數據傳輸方式實現與CPU的信息交互。當nXDREQ1輸出由高電平變得低電平時,傳感器便有數據輸出,并且數據能夠維持至下一個同樣的過程的到來。這正好符合44B0的外部DMA請求的單步模式的要求。于是自然就可以采用DMA的方式來讀取數據。最終的數據讀取是通過片選鎖存器來實現的。由于DMA的方式不干預CPU,因此也大大提高了讀取的速度。2.電源管理。電源管理部分采用了1150mAh的LI電,通過DC-DC升壓至5V,再通過LDO給系統所需要的3.3V和2.5V電壓。具體的實現過程為:電池供電時,開關S9按下,TEST1點由高變低,Q0導通,NAND網絡為高,系統開始供電,此時程序運轉并給與SHDN引腳高電平信號,促使Q6導通,此時即使按鍵抬起TEST1點仍為低電平,維持Q0的導通。當插上U后,按鍵的按下使得Q4導通,Q0此時截至,系統由電池供電切換為U供電,其它道理相同。關機時按鍵按。系統可以實現圖像的連續采集以及溫度、濕度、照明亮度等的控制。其中圖像采集是系統的核心,其工作流程如下:(1)默認情況下,系統工作在休眠狀態。(2)工作人員通過PC管理軟件發送命令開始采集圖像,軟件通過USB接口把命令發送給藍牙適配器ARM命令。(3)接收到圖像采集命令后,ARM控制CPLD開始采集圖像數據。(4)CPLD把采集到的一幀圖像數據寫入一塊SRAM中,把ARM的總線切換到該SRAM上,并通知ARM進行壓縮;同時CPLD往另一塊SRAM中繼續采集下一幀圖像,便于提高系統的吞吐率。(5)ARM通過藍牙模塊返回響應命令,并返回采集JPEG-LS圖像的頭信息。(6)PC管理軟件發送命令接收下一行壓縮圖像,ARM壓縮該行原始圖像,并發送壓縮數據;如果出錯,可以重新發送。重復本步驟可以獲取整幀壓縮圖像。(7)PC軟件對壓縮圖像解碼并顯示,并提供其他附加功能,如圖像處理、保存等。(8)重復步驟(2)～(7),獲取下一幀壓縮圖像。由上述流程可以看出,JPEG-LS壓縮以及無線信道傳輸決定整個系統的圖像傳輸速率。無線傳輸采用藍牙技術,其標稱空中速率為1 Mbps,不易提高;因此,系統設計的核心是JPEG-LS的編碼效率。3.ARM與藍牙接口設計.藍牙是無線數據和語音傳輸的開放式標準。它將各種通信設備、計算機及其終端設備、各種數字系統,甚至家用電器,采用無線方式連接起來。為了優化系統設計,我們采用性價比高的CSR BC2實現藍牙無線串口。CSRBC2是一款高度整合的模塊級藍牙芯片,主要包括:基帶控制器、2.4～2.5GHz的數字智能無線電和程序數據存儲器。通過該模塊,系統可以提供無線標準UART接口,支持多種波特率(如9.6 kbps、19.2 kbps、38.4 kbps、57.6kbps、115.2 1kbps、230.4 kbps、460.8 kbps、92l.6 kbps)。當速率為460.8 kbps時,藍牙芯片能夠正常工作;而在921.6kbps時,會有很高的誤碼率。

五、軟件設計

本系統軟件設計主要包括固定主程序,管理功能模塊,指紋采集算法模塊,指紋匹配算法模塊,無線通信程序模塊,硬件操作模塊等。以下為各個模塊所包含的函數:1.指紋采集算法模塊:打開采集儀函數、關閉采集儀函數、設置參數函數、指紋探測函數;2.指紋匹配算法模塊:指紋驗證函數、指紋比對函數;3.無線通訊模塊:協議層函數、控制層函數、網絡層函數、鏈路層函數、驅動層函數;4.硬件操作模塊:讀寫存儲器函數、初始化函數、狀態讀取函數;5.管理功能模塊:指紋的存儲、刪除、更新函數。

六、結語

本系統以ARM為核心,通過藍牙傳輸,實現了數字化的無線指紋辨識功能。本系統具有良好的擴充性,可以使得系統更加微型化。首先,如果采用CSR公司更新的BC3系列芯片,則將融合ARM核以及藍牙功能,可以更加減小整個系統的體積。最重要的是,如果發展自主產權的指紋識別芯片,那么以現有的SOPC技術,可以將ARM核、CPLD邏輯門以及藍牙通信功能集成在一起,形成指紋識別的集成解決方案,從而使其產業化成為可能。

基金項目:本文為九江學院科研課題“《基于ARM7的無線便攜式指紋辨識系統設計》09kj11的研究”研究成果之一

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作者簡介:

陳燕芳(1981-),女,漢族,江西臨川人,助教,碩士研究生,主要研究方向:通信與電路系統、信號分析,信號處理。