指紋識別技術在高校食堂消費系統(tǒng)中的應用

吳桐 張青 王良記 孫雪梅 周登苗

摘要：本項目從高校學生食堂就餐存在的問題以及校園一卡通丟失問題入手，擬以當前最熱門的生物射頻指紋識別技術為核心。該項技術對于困難手指的通過率高達99.5%，是目前已有技術中通過率最高的一種，而且它的防偽能力也是目前最好的之一，恰好解決了指紋識別速度慢的大問題。在此基礎并結合嵌入式單片機系統(tǒng)，綜合可編程控制技術，對所需軟、硬件的研究。該項目專門設計了指紋識別系統(tǒng)的程序，可用于付款，識別身份等領域，比如員工上班打卡、食堂用餐支付系統(tǒng)等等。

關鍵詞：指紋識別;個人消費;總體框架;身份識別;安全便捷

中圖分類號：TP391

文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）04-0180-03

收稿日期：2019-10-30

基金項目：國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（項目名稱：基于“食堂”飯卡設備的研究;編號：201810959045）

作者簡介：吳桐（1997—），男，安徽桐城人，學生，本科，研究方向為機器人工程;張青（1999—），女，安徽合肥人，學生，本科，研究方向為機器人工程;王良記（1998—），女，安徽淮南人，學生，本科，研究方向為機器人工程;孫雪梅（1998—），女，安徽阜陽人，學生，本科，研究方向為機器人工程;周登苗（1999—），女，安徽淮南人，學生，本科，研究方向為機器人工程。

Application of Fingerprint Identification Technology in College Canteen Consumption System

WU Tong，ZHANG Qing，WANG Liang-ji，SUN Xue-mei，ZHOU Deng-miao

（School of Robotics Engineering，Anhui Sanlian University，Hefei 230031，China）

Abstract：This project starts with the problems existing in the dining hall of college students and the loss of campus all-in-one card，and plans to take the most popular biological radio frequency fingerprint identification technology as the core.The pass rate of this tech-ability is also one of the best at present，just solved the big problem of slow fingerprint identification speed.On this basis and combined with the embedded microcontroller system，integrated programmable control technology，the required software and hardware research.The project has designed the program of fingerprint identification system，which can be used for payment，identification and other fields，such as employee clock in，canteen meal payment system and so on.nology to difficult finger is as high as 99.5%，it is the highest pass rate in the existing technology at present，and its anti-counterfeiting

Key words：fingerprint identification;personal consumption;general framework ;identification;safe and convenient

如今越來越多的地方都需要識別身份，簡單的利用照片、密碼、身份證等簡單的身份識別方式無法滿足身份識別準確度，例如政府機構、重要會議、金融機構、醫(yī)療機構、交通機構等地方都需要。該項目涉及生物特征識別技術，采用人的生理特征或者行為特征，來進行人物的身份鑒定，這種技術的安全性、方便性、唯一性、不變性都很好，能夠在很多特殊的場合得到更好的應用。指紋是生物特征的一種，指紋識別技術從被發(fā)現(xiàn)時起，就在民用領域得到了廣泛的應用。因為每個指紋都是不一樣的，就算是雙胞胎的指紋，相似度很高，但是細節(jié)特征也會存在一定的差異。由于人體指紋具有終身穩(wěn)定性和唯一性，很早被用于刑事偵查，被稱為“物證之首”。如今，目前，指紋識別已被廣泛地應用于各個領域，在全球絕大多數(shù)的國家、地區(qū)都應用到指紋識別，尤其是在軍隊、銀行政府、教育、企業(yè)、電子商務等領域中，指紋識別起到了不可小覷的作用，因此指紋識別系統(tǒng)在現(xiàn)實中具有重大的經濟效益。

指紋識別的大致過程是這樣的：首先要采集用戶指紋;然后計算機系統(tǒng)自動提取特征，將提取后的特征作為模板保存在數(shù)據(jù)庫或其他指定的地方。在識別或驗證階段，首先要采集用戶指紋，然后計算機系統(tǒng)自動提取特征點，提取后的待驗特征點將與數(shù)據(jù)庫中的模板進行比對，輸出比對結果。在很多重要的場合，用戶除了要輸入指紋，還要輸入一些其他的輔助信息，以幫助系統(tǒng)進行匹配，如賬號、用戶名、密碼等。整個識別的過程都是通用的，適用于所有的生物特征識別技術。

使用指紋識別個，人消費的優(yōu)缺點。隨著網絡技術的發(fā)展，我們面臨著個人隱私泄露的危險和高效生活的挑戰(zhàn)。而指紋識別消費就能同時解決這兩個問題，但這種技術也有優(yōu)缺點，優(yōu)點：在人員密集的學校和公司等場所使用指紋識別只需直接在食堂窗口的終端設備按下手指就可以消費，大幅度提升便攜性，并且也可以緩解擁堵問題;傳統(tǒng)式的IC卡容易丟失，制作成本高，并且IC卡中存儲的數(shù)據(jù)容易丟失、篡改，而在使用指紋識別消費時就不會出現(xiàn)這些問題。

缺點：在對干、濕、臟的指頭或磨損嚴重的指紋采集時的變形是指紋采集消費需要解決的主要問題;而終端設備也完全依賴后端的服務器，不能在離線模式下使用;指紋識別不同于IC卡的芯片能儲存部分消費者信息，即使在服務器因環(huán)境或設備自身等因素產生粗大誤差，使用戶信息丟失而追回的幫助作用。

1 平臺的搭建和原理

1.1 采用硬件的選擇

R305指紋識別模塊、電源模塊、S3C2440開發(fā)板、WIFI模塊、LCD顯示屏。

相關軟件需要添加LCD顯示驅動、網卡程序、燒寫軟件dnw、WIFI驅動程序。

1.2 架構的原理和方法

1）開發(fā)板及各功能模塊介紹：

2）開發(fā)板S3C介紹：三星公司的16/32位精簡指令集（RISC）微處理器S3C2440A，基于ARM920T核心，0.13μm的CMOS標準宏單元和存儲器單元，它采用了新的總線架構如先進微控制總線構架（AMBA）。

運行時cpu執(zhí)行程序，首先將程序燒錄進開發(fā)板，程序在SDRAM中運行，開機程序不能直接運行，但SRAM可以運行，所以在SRAM中運行一個小程序來初始化cpu、初始化內存、初始化nandflash，就可以引導程序運行起來。

3）指紋處理過程包含：指紋錄入和指紋匹配。指紋錄入時，首先對每一枚指紋錄入2～4次，再將多次錄入的圖像進行處理，最后，合成模板存儲于模塊中。指紋匹配時，先通過指紋頭傳感器錄入要驗證的指紋圖像并進行處理，然后將剛錄入的指紋圖像信息與模塊中的指紋模板進行匹配比較。為了方便用戶使用，在模塊內部安裝手指探測電路。

4）液晶模塊接口設計：液晶模塊選用基于串口HMI（Hu-man Machine Interface，人機界面）的TJC4832T035_011X電阻式真彩觸摸液晶顯示模塊。HM I串口的接口特點為：①串口HMI的接口與MCU總線屏一樣對硬件沒有任何要求;②串口HMI的接口沒有速度瓶頸，因為界面的顯示是設備內部自己實現(xiàn)的，并不需要底層驅動。

1）第一層：這一層是硬件層，主要是指紋模塊，其中有指紋采集模塊，其主要功能是獲取指紋圖像像素信息和完成指紋識別中各種常用的功能，例如采集圖像、上傳圖像、生成特征點、保存特征點、注冊指紋、刪除特征點和注銷指紋等功能。在這個模塊中會有特定的通信協(xié)議和通信方式，可以采用USB和UART等，這些通信方式主要用于傳輸指紋模塊同處理器間的數(shù)據(jù)。

2）第二層：這一層是驅動層，基本是通信方式的驅動程序，因為主要是指紋識別模塊在Linux中的驅動程序，比如UART.USB等。對于采用USRT通信方式，在Linux內核中，可以忽略集成UART控制器的處理器都已將驅動開發(fā)完畢。對于采用USB通信，則需要依據(jù)USB協(xié)議開發(fā)出適用于指紋模塊的驅動程序。

3）第三層：這一層是通信層，主要是處理器和指紋模塊間的通信程序，它的功能是將指令和數(shù)據(jù)在處理器和指紋模塊間進行傳輸。因為在Linux系統(tǒng)中，所有的設備都是以文件的形式進行操作的，所以傳輸數(shù)據(jù)就是讀寫通訊設備節(jié)點。比如，如果使用串口通信，那么UART控制器對應了Linux系統(tǒng)中/dev下相對應的設備節(jié)點，在我們需要采集指紋圖像的時候，只要打開/dev下對應的設備節(jié)點文件，寫人指令，完成輸入指令后，在該節(jié)點中讀取數(shù)據(jù)，即可完成。

4）第四層：這一層為指紋識別算法層，這一層是為第一層而建立的，是具有指紋識別功能的模塊，主要是將采集到的指紋圖像像素信息按照指算法的流程，提取出指紋的特征點，并對比特征點。主要包括指紋圖像的歸一化、分割、方向場獲取、頻率獲取、增強、細化以及指紋圖像二值化、提取特征點，特征比對等算法。這一層直接關系到整個指紋識別系統(tǒng)運行的效率，所以至關重要，既要高效率，還要能夠得到精度高的計算結果。

相關c程序：控制背光：sbit jidianqi=P3^6;sbit RS=P22;sbitRW=P2^1;

sbit E1=P2^O;sbit LEDK=P3^4。

5）第五層：這一層是指紋識別功能層，主要是實現(xiàn)指紋識別中各個功能的函數(shù)，如采集指紋圖像提取指紋特征點、比對指紋特征點、刪除注冊的指紋、清空指紋數(shù)據(jù)庫、搜索和清除指紋庫等。這一層就是實現(xiàn)算法層和通信層的封裝，以便上層的控制：顯示層不用再考慮到下面幾層是如何實現(xiàn)算法的，便于系統(tǒng)移植。

相關程序：①頭文件：#include、#inelude#define uchar unsigned char、#define uint unsigned int、#define Dbus PO #define buffer1ID 0x01.#define buffer2ID Ox02、#define queren 0x88 #define tuichu 0x84 .#define shanchu0x82。

②錄入指紋圖像：

void SFG_getimage（）

{

uchar i;

SBUF=0xef;

while（TI==0）;

TI=0;

SBUF=0X01;

while（TI==0）;

TI=0;

SBUF=0XFF;

while（TI==0）;

TI=0;

SBUF=0XFF;

while（TI==0）;

TI=0;

SBUF=0XFF;

while（TI==0）;

TI=0;

SBUF=0XFF;

while（TI==0）;

TI=0;

SBUF=0X01;

while（TI==0）;

TI=0;

SBUF=0X00;

while（TI==0）;

TI=0;

SBUF=0X03;

while（TI==0）;

TI=0;

SBUF=0X01;

while（TI==0）;

TI=0;

SBUF=0X00;

while（TI==0）;

TI=0;

summaf=0x05;

SBUF=summaf;

while（TI==0）;

TI=0;

for（i=0;i《9;i++）

while（RI==0）;

RI=0;）

while（RI==0）;

RI=0;

querenma=SBUF;

while（RI==0）;

RI=0;

sum[1]=SBUF;

while（RI==0）;

RI=0;

sum[0]=SBUF;.

summas=（sum[1]<<8）+sum[0];

③向LCD寫命令：

void WriteCommand（uchar command）

ReadBusy）;

RW=0;

Dbus=command;

E1=1;

E1=0;

}

6）第六層：這一層是指紋識別的控制顯示層，主要是用戶控制指紋識別系統(tǒng)，和系統(tǒng)對用戶操作的反饋。這一層是由下面的幾個步驟實現(xiàn)整個指紋識別系統(tǒng)的應用程序開發(fā)，不依賴于特定的指紋模塊，能在更換指紋模塊時能不影響完善的系統(tǒng)功能。

2 總結和展望

隨著全球信息化和計算機的發(fā)展，人們的生活日新月異，大學生在校園里能深刻地體會到信息化生活的便捷，同樣也愈發(fā)意識到安全與便捷地進行信息交換的重要性。近年來，隨著智能手機，智能支付，網上購物的發(fā)展，指紋識別技術在圖像處理、識別和算法研究方面都得到了發(fā)展，同時指紋識別技術的應用本身具有較好的安全性和高效性，使得指紋識別個人消費越來越受歡迎。指紋識別消費IC卡代替學生、員工在學校、公司消費也會成為必然趨勢。

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[通聯(lián)編輯：梁書]