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(guān)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(guān)鍵詞：單片機；指紋識別；FPM10A；MP381

0引言

　　指紋識別技術(shù)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(shù)，人們正逐步進行深入的探索和研究。目前，指紋辨識技術(shù)也已然成為最常見的生物識別技術(shù)之一，它的應用領(lǐng)域也是最寬泛、最深遠的，這主要歸功于指紋識別技術(shù)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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