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1、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）嵌入式指纹采集系统的研究与设计指纹采集与综合设计摘 要指纹采集技术是指纹识别技术中最为关键的技术之一。随着指纹传感器性能的不断提升以及指纹识别技术的发展与应用，高质量的指纹采集技术已成为一个重要的研究课题。本论文对指纹采集系统做了初步的研究及设计，主要做了以下几方面工作：首先，分析了本课题的研究现状和发展方向，阐述了本课题研究的必要性。考虑到基于ARM体系结构的芯片所具有的强大处理能力和低廉的价格，本设计采用EasyARM615开发套件和C/OS-操作系统来构建一个嵌入式指纹采集系统。而后，根据设计要求对指纹芯片进行了选型，确定了系统的总体设计方案，设计
2、了硬件开发平台；在软件方面，编写并调试了 FPS200驱动程序、指纹采集程序、串行通信程序等。最后，文中对调试过程中碰到的一些问题进行了阐述，给出了解决方法，并对进一步优化系统提出了建议。关键词：FPS200；指纹采集；C/OS-；ARM615内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）The Investigation and Design of Embedded Fingerprint Acquisition SystemFingerprint Acquisition and Comprehensive DesignAbstractFingerprint data acquisition is
3、 the most pivotal sector in the fingerprint identification technology. As the rapid development of fingerprint sensors and the wide application of related technology, high quality fingerprint image acquisition will become a significant issue. This paper did some elementary research on embedded autom
4、ated fingerprint acquisition system, it mainly includes the following several aspects:Firstly, this paper analyses the study actuality and development direction of this task, and explains the necessity of this task. Thinking of the high performance and low cost of ARM-chip, in this paper we construc
5、t an embedded fingerprint acquisition system based on the EasyARM615 and C/OS-.Secondly, this paper selects the fingerprint chips, confirms the system overall concept, designs the hardware of the system. As the software aspect, we have designed the FPS200 driver, the fingerprint gathering procedure,
6、 the communication serial procedure and so on. At last, this paper elaborates some problems encountered in system debugging, gives methods how to solve them, and some suggestions for system optimization are also provided.Key words: FPS200; Fingerprint Acquisition; C/OS-; ARM615内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目
7、录摘 要IAbstractII第一章 引 言11.1 指纹识别技术概述11.2 课题研究的目的和意义21.3 指纹采集发展历史及研究现状31.3论文的主要内容4第二章 指纹采集系统总体设计52.1 指纹采集系统方案分析52.2 系统总体设计72.2.1 设计思想72.2.2 硬件设计72.2.3 软件设计82.3 指纹识别原理82.4 指纹采集技术概述92.5 本章小结12第三章 指纹采集系统硬件设计133.1 指纹传感器与处理器接口设计133.1.1 FPS200的结构与性能143.1.2 FPS200输出模式选择173.1.3 FPS200与处理器接口电路设计183.2 ARM处理器及外围
8、接口电路设计193.2.1 LM3S615芯片193.2.2 电源电路设计203.2.3 JTAG电路设计213.3 UART通信接口电路设计223.4 本章小结23第四章 指纹采集系统软件设计244.1 FPS200驱动程序设计244.1.1 FPS200初始化254.1.2 指纹检测254.1.3 读、写寄存器264.1.4 典型参数调整274.1.5 指纹图像获取274.2 ARM615开发板初始化294.2.1 系统时钟设置294.2.2 指纹检测中断入口地址设置294.2.3 SSI初始化304.2.4 串口初始化304.2.5 任务堆栈、优先级设置314.3 指纹采集程序设计324
9、.4 串行通信程序设计324.4.1 串行数据收发程序设计324.4.2 上位机通信程序设计334.5 本章小结35第五章 电路板设计与系统调试365.1 印刷电路板的设计365.1.1 PCB板设计思路365.1.2 系统抗干扰举措365.2 硬件调试365.3 软件调试375.4 本章小结39第六章 总结与展望406.1 总结406.2 展望41参考文献42附录A 原理图44附录B 源代码47致谢61 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章 引 言1.1 指纹识别技术概述长期以来，在人类社会活动中需要验证个人身份时，传统的方法是验证该人是否持有有效的证明文件或信物，如照片、密码、磁
10、卡等。从本质上来说，这种方法验证的是该人所持有的某种“物”，而不是验证其本人。只要“物”的有效性得到确认，则持有该“物”的人的身份也就随之得到确认。这种以“物”认人办法的漏洞是显而易见的，首先：合法的人如果遗失验证其身份的“物”，则合法的人本身得不到合法的验证；其次：各种伪造证件、信物以及密码被破译或盗用又使非法的人得到合法的验证。受启发于人的身体特征具有不可复制的特点，人们开始把目光转到生物识别技术上。生物识别技术是基于个人独特的生理和行为特征进行自动身份验证的一种方法，它是随着信息技术的发展而产生和发展起来的一种新型的身份认证技术。人体的身体特征具有不可复制的特点，并且有唯一性和稳定性，这
11、是生物识别技术的基础。研究和经验表明，生物识别技术可以利用的人体生理特征有：指纹、掌纹、面孔、声音、虹膜、视网膜、骨架等等，每个人的这些特征都与别人不同，并且终生不变，因此就可以据此识别出人的身份。在这些人体特征中，人的指纹相对于其它的人体特征具有下述的特点8：1. 稳定性：指纹有很强的稳定性，并且终生不变，一个人从少年一直到老年，其指纹的特征始终是不变的。2. 独特性：指纹有明显的独特性，没有两个指纹完全相同的人，同一个人的十指指纹也有明显的不同。3. 指纹样本便于获取，指纹采集硬件设备容易实现，识别系统开发比较容易。4. 十指指纹各不相同，可以方便的构成多种信息的组合。5. 指纹模板存储的
12、不是指纹图像，而是指纹的特征点，这对系统的存储量和传输时间的要求比较低。从指纹识别技术的特点可以看出，指纹识别技术作为身份验证有着极大的优越性。指纹识别系统过去主要应用于刑侦系统，近几年来，它逐渐走向更为广泛的民用市场。它可广泛应用于电子商务身份认证、网络安全认证、银行证券身份认证、社保系统身份认证、门禁、考勤、考试身份认证等领域。可见，指纹识别技术的飞速发展及广泛应用将开创个人身份鉴别的新时代。1.2 课题研究的目的和意义现在指纹识别技术发展空间越来越广阔，但是在进行指纹识别之前，必须要采集一个清晰，可靠的指纹数据，才能为后续的识别工作打下一个良好的基础，可以说，指纹采集是指纹识别技术中最为
13、关键的一环。所以在指纹识别技术中，人们越来越重视指纹采集技术的研究。同时作为生物特征的指纹虽然稳定性很好，但是仍然存在脱皮、外伤等问题，这对高质量的指纹采集技术产生了极大的挑战，也是自动指纹识别系统研究者需要努力克服的问题。指纹采集主要分为“离线式”和“在线式”两种。所谓“离线式”就是指在指纹采集时，利用某些中间介质(如油墨和纸张)来获取指纹图像，在通过一定的技术手段将图像数字化并输入计算机，它属于非实时采集。目前“离线式”采集方式在大多数场合已经消失。所谓“在线式”是通过与计算机联机的先进指纹传感器作为专用指纹采集设备，将真实的人体指纹直接变成数字图像数据，实时传输给计算机。基于指纹传感器的
14、“在线式”实时采集设备以其操作简单、实时性强、采集效率高、图像质量好等优点，广泛应用于自动指纹识别领域6。综上所述，对于应用前景更为广泛的嵌入式自动指纹识别系统来说，指纹原始图像数据采集显得尤为重要。而从指纹技术的最前端环节指纹传感器，开发出自己特有的图像采集系统，是本课题研究的目标，也就是要实现基于ARM芯片和FPS200指纹传感器的“在线式”指纹图像采集系统。1.3 指纹采集发展历史及研究现状 指纹采集最关键的环节是指纹传感器。过去指纹传感器都是基于光学技术的传感器，这种传感器结构复杂，价格昂贵，体积庞大，造成实际系统价格非常昂贵，因此导致过去指纹识别系统仅仅限于公安、银行等少数特殊部门内
15、应用。90年代中期开始出现半导体的指纹传感器。最初的这类传感器采集的图像质量和光学传感器有较大的差距，但是随着半导体技术的进步，它采集的图像质量也越来越高，现在这两种传感器采集的图像质量差距已经很小了。半导体传感器具有价格低、体积小的优点，特别适合集成在普通的消费电子产品中，大有后来居上、取代光学传感器的趋势。现在这两类指纹传感器在市场上基本是平分天下。90年代末到现在，由于半导体指纹传感器的出现，使得指纹识别的应用领域迅速扩大，在个人电脑上、个人数字助理、掌上电脑、手机等很多领域都开始使用AFIS技术，所以指纹采集的研究重点从光学传感器转移到了半导体传感器。目前，指纹识别已经被全球大部分国家接受与认可，并广泛的应用到政府、军队、银行、社会福利保障、电子商务和安全防卫等领域。在国外由于其开发指纹识别系统比较早，而且主要利用计算机进行指纹识别，所以技术比较成熟。美国在这一领域的研究水平居于世界最前沿。美国的East Shore，Digital Persona，Veridicom等公司都有自动指纹识别产品面世。自1998年以来，我国在指纹识别应用研究方面发展迅速，核心技术与国外差距不大，国内的部分研究成果在国际上具有先进
