无线便携式ARM7指纹辨识系统

陈燕芳 卢 婷 罗东云

[摘要]基于ARM7无线便携式指纹辨识系统,采用通过蓝牙传输,实现数字化的无线指纹辨识功能,这是国外的研究热点,也是国内行业需要加强研究的重点。

[关键词]ARM7无线传输指纹辨识

中图分类号:TP2文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1110048-01

一、发展背景

目前国内外的指纹识别系统设备大多停留在指纹采集器、和一台计算机的组合水平上,这样的系统有很多缺陷。针对于目前国内存在的一些不足,本项目拟以ARM芯片为核心的蓝牙通讯芯片硬件,以指纹识别系统为核心的软件,实现一个基于ARM的无线便携式指纹辨识系统平台,能实现无线通信传输。以此改进现有的指纹识别系统,并期望在应用方面得到推广。

二、研究意义

为了解决目前大多指纹识别系统的携带不方便,身份识别时间较长,工作效率低,且目前的系统都不具有通信交换功能和信息传递的及时性的缺点,有针对性的去设计和开发一种无线通信功能的便携式指纹识别系统。

三、创新点

与常见的产品模型相比,有如下优点:1.便携式:本项目拟设计以ARM9为平台的便携式指纹识别系统,该系统可以方便在室外使用,通过比较存储器内的指纹特征信息与现场采集的指纹信息可以完成身份确认;2. 速度快:通过相关人员的指纹能够马上确认身份,无需与计算机相连;3. 实现了无线通讯的模式:通过单片无线收发芯片可以完成与机构中心的信息交流。

四、硬件设计

本系统硬件设计主要包括指纹采集、无线通讯、和存储模块三个部分。先利用指纹采集模块采集指纹图像,再经ARM9模块进行算法处理,把相关的信息存储起来,并与存储模块的中的指纹比对确认身份,并通过无线通讯模块把相关信息发送至信息中心。1.指纹采集指纹采集传感器采用OV7620,并以I2C总线及DMA的数据传输方式实现与CPU的信息交互。当nXDREQ1输出由高电平变得低电平时,传感器便有数据输出,并且数据能够维持至下一个同样的过程的到来。这正好符合44B0的外部DMA请求的单步模式的要求。于是自然就可以采用DMA的方式来读取数据。最终的数据读取是通过片选锁存器来实现的。由于DMA的方式不干预CPU,因此也大大提高了读取的速度。2.电源管理。电源管理部分采用了1150mAh的LI电,通过DC-DC升压至5V,再通过LDO给系统所需要的3.3V和2.5V电压。具体的实现过程为:电池供电时,开关S9按下,TEST1点由高变低,Q0导通,NAND网络为高,系统开始供电,此时程序运转并给与SHDN引脚高电平信号,促使Q6导通,此时即使按键抬起TEST1点仍为低电平,维持Q0的导通。当插上U后,按键的按下使得Q4导通,Q0此时截至,系统由电池供电切换为U供电,其它道理相同。关机时按键按。系统可以实现图像的连续采集以及温度、湿度、照明亮度等的控制。其中图像采集是系统的核心,其工作流程如下:(1)默认情况下,系统工作在休眠状态。(2)工作人员通过PC管理软件发送命令开始采集图像,软件通过USB接口把命令发送给蓝牙适配器ARM命令。(3)接收到图像采集命令后,ARM控制CPLD开始采集图像数据。(4)CPLD把采集到的一帧图像数据写入一块SRAM中,把ARM的总线切换到该SRAM上,并通知ARM进行压缩;同时CPLD往另一块SRAM中继续采集下一帧图像,便于提高系统的吞吐率。(5)ARM通过蓝牙模块返回响应命令,并返回采集JPEG-LS图像的头信息。(6)PC管理软件发送命令接收下一行压缩图像,ARM压缩该行原始图像,并发送压缩数据;如果出错,可以重新发送。重复本步骤可以获取整帧压缩图像。(7)PC软件对压缩图像解码并显示,并提供其他附加功能,如图像处理、保存等。(8)重复步骤(2)～(7),获取下一帧压缩图像。由上述流程可以看出,JPEG-LS压缩以及无线信道传输决定整个系统的图像传输速率。无线传输采用蓝牙技术,其标称空中速率为1 Mbps,不易提高;因此,系统设计的核心是JPEG-LS的编码效率。3.ARM与蓝牙接口设计.蓝牙是无线数据和语音传输的开放式标准。它将各种通信设备、计算机及其终端设备、各种数字系统,甚至家用电器,采用无线方式连接起来。为了优化系统设计,我们采用性价比高的CSR BC2实现蓝牙无线串口。CSRBC2是一款高度整合的模块级蓝牙芯片,主要包括:基带控制器、2.4～2.5GHz的数字智能无线电和程序数据存储器。通过该模块,系统可以提供无线标准UART接口,支持多种波特率(如9.6 kbps、19.2 kbps、38.4 kbps、57.6kbps、115.2 1kbps、230.4 kbps、460.8 kbps、92l.6 kbps)。当速率为460.8 kbps时,蓝牙芯片能够正常工作;而在921.6kbps时,会有很高的误码率。

五、软件设计

本系统软件设计主要包括固定主程序,管理功能模块,指纹采集算法模块,指纹匹配算法模块,无线通信程序模块,硬件操作模块等。以下为各个模块所包含的函数:1.指纹采集算法模块:打开采集仪函数、关闭采集仪函数、设置参数函数、指纹探测函数;2.指纹匹配算法模块:指纹验证函数、指纹比对函数;3.无线通讯模块:协议层函数、控制层函数、网络层函数、链路层函数、驱动层函数;4.硬件操作模块:读写存储器函数、初始化函数、状态读取函数;5.管理功能模块:指纹的存储、删除、更新函数。

六、结语

本系统以ARM为核心,通过蓝牙传输,实现了数字化的无线指纹辨识功能。本系统具有良好的扩充性,可以使得系统更加微型化。首先,如果采用CSR公司更新的BC3系列芯片,则将融合ARM核以及蓝牙功能,可以更加减小整个系统的体积。最重要的是,如果发展自主产权的指纹识别芯片,那么以现有的SOPC技术,可以将ARM核、CPLD逻辑门以及蓝牙通信功能集成在一起,形成指纹识别的集成解决方案,从而使其产业化成为可能。

基金项目:本文为九江学院科研课题“《基于ARM7的无线便携式指纹辨识系统设计》09kj11的研究”研究成果之一

参考文献:

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[4]甘泉、杨健、陈永泰,ARM处理器启动代码的分析与设计,2004年全国第五层嵌入式系统学术交流会论文集,2004,151～154.

作者简介:

陈燕芳(1981-),女,汉族,江西临川人,助教,硕士研究生,主要研究方向:通信与电路系统、信号分析,信号处理。