基于AT77C101B的指纹识别系统

姚玉钦

摘 要:介绍基于AT77C101B的指纹识别系统软硬件设计。传感器芯片采集到的指纹信号通过接口电路传递到MCU进行处理,再与指纹库的数据进行比对,最后把比对结果反馈到AT77C101B进行指纹识别。实验仿真结果表明,该系统准确率高,识别速度快。通过USB接口扩展数据存贮空间,同时利用MCU提高处理数据速度,解决排队等待。

关键词:指纹识别;传感阵列;芯片采集;微处理器

中图分类号:TP399文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2009)12-137-02

Fingerprint Identification System Based on AT77C101B

YAO Yuqin

(Anyang Institute of Technology,Anyang,455000,China)

Abstract:hardware and software design based on the AT77C101B fingerprint identification system are introduced.Sensor chip to the collection of fingerprints signal passing through USB interface to MCU processing,database and fingerprint data are compared,feedback the results to AT77C101B,then making finger print identification.The experimental results prove that the system has high accuracy and fast identification speed.Expanding the data storage space through the USB connection,simultaneously using the MCU enhancement processing data speed,the lining up waiting is solved.

Keywords:finger print;sensor array;chip collecting;micro-processor

1 指纹识别原理

电容传感器[1]是指纹识别传感器中的一种,它通过电子度量设计捕获指纹图像,表面是绝缘层,里面为结合约100 000个导体金属阵列的传感器。当用户的手指放在上面时,皮肤组成了电容阵列的另一面,由于指纹脊(近的)和指纹谷(远的)之间的距离不同而形成不同的电容值,这个电容值阵列就形成一幅指纹图像。采集到指纹图像,再通过原始图像进行初步的处理[2],使之更清晰,再通过指纹辨识软件建立指纹的特征数据库[3]。

2 AT77C101B简介

AT77C101B是指纹传感器家族的一员,如图1,图2所示。它是Atmel公司研发的FingerChip系列传感器芯片,采用COMS工艺制造,外形小,性能好,成本低。 AT77C101B可以在1 s内获取不同数量的图像,并且面积远远大于滑动指纹传感器[4]。集成的A/D转换器可以建立AT77C102B与EPP,USB或MCU的数字接口,使得此器件可以很容易地应用到任何识别应用系统中去。扫描图像为8×280=2 240万像素精度,高达2 GHz,相当于1 780帧/s,一百万次手指无故障读指纹;具有功耗低的优点,图像采集时为4.5 mA,导航时为1.5 mA,睡眠模式小于10 μA,其功能如表1所示。

图1 AT77C101B芯片

3 系统硬件设计

3.1 电源

电源电路为整个系统供电,并且电源有电压转换芯片,不仅可以满足5 V转3.3 V,3.3 V转1.8 V系统的要求,还可以满足AT77C101B输入电压3~5.5 V和MCU处理芯片3.3 V电压供电的要求。

3.2 指纹采集

AT77C101B的传感区为1.5 cm×1.5 cm,50×50的传感阵列。传感阵列的每一点为一个金属电极,充当电容器的一极,当手指按在传感面上为另一极。传感面作为两极之间的介电层,由于指纹的凹凸不平,导致指纹各点对应的电容值不同,于是电容值阵列就构成一幅指纹图像。

表1 AT77C101B芯片各引脚功能

管脚名字功能管脚名字功能

1,7,21GND接地端子2AVE,平均波谷值

3AVO平均波峰值4TPP高低电位温度稳定

5TPE低电位温度稳定6VCC电源

8RST复位9PCLK像素时钟

10OE光电使能11ACKN时钟反相信号

12~19De和Do数字输出20FPL快速适应载入

图2 AT77C101B芯片内部结构

3.3 MCU微处理器

采用Philips公司的P89C668单片机芯片[5],其内部有可ISP/IAP编程的64 KB FLASH程序存储器和8 KB RAM,每个机器周期可采用6个时钟周期,是传统单片机(80C51)的2倍。MCU和JTAG仿真器用一根JTAG线连接,再用软件的Monitor,通过编程对AT77C101B送来的信号进行处理。

3.4 串口通信

USB通信接口卡采用FTDI公司的FT8U245BM芯片,连接AT77C101B与MCU。它的主要功能一方面是将AT77C101B发送的控制命令、数据送到测试平台的主MCU,使测试平台完成各种测试任务;另一方面是将测试平台中多MCU系统的自检信息和测试结果送往AT77C101B,以供AT77C101B进行判断与分析。 整个系统硬件框图如图3所示。

图3 基于AT77C101B的指纹识别硬件框图

因图像本身的存储量巨大,系统需外接存储器,以保证有足够的存储空间,把图像存储在U盘上。同时系统也可通过数据线和网络相连,实现远程控制功能。

4 软件设计

软件设计如图4所示。当没有人触摸屏幕的时候MCU置于省电休眠模式。一旦用户有输入,系统便退出低功耗状态,进入正常执行状态[6],控制软件判断用户的需求,执行相应的功能[7]。

图4 系统软件流程图

5 实验仿真

采用The MathWorks公司的Matlab 7.0图像处理箱进行数据仿真,计算机配置CPU为Intel公司3.06 GZH,内存为Kingston公司的2GZH,平均一幅图像数据仿真耗时为0.53 s,识别率误差小于1/310 000,完全实际符合要求。图5为随机的一幅拇指指纹图像,图6为指纹库采集对应的图像。

图5拇指指纹图像

图6 指纹库对应的图像6 结 语

利用AT77C101B指纹采集器实现数据采集,当使用者指纹与指纹库预设的比对指纹不能匹配时,拒绝使用者使用。它可以作为辨别使用者的身份,或者代替手工输入密码,应用前景广泛。

参考文献

[1]李志敏,李育才,陈杰,等.采用FPS110的指纹识别仪[J].光电技术应用,2002,23(3):198-200.

[2]李莹,艾明晶.基于Nios Ⅱ的自动指纹识别系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2005(6):49-51.

[3]王卫东,平西建.自动指纹识别技术研究[J].信息工程大学学报,2005,6(2):47- 50.

[4]张爱华,丁淑敏.一种智能门禁控制器的软件设计[J].中原工学院学报,2005,16(3):43-45.

[5]吴君钦.32位ARM嵌入式系统扩展USB接口设计[J].微计算机信息,2005,9(2):1-5.

[6]陈庆接,李见为,张腾,等.基于ARM9的嵌入式自动指纹识别系统[J].重庆大学学报,2004,27(9):22-25.

[7]谢健阳,李铁才,唐降龙,等.指纹识别系统的设计实现[J].微计算机信息,2006(8):156-157.