指紋識別原理
電容傳感器根據(jù)指紋的嵴和峪與半導體電容感應顆粒形成的電容值大小不同，來判斷什么位置是嵴什么位置是峪。其工作過程是通過對每個像素點上的電容感應顆粒預先充電到某一參考電壓。當手指接觸到半導體電容指紋表面上時，因為嵴是凸起的峪是凹下，根據(jù)電容值與距離的關系，會在嵴和峪的地方形成不同的電容值。然后利用放電電流進行放電。因為嵴和峪對應的電容值不同，所以其放電的速度也不同。嵴下的像素(電容量高)放電較慢，而處于峪下的像素(電容量低)放電較快。根據(jù)放電率的不同．可以探測到嵴和峪的位置，從而形成指紋圖像數(shù)據(jù)。
2 FPS110簡介
FPS110指紋傳感器芯片具有體積小、成本低、耗電小、安全性高等優(yōu)點?？蓮V泛應用于任何需要安全性認證的領域，如銀行、計算機網絡、指紋門禁、指紋考勤等許多方面，這無疑將取代原有的識別技術而成為二十一世紀識別技術應用的最新發(fā)展趨勢。集成的A／D轉換器可以建立與EPP、USB或MCU的數(shù)字接口，使得此器件可以很容易地應用到任何識別應用系統(tǒng)中去。掃描圖像為8×280=2 240萬像素精度．多達2 MH，相當于l 780幀每秒，l百萬次手指無故障讀指紋，低功耗，圖像采集時為4．5 mA，導航時為1．5 mA，睡眠模式小于lO uA。引腳功能如表1所示。
3 系統(tǒng)硬件設計
3．1 電源
電源電路為整個系統(tǒng)供電，并且電源有電壓轉換芯片， 可以5 V轉3．3 V，3．3 V轉1．8 V的系統(tǒng)要求，滿足FPS110輸入電壓3 V～5．5 V和MCU處理芯片3．3 V電壓供電的要求。
3．2 指紋采集
FPS110傳感器的每一列都有兩個采樣一保持電路，一個用來存儲放電前電容兩端的電壓，另一個用來存儲放電后電容兩端的電壓。兩個采樣保持電路的差值可以度量電容的變化。該傳感器的靈敏度可以通過調整放電時間和放電電流來校正，而對放電時間和放電電流的修改又可以通過讀寫傳感器內部的放電電流寄存器(DCR)和放電時間寄存器(DTR)來進行。
3．3 MCU微處理器
采用NI公司MCU產品MSP430F1002，其內部高達8 kB的可重復編程快閃存儲器、256字節(jié)只讀存儲器(RAM)、多通道脈寬調制(PWM)計時器、看門狗計時器和板上電池耗盡保護等。MSP430F12x2器件中集成的高速通用同步一異步收發(fā)器(USART)可以被置成用于UART或串行外設接口(SPI)中的任一模式。MCU和JTAG仿真器用一根JTAG線連接，再用軟件的monitor，通過編程對FPSllO送來的信號進行處理。
3．4 串口通信
USB通信接口卡采用FTDI公司的FT8U245BM芯片，連接FPS110與MCU。它的主要功能一方面是將FPS110發(fā)送的控制命令、數(shù)據(jù)送到測試平臺的主MCU，使測試平臺完成各種測試任務；另一方面是將測試平臺中多MCU系統(tǒng)的自檢信息和測試結果送往FPSllO．以供FPS110進行判斷與分析。
整個系統(tǒng)硬件框圖如圖l所示。
因圖像本身的存儲量巨大，系統(tǒng)需外接存儲器，以保證有足夠的存儲空間，把圖像存儲在U盤上。同時系統(tǒng)也可通過數(shù)據(jù)線和網絡相連，實現(xiàn)遠程控制功能。
當沒有人觸摸屏幕的時候MCU置于省電休眠模式。一旦用戶有了輸入，系統(tǒng)便退出低功耗狀態(tài)，進入正常執(zhí)行狀態(tài)4，控制軟件判斷用戶的需求，執(zhí)行相應的功能。
5 實驗仿真
采用The MathWoks公司的MATLAB7．O圖像處理箱進行數(shù)據(jù)仿真，計算機配置CPU為INTEL公司2．06 GZH，內存為Kingston公司的1GZH，平均一幅圖像數(shù)據(jù)仿真耗時為O．73秒。識別率誤差小于1／310 000，完全實際符合要求。圖3為隨機的一幅拇指指紋圖像，圖4為指紋庫采集對應的圖像。
6 結束語
利用FPS110指紋采集器實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，當使用者指紋與指紋庫預設的比對指紋不能匹配時。拒絕使用者使用，可以作為辨別使用者的身份，或者代替手工輸入密碼，應用前景廣泛。
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