基于DSP的指纹防盗门控制系统设计

基于DSP的指纹防盗门控制系统设计
专业：控制科学与工程
姓名：
学号：
指导老师：***
1 概述
1.1 设计目的
纹识别技术是以现代计算机技术和数字图像处理技术为基础而逐步发展起来的。

和传统的身份认证技术比如密码、证件等相比，指纹识别是一种更为出色的身份认证技术。

指纹识别技术相比于其他识别技术的优点在于每个人每根手指的指纹都是各不相同的，指纹也不会随着年龄的增长或健康程度的变化而变化，而且指纹复制和盗用的难度很大，更重要的是指纹图像的获取比较容易，这样就能更容易的开发指纹识别系统，所以它具有很高的实用性和可行性。

指纹识别系统已经广泛的应用在各种应用当中，比如门禁系统、考勤系统、电脑、手机等等。

随着指纹识别技术越来越完善，它将会出现在更多的领域。

1.2设计思路和组成部分
本次设计主要由DSP控制模块、DSP 指纹识别模块、液晶显示器、矩阵键盘、时钟电路、电源、蜂鸣器、电控锁等构成。

本次设计的原理是利用DSP 指纹识别模块完成指纹的录入、比对，然后将结果通过串口送到控制模块，控制电控锁来实现指纹防盗门的开关动作，并根据系统的要求控制其他外围设备工作。

本文设计的指纹防盗门控制系统具有安全可靠、操作简便、成本低等特点，可广泛的应用于公用场所和私人住所。

在硬件电路部分。

本文会介绍指纹防盗门控制系统的硬件总体结构，各主要器件的内部结构和相关的接口电路。

在系统软件设计部分，会介绍指纹防盗门控制系统软件的总体结构，DSP 指纹识别模块通信协议，主程序流程图等。

2 系统硬件结构
本设计的硬件系统主要有以下几个部分构成：指纹采集头、DSPTMS320LF2812处理器、DSPTMS320VC5501处理器、矩阵键盘、液晶显示屏和电控锁等组成。

系统硬件总体框图
DSPTMS320LF2812作为整个系统的控制核心，控制整个系统。

指纹识别模块包括指纹采集头和DSPTMS320VC5501处理器，主要功能有完成指纹特征的采集，比对，存储，删除等功能。

液晶显示模块主要用于显示操作菜单和操作返回提示等信息，并和键盘一起构成人机交互界面。

键盘为4*4 矩阵键盘，有10 个数字键和其他功能健，可以实现密码输入和菜单功能。

2.1 DSP 指纹识别模块
指纹识别模块电路图
DSP 指纹模块的硬件结构包括TI 公司的TMS320VC5501 高速DSP 处理器，CMOS 光学指纹传感器HV7131R，同步动态随机存储器M12L16161A-7T，flash 存储器25Q16BSIG 等构成，DSP 指纹模块具有指纹录入、图像处理、特征值提取、模板生成、模板储存、指纹比对和搜索等功能；并提供UART 接口和通讯协议。

当指纹识别模块接收到指纹注册或识别的指令时，指纹传感器接到命令后并在有指纹按下的条件下开始采集指纹，然后通过主机接口以DMA 方式将指纹图像暂存到DSP 中，最后DSP 将经过预处理的指纹图像数据存到数据存储器SDRAM中。

Flash 为系统程序、用户程序以及后续的指纹识别算法提供存储空间。

2.2 指纹识别模块的指纹图像采集电路
指纹图像采集电路图
图中，CMOS 图像传感器HV7131R 外接25MHz 时钟，A/D 转换输出的高8
位DATA[9:2]接HPI.HD[7:0]作为数据输入，由于A/D 输出是10 位,因此将低 2 位DATA[1:0]悬空。

帧同步信号(VSYNC)和行同步信号(HSYNC)作为信号源分别接到TIM0 和TIM1 管脚。

通过TMS320VC5501 片上集成的I2C 总线可以访问或修改传感器内部寄存器值，设置采集参数。

2.3控制电路部分
DSP芯片产生开、断控制信号和选择信号，选择信号作用于4051芯片，从而选择该芯片所控制的7路信号中的一路进行开、断电处理。

开、断电信号MCHO经过74LS04组成的滞回比较器来防止干扰,再通过线性驱动器UNL2803来提升信号强度，然后作用于继电器J1—J21。

2.4 主控芯片电路及功能扩展
DSP2812芯片采用直流1.8V、直流3.3V和交流3.3V供电，继电器部分采用+24V 供电，另外需要+12V、-12V、+5V三种电压。

所以此处采用直流24V供电，并通过LM2576、RT9183、MC34063三种芯片产生所需要的电压。

数据存数模块采用SPI FLASH芯片 SST25VF016B，可将重要数据存储至此芯片，便于上位机读取。

RS-485接口芯片采用TI公司生产的ISO35芯片。

该芯片的功能是将DSP输出的TTL电平转换成RS-485电平，而在PC机侧与该芯片之间采用的是RS-232C 与RS-485的电平转换接口。

此外为了实现PC机与DSP的多点通信必须了解各器件的驱动能力，根据各器件驱动能力的大小使得一台PC机与多个DSP通信相匹配。

3 指纹识别模块程序流程
3.1 指纹开锁
按下键盘上的 OK 键，在 LCD 液晶显示屏上显示的菜单里选择指纹开锁，这时指纹识别模块进入指纹比对状态，用户将相对应的手指放到指纹采集窗口上，系统开始自动采集图像并进行比对，如果比对成功，指纹模块返回比对成功的信息到单片机，控制器接收到此信号后控制电控锁开锁。

指纹开锁程序流程图
3.2 登记指纹
在 LCD 液晶显示屏上显示的菜单里选择登记指纹，这时指纹识别模块进入指纹录入状态，需要新登记指纹的用户将相应的手指放到指纹采集窗口上，指纹采集模块将自动采集指纹图像，指纹将采集三次，如果三次采集的特征值一样，再将指纹特征值保存到指纹数据库中。

添加指纹程序流程图
3.3 清空指纹
清空指纹程序流程图3.4 LCD12864 液晶显示屏显示程序
液晶显示屏显示程序流程图
4综述和总结
指纹识别技术是集模式识别，电子技术，图像处理，数据库技术于一身的综合性技术，涉及的领域比较广，不仅具有很高的理论研究价值而且还有很好的应用价值，因其普遍性、唯一性和终身不变性等特点，已被广泛应用于公安、网络、银行、商业、证券、医疗和保险等行业。

近年来，随着社会对指纹识别系统性能要求的逐步提高和电子信息技术的快速发展，研发出一种快速、小型、准确和可携性的自动指纹识别系统不仅具有迫切的市场需求，而且还有广阔的应用前景。

本文分别从软件和硬件两方面对系统进行研究。

在自动指纹识别系统的研究中进行了大量的工作，取得了一定的成绩，但由于嵌入式自动指纹识别系统涉及面比较广，需要多方面的协作加以完成，再加上个人科研能力、时间和精力的限制，本文的设计还存在不少问题。

另外到目前为止，国内仍旧没出现一个自动指纹识别系统性能机构能够对所有的自动指纹识别系统的性能给出一套统一、准确和权威的评价标准。

开发者无不例外的都是通过自己建立数据库，自己选择设计测试方案来进行自己设计的系统性能测试，因此建立一个全国性的性能检测机构，制定一套科学，严谨的测试方案是当前的迫切需要。

5 参考文献
[1] 孙冬梅,裘正定.生物特征识别技术综述.电子学报
[2] 刘舒等.生物特征识别中的关键技术与发展趋势.中国人民公安大学学报：自热
科学版.2006
[3] 田捷，杨鑫编著.生物特征识别技术理论与应用.电子工业出版社,2005.9
[4] A.Moenssens.Fingerprint Techniques.Chiltonbook comcompany Lond-on
[5] 刘少聪,新指纹学.合肥：安徽人民出版社
[6] J.Daugman,New Methods in Iris Recognition.IEEE Transactions on sy-stem sand cybernetics.2007
[7]陈世年.控制系统设计[M].北京:宇航出版社,1996
[8]刘刚,潘玉安.单片机应用系统的软件抗干扰措施[J].江西科学,2003
[9] TPS73HD301,TPS73HD318,TPS73HD325 dual-output low-dropout voltage regulators.
[10]TMS320x2833x Boot ROM.Texas Instruments,September 2007
[11] 未知.生物识别市场调查.中国科技信息,2004.2
[12] 方才. 指纹技术在社会保障平台中的应用. 安防科技, 2003.1
[13] CMOSImageSensorHV7131R (Version1.7)[Z].MagnaChipSemiconductorLtd,2004
[14]H.C. Lee and R.E. Gaensslen, Advances in Fingerprint Technology, Elsevier, New York 1991
[15] E. R. Henry, Classi_cation and uses of _ngerprints, George Routledge and Sons。