申冰冰，沈杰，沈慶，高健祥，劉萍，念路兵

　　（南通大學 電氣工程學院，江蘇 南通 226019）

　　摘要：對于傳統考試時考生身份不易檢查的問題，指紋識別可以很好地解決。應用指紋識別傳感器實現指紋的采集與辨識，得到的結果進入單片機進行處理，相關的學生信息以及語音信息存儲在SD卡中，得到的指紋識別結果信息通過LCD顯示出來，用語音模塊提示當前指紋識別是否正確。實踐表明，設計的考場指紋識別系統使用效果好，性價比高，有著很好的應用前景。

　　關鍵詞：單片機；指紋識別；FPM10A；MP381

0引言

　　指紋識別技術是基于生物識別的身份驗證方式的一種，在進行指紋辨識時，得到的指紋特征起到的是一個媒介的作用。許多學者多年的研究工作和積累的經驗表明，人的指紋、面紋、視網膜、聲音、掌紋等都具備獨特性和普遍性［12］，更重要的是，每個人的這些生物特征不但與別人相異，而且不會因為自己成長而變化，因此根據這些特點而進行身份識別是非常方便的。基于這些特殊優勢，對于視網膜識別、手紋識別、音色識別等各種生物識別技術，人們正逐步進行深入的探索和研究。目前，指紋辨識技術也已然成為最常見的生物識別技術之一，它的應用領域也是最寬泛、最深遠的，這主要歸功于指紋識別技術的快速、簡單，同時準確率也比較高。指紋識別的原理和其他生物識別的原理沒有太大的區別，主要是通過分析人體的指紋特性而得到一個人的真實身份［3 4］。

1總體設計

　　本文設計的考場身份識別系統主要是以指紋識別系統為核心，實現對考場內的學生進行身份的驗證。驗證系統可以實現學生信息的采集及驗證，實現考場內考生身份的準確識別。該系統主要由FPM10A指紋模塊、SD卡存儲模塊、串口模塊、JLX320-002-PN液晶顯示模塊、MP3模塊、矩陣鍵盤等構成。系統總體結構如圖1所示。

　　初始化系統中的各個子模塊，完成后，系統處于采集窗口實時掃描狀態，同時鍵盤模塊也處于實時掃描狀態，JLX320-002-PN液晶顯示器顯示提示信息。管理員輸入密碼來選擇需要進行的操作，如指紋單獨錄入、批量錄入、刪除指紋等。這些錄入的指紋信息與之前寫入到SD卡中的學生學號、姓名等信息相匹配，形成完整的身份識別信息。

2系統硬件設計

　　2.1單片機及其最小系統電路

　　身份識別系統中使用STM32F103單片機。STM32F103增強系列具有ARM CortexM3內核，具有強大的性能、低成本、低功耗、嵌入式等特點。該系統的最小系統中包括復位電路模塊、晶振電路模塊［5］。復位電路主要是在系統執行過程中為方便用戶進入系統的最開始狀態而設置的，而晶振電路則是為了給系統提供一個穩定的晶振，提供脈沖。

　　2.2指紋模塊及其電路實現

　　該系統指紋辨識模塊采用FPM10A光學獨立式指紋模塊，利用DSP全速工作，其頻率為120 MHz。不需要上位機管理系統參與的情況下，模塊本身就具有指紋采集、自動比對、圖像增強、圖像檢索和模板自行儲存等眾多強大的功能，模塊內部還配有相應的存儲空間，將采集到的指紋轉化為相應的模板進行存儲［6-7］。

　　FPM10A通過標準的串口與外界通信，其默認的波特率為57 600 b/s，在參考通信協議后，可以自行更改。它可以與任何單片機、ARM、DSP等帶串口的設備進行連接。指紋傳感器模塊實物、模板及原理如圖2所示。

　　圖2指紋傳感器模塊實物、模板及原理圖圖3按鍵模塊實物圖及原理圖CCD芯片主要功能是采集要錄入的指紋，完成相應指紋特征的生成。先對一個指紋進行錄入，成功后對其再錄入一次，就可以得到一個相應的指紋模板。其具體的工作過程為：指紋掃描、特征生成、合成模板及建立一個指紋庫。指紋識別模塊通過串行通信接口與單片機通信，其發送端口與單片機PA10相連，而接收端口與單片機PA9相連，紅色引腳接VCC，黑色引腳接地，NC懸空不用［8］。

　　2.3鍵盤模塊

　　在系統中，鍵盤模塊的作用主要是方便管理員對模式進行選擇，按鍵從左到右、從上到下依次代表著1、2、3、4、5、6等按鍵編號。在系統初始化后，鍵盤便進入了循環掃描狀態，一旦按下指定按鍵并輸入了正確密碼，便進入到下一個選擇界面，這時鍵盤仍然處于循環掃描狀態，按不同的鍵就可以進行不同的操作。其按鍵鍵盤實物及其原理圖如圖3所示。

　　2.4MP3語音模塊

　　該系統使用的放音模塊型號是MP381，其體積小，可作為普通MP3使用；具有掛起功能，通過串口命令恢復；可以單鍵實現循環播放的功能，最多有8首歌，也可以進行一個按鍵對一首歌的直接播放；擁有5~30 V的超寬工作電壓［910］。因此，可適用于各種應用場合。

3系統軟件設計

　　總體設計流程如圖4所示。

　　進入主程序，先對密碼狀態、按鍵數值、序列號和得分等進行賦初值，對各個模塊進行初始化，對串口進行初始化，設置中斷優先級，對SD卡中的字庫進行調用，若是以前用過的字便不進行調用，否則需要字體更新。LCD液晶屏刷屏并顯示“管理員登錄：請按6；普通用戶：請放下手指”的字樣。隨后進入一個死循環，進行實時鍵盤掃描和實時指紋采集，在程序中調用指紋搜索的子程序，在這個子程序中有鍵盤的掃描程序，檢測是否按下了“6”鍵，如果按下，則返回值為6，這時進入管理員界面，需要輸入6位密碼，若密碼輸入正確，則進入下一個設置界面，否則顯示“密碼輸入錯誤”。如果沒有按下“6”鍵，應答包的第10位有返回值并且返回值是0，則代表指紋已經找到，顯示“找到指紋”并顯示序列號。再調用程序顯示學生的個人信息，同時顯示本次掃描的得分。如果應答包中第10位返回的是“9”，則表示指紋未找到，將信息顯示在LCD顯示屏上。當鍵盤按下“6”時，進入到管理員界面，這時程序跳出死循環，進入到下一個死循環，這個死循環一直處于鍵盤掃描狀態，應用switch來實現不同的按鍵按下時執行相應的操作。在錄入指紋時調用指紋錄入的子程序，同時記錄序列號，存放在UserNum中，這對于學生信息的匹配有很大的幫助。在進行批量錄入時，其實質只不過是在進行死循環，不停地錄入，直至跳出程序。另外還可以按其他幾個鍵實現switch的其他分支，對應著密碼修改、模板刪除、安全圖4總體設計流程圖 級別設置等操作。當按下按鍵“6”時，退出此次管理員操作程序，回到主界面繼續進行按鍵掃描和指紋掃描。在每一個子程序執行完后，都需要一個延時函數，進行程序的進一步處理，同時為執行下一步操作做好準備。

4系統測試與分析

　　系統中LCD用來顯示系統界面，進入到管理員界面后，可以進行更多的操作，如錄入、刪除等；或普通用戶使用時，在識別后可以顯示學號、姓名以及本次判斷的得分，如果識別失敗，則會顯示重新錄入等提示類信息。測試結果如圖5所示。

　　測試結果表明，指紋的采集與識別滿足設計要求。

5結論

　　本文提出了身份識別系統的設計方案，其中以指紋識別模塊作為核心，對各個模塊進行了分析，并介紹和分析了整個識別系統的主程序。考場指紋識別系統省去了老師和學生由準考證而帶來的麻煩，有著很好的應用前景。

參考文獻

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