指紋識別系統是日常生活中常見的一種識別方式，其廣泛應用於門禁、考勤和其他安防領域。本指紋識別系統，採用雙供電方式，既可與電腦聯機使用，也可作為可攜式設備使用。作為可攜式時，大約可存儲300～500枚指紋，同時系統有著很高的識別率。
指紋識別系統應用範圍大、精度高、可以實時快速對指紋進行採集，註冊匹配，廣泛應用於安防領域中。
1 硬體設計1．1 硬體架構框圖
本指紋識別系統是以TMS320VC5510A為硬體平臺，配以Flash、SDRAM、指紋傳感器FPC1011C、LCD和鍵盤等外圍設備而成的嵌入式指紋識別系統。可以實現對指紋的識別、匹配、存儲等功能。系統採用雙電源設計保持系統隨時供電。具體結構框圖如圖1所示。
1．2 指紋傳感器模塊
FPC1011C是瑞典FingerPrints公司成功推出的一種電容式面裝指紋傳感器，具有高圖像質量(363 dpi的解析度)、高耐磨(高達100萬次)、高抗靜電(可達15 kV以上)、低功耗(3．3 V工作電壓下的功耗為50 mw)等特點，是一種全新的基於certus傳感器平臺的電容式指紋傳感器。其工作電壓為2．5 V或者3．3 V，傳感器還具有高速的SPI接口，8腳的軟排線可以方便地接入各種系統。
系統採用3．3 V電壓對指紋傳感器進行供電，把DSP的MCBSP2接口配置為SPI主機模式與傳感器(SPI從機)進行通信。採集圖像大小為200 ×152像素，SPI時鐘頻率由MCBSP2的CLKX2提供，設置為1 MHz。硬體連接如圖2所示。
1．3 電源模塊
電源模塊由兩部分構成，分別是電源電池自動轉換模塊和DC／DC電平轉換模塊。轉換模塊使系統在掉電的情況下可以自動轉到電池供電，使系統正常運行。DC／DC電平轉換為DSP外設提供3．3V電壓，為內核提供1．6 V電壓。
自動電源切換電路採用凌特公司的LTC4414，電路如圖3所示。LTC4414通過控制2個P溝道MOSFET，實現一種用於電源切換的近似理想二極體的功能，從而實現兩個電源的高效「或」操作。FDS6975是一款雙P溝道MOSFET晶片。
電平轉換使用LMl085-3．3 V和LMl085-ADJ可調輸出電壓，輸出電壓VOUT=1．25×(1+R2／R1)。為產生1．6 V電壓，使R2=38．3 Ω，R1=110 Ω，電路如圖4所示。
1．4 人機互動模塊
為方便操作和直觀顯示處理結果，系統安裝有鍵盤和LCD，可以實時進行操作和顯示。LCD採用的是FYDl2864-0402B，其以ST7920為驅動模塊，內嵌漢字庫，支持串口和並口數據傳輸。此處採用串口SPI協議傳輸，如圖5所示。
數據傳輸時，DSP被配置為SPI主模式，以MCBSPl與LCD通信。通信過程中，CS為LCD的片選端，系統中直接接高電平，時鐘SCLK由DSP的CLKXl提供，SID連接MCBSP1的數據輸出口DXl。傳輸過程中要對數據進行打包，使其符合SID顯示的數據格式。其中RW和RS為00時DSP向LCD寫指令，為01時寫數據。因此若向LCD發送數據「01h」，則實際數據為「FA0010」。時鐘頻率SCLK被設置為100kHz，可滿足實時顯示的需要。人機互動中的鍵盤由3個按鍵組成，分別對應3個硬體中斷(intO、intl、int2)，來實現指紋採集、註冊和匹配功能。指紋採集後存入SDRAM，註冊時指紋採集2次，匹配成功後存入Flash。匹配時先採集指紋進入SDRAM，再提取Flash中的指紋進行匹配，成功後作其他動作。
2 軟體設計在硬體架構上必須有相應的軟體設計才可以實現系統的功能。軟體設計是在DSP的開發環境CCS中進行的，運用了嵌入式作業系統DSP／ BIOS，使開發更加方便快捷。在DSP／BIOS中，可方便地實現內存分配、中斷選擇、任務調度等功能。
本系統的任務調度主要以3個硬體中斷為觸發條件，來實現指紋採集、註冊和匹配功能，具體框圖如圖6所示。
採用SEM對系統任務進行調度，系統上電啟動後，任務處於掛起狀態，並一直輪詢，等待中斷觸發。啟動註冊中斷時必須在採集兩枚有效指紋數據成功的情況下觸發，否則會顯示註冊失敗。註冊中斷觸發後，對兩枚指紋進行匹配，如匹配成功則指紋特徵數據寫入Flash，如果失敗則重新採集兩枚指紋進行註冊。這樣可以降低因為首次指紋採集不清晰，而產生的匹配不成功。指紋匹配中斷觸發前提是Flash中存有註冊的指紋，同時實時採集新的指紋成功。若匹配失敗，則必須重新採集指紋進行匹配。
指紋傳感器圖像採集程序如下：
3 總結本指紋採集系統可以完美地實現指紋的採集、註冊和匹配功能，其內部算法處理時間<1 s，完全可以滿足實時工作的需要。用各手指進行試驗後，其平均FRR可達2．83％和0．17％，完全可以滿足生活中的需要。
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