基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程指紋采集終端的設(shè)計(jì)

對(duì)于指紋的采集，系統(tǒng)采用了富士通公司的指紋傳感器MBF200，它屬于電容性傳感器。其電容性傳感器陣列由二維金屬電極組成，所有金屬電極充當(dāng)一個(gè)電容板，接觸的手指充當(dāng)?shù)诙€(gè)電容板，器件表面的鈍化層作為兩板的絕緣層。當(dāng)手指觸摸傳感器表面時(shí)，指紋的高低不平就會(huì)在傳感器陣列上產(chǎn)生變化的電容，從而引起二維陣列上電壓的變化，并形成指紋傳感圖像。從而克服了以前光學(xué)識(shí)別系統(tǒng)出錯(cuò)率高、可能仿冒等問(wèn)題，大大提高了該系統(tǒng)的安全性。

MBF200支持3種接口形式，即MCU接口模式、SPI接口模式和USB接口模式。系統(tǒng)采用微處理器接口模式，在此模式下可將MBF200與51系列單片機(jī)8位數(shù)據(jù)總線直接相連，其接口形式非常簡(jiǎn)單，且微處理器接口模式在MBF200的3種接口模式下，數(shù)據(jù)傳送速率最高(30幀／s；USB模式13幀／s；SPI模式為10幀／s)，可以滿足對(duì)連續(xù)指紋圖像采集和比對(duì)的需要。

2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

為了保存指紋圖像數(shù)據(jù)，必須為系統(tǒng)擴(kuò)充外部存儲(chǔ)器。MBF200一幅指紋掃描圖像需要存儲(chǔ)空間75 kB(256×300×8位)，因此系統(tǒng)采用SST公司的FLASH存儲(chǔ)器SST 39SF010A對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存儲(chǔ)擴(kuò)充，其容量為128 k×8位。由于51單片機(jī)地址線只有16位，系統(tǒng)采用P1口對(duì)存儲(chǔ)空間進(jìn)行分段訪問(wèn)。其中，指紋圖像數(shù)據(jù)及識(shí)別數(shù)據(jù)采用固定地址進(jìn)行存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)讀取易實(shí)現(xiàn)。

2.4 顯示模塊

LCD顯示器用于顯示中文界面信息。為了方便系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用帶有中文字庫(kù)的LCD顯示模塊HTM12232Z。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)程序流程

系統(tǒng)軟件功能包括主程序、指紋獲取功能模塊、通信模塊、定時(shí)模塊、顯示模塊。系統(tǒng)上電初始化后與服務(wù)器建立連接，取得服務(wù)器時(shí)間調(diào)用顯示模塊顯示中文界面及系統(tǒng)時(shí)間，然后等待指紋傳感器信號(hào)。系統(tǒng)主要工作流程如圖3所示。

3.2 TCP／IP協(xié)議的精簡(jiǎn)設(shè)計(jì)

3.2.1 TCP／IP協(xié)議精簡(jiǎn)

考慮嵌入式系統(tǒng)CPU處理能力和系統(tǒng)存儲(chǔ)能力限制，系統(tǒng)以高效、節(jié)省資源為目標(biāo)，對(duì)TCP／IP協(xié)議進(jìn)行精簡(jiǎn)(見(jiàn)表1)，僅實(shí)現(xiàn)了通信必須的ARP，IP，ICMP和UDP協(xié)議。

在鏈路層上，系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)IEEE802.3所規(guī)定的CDMA／CD協(xié)議，而此協(xié)議只要采用通用的以太網(wǎng)接口芯片就可支持。為了保證系統(tǒng)在以太網(wǎng)中的通信，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了ARP應(yīng)答協(xié)議，該協(xié)議用于將IP地址映射成以太網(wǎng)MAC地址。