在線簽名識別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和USB通信

在當今的信息化社會，計算機及其網絡技術正不斷地改變著我們的生活?；ヂ?lián)網技術雖然使信息的發(fā)布和傳遞更加方便，但在信息技術帶來好處的背后也存在著一些問題，其中信息安全就是一個方面，而身份鑒別技術是信息安全技術研究領域中的一個重要方向，傳統(tǒng)的身份鑒別如證件、口令等都不能適應目前信息化的需要，這時，在線簽名識別技術就孕育而生了。過去的簽名識別技術采用的是離線靜態(tài)識別方式，即只是對筆跡的形態(tài)特征進行識別，而在線簽名識別系統(tǒng)除了可對筆跡的形態(tài)進行識別外，還能利用更多的簽名信息(如在線書寫時的壓力信息，角度信息等)來進一步增加識別的準確度。

目前國內對于在線簽名識別系統(tǒng)的研究還處于起步階段，現(xiàn)在僅僅只對簽名波形的各種匹配算法進行了一定的研究，而對于在線簽名識別系統(tǒng)的設計還沒有一個比較完善的方案。簽名采集系統(tǒng)的關鍵是采集數(shù)據(jù)的精確性和采集設備與PC機之間的通信，只有把這兩部分做好了，才可能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性和實時性。本文介紹的系統(tǒng)在采集方面使用12位ADS7846芯片來實現(xiàn)高精度、高速的12位數(shù)據(jù)采集和AD轉換；在通信方面則采用USB接口。由于USB協(xié)議本身的健壯性可保證簽名數(shù)據(jù)的無差錯高速傳輸，所以本系統(tǒng)的解決方案具有很大的現(xiàn)實意義。

1 系統(tǒng)總體設計方案

本系統(tǒng)包括手寫輸入設備、顯示沒備、信息處理設備、信息傳輸設備以及與之相配套的軟件。在整個系統(tǒng)中，手寫輸入設備有四線電阻式觸摸屏和觸摸屏控制器，其中觸摸屏控制器應能夠采集所書寫的橫縱坐標和壓力坐標的模擬量，并通過AD將其轉化為12位數(shù)字信息，然后把這些信息通過觸摸屏控制器的串行口傳送給處理設備。本系統(tǒng)采用Atmel公司比較經濟實用的AT89S52單片機。通過單片機將采集到的信息處理后送給顯示系統(tǒng)顯示，然后將信息通過USB接口實時發(fā)送給計算機，以使簽名信息能夠在計算機上實時顯示。本系統(tǒng)的結構框圖如圖1所示。

2 數(shù)據(jù)采集模塊

2.1 觸摸屏及其控制器

簽名信息主要是通過觸摸屏來獲得的，觸摸屏的種類大致可分為紅外式觸摸屏、電容式觸摸屏、聲表面波式觸摸屏和電阻式觸摸屏。其中電阻式觸摸屏比較適合用來進行數(shù)據(jù)采集。電阻式觸摸屏以一層玻璃作為基層，上面涂有一層透明氧化金屬(ITO氧化銦)導電層，再蓋有一層玻璃或是外表面經過硬化處理的光滑塑料層，它的內表面則涂有一層ITO導電層，塑料層與導電層之間有許多細小的透明隔離點對兩導電層進行隔離絕緣。每當有筆或是手指按下時，兩個導電層就相互接觸，從而形成回路。

ADS7846是美國Burr-Brown公司推出的新一代電阻式觸摸屏專用控制器。ADS7846是典型的逐步逼近寄存器型A／D變換器，其結構以電容再分布為基礎。芯片包含有取樣／保持功能。ADS7846的引腳與以前的ADS7843的引腳完全兼容，只是增加了片內溫度測量、觸摸壓力測量和電池電壓測量三個功能。ADS7846工作時，有時可能需要一個外部參考(VREF引腳)，其中外部參考電壓范圍為1V～+VCC，通過它可以直接設定A／D輸入通道的輸入范圍，而其平均基準輸入電流則取決于變換速率。

2.2 MCU與ADS7846的接口

設計時應將ADS7846的X+，Y+，X-，Y-分別與觸摸屏的X+，Y+。X-，Y-一一對應，而將ADS7846的CS，DCLK，DIN，DOUT，BUSY分別對應AT89S52的P2.1～P2.5腳。系統(tǒng)工作時，單片機先將P2.1置成低電平以選中ADS7846。然后再向ADS7846發(fā)送測量X坐標的命令控制字。圖2所示是本系統(tǒng)中MCU與ADS7846的接口電路。