基于指纹的考场身份自动识别系统设计-AET-电子技术应用

基于指纹的考场身份自动识别系统设计

2016年微型机与应用第14期

申冰冰，沈杰，沈庆，高健祥，刘萍，念路兵

（南通大学电气工程学院，江苏南通 226019）

摘要： 对于传统考试时考生身份不易检查的问题，指纹识别可以很好地解决。应用指纹识别传感器实现指纹的采集与辨识，得到的结果进入单片机进行处理，相关的学生信息以及语音信息存储在SD卡中，得到的指纹识别结果信息通过LCD显示出来，用语音模块提示当前指纹识别是否正确。实践表明，设计的考场指纹识别系统使用效果好，性价比高，有着很好的应用前景。

关键词： 单片机指纹识别 FPM10A MP381

Abstract：

Key words :

　　申冰冰，沈杰，沈庆，高健祥，刘萍，念路兵

　　（南通大学电气工程学院，江苏南通 226019）

　　摘要：对于传统考试时考生身份不易检查的问题，指纹识别可以很好地解决。应用指纹识别传感器实现指纹的采集与辨识，得到的结果进入单片机进行处理，相关的学生信息以及语音信息存储在SD卡中，得到的指纹识别结果信息通过LCD显示出来，用语音模块提示当前指纹识别是否正确。实践表明，设计的考场指纹识别系统使用效果好，性价比高，有着很好的应用前景。

　　关键词：单片机；指纹识别；FPM10A；MP381

0引言

　　指纹识别技术是基于生物识别的身份验证方式的一种，在进行指纹辨识时，得到的指纹特征起到的是一个媒介的作用。许多学者多年的研究工作和积累的经验表明，人的指纹、面纹、视网膜、声音、掌纹等都具备独特性和普遍性［12］，更重要的是，每个人的这些生物特征不但与别人相异，而且不会因为自己成长而变化，因此根据这些特点而进行身份识别是非常方便的。基于这些特殊优势，对于视网膜识别、手纹识别、音色识别等各种生物识别技术，人们正逐步进行深入的探索和研究。目前，指纹辨识技术也已然成为最常见的生物识别技术之一，它的应用领域也是最宽泛、最深远的，这主要归功于指纹识别技术的快速、简单，同时准确率也比较高。指纹识别的原理和其他生物识别的原理没有太大的区别，主要是通过分析人体的指纹特性而得到一个人的真实身份［3 4］。

1总体设计

　　本文设计的考场身份识别系统主要是以指纹识别系统为核心，实现对考场内的学生进行身份的验证。验证系统可以实现学生信息的采集及验证，实现考场内考生身份的准确识别。该系统主要由FPM10A指纹模块、SD卡存储模块、串口模块、JLX320-002-PN液晶显示模块、MP3模块、矩阵键盘等构成。系统总体结构如图1所示。

　　初始化系统中的各个子模块，完成后，系统处于采集窗口实时扫描状态，同时键盘模块也处于实时扫描状态，JLX320-002-PN液晶显示器显示提示信息。管理员输入密码来选择需要进行的操作，如指纹单独录入、批量录入、删除指纹等。这些录入的指纹信息与之前写入到SD卡中的学生学号、姓名等信息相匹配，形成完整的身份识别信息。

2系统硬件设计

　　2.1单片机及其最小系统电路

　　身份识别系统中使用STM32F103单片机。STM32F103增强系列具有ARM CortexM3内核，具有强大的性能、低成本、低功耗、嵌入式等特点。该系统的最小系统中包括复位电路模块、晶振电路模块［5］。复位电路主要是在系统执行过程中为方便用户进入系统的最开始状态而设置的，而晶振电路则是为了给系统提供一个稳定的晶振，提供脉冲。

　　2.2指纹模块及其电路实现

　　该系统指纹辨识模块采用FPM10A光学独立式指纹模块，利用DSP全速工作，其频率为120 MHz。不需要上位机管理系统参与的情况下，模块本身就具有指纹采集、自动比对、图像增强、图像检索和模板自行储存等众多强大的功能，模块内部还配有相应的存储空间，将采集到的指纹转化为相应的模板进行存储［6-7］。

　　FPM10A通过标准的串口与外界通信，其默认的波特率为57 600 b/s，在参考通信协议后，可以自行更改。它可以与任何单片机、ARM、DSP等带串口的设备进行连接。指纹传感器模块实物、模板及原理如图2所示。

　　图2指纹传感器模块实物、模板及原理图图3按键模块实物图及原理图CCD芯片主要功能是采集要录入的指纹，完成相应指纹特征的生成。先对一个指纹进行录入，成功后对其再录入一次，就可以得到一个相应的指纹模板。其具体的工作过程为：指纹扫描、特征生成、合成模板及建立一个指纹库。指纹识别模块通过串行通信接口与单片机通信，其发送端口与单片机PA10相连，而接收端口与单片机PA9相连，红色引脚接VCC，黑色引脚接地，NC悬空不用［8］。

　　2.3键盘模块

　　在系统中，键盘模块的作用主要是方便管理员对模式进行选择，按键从左到右、从上到下依次代表着1、2、3、4、5、6等按键编号。在系统初始化后，键盘便进入了循环扫描状态，一旦按下指定按键并输入了正确密码，便进入到下一个选择界面，这时键盘仍然处于循环扫描状态，按不同的键就可以进行不同的操作。其按键键盘实物及其原理图如图3所示。

　　2.4MP3语音模块

　　该系统使用的放音模块型号是MP381，其体积小，可作为普通MP3使用；具有挂起功能，通过串口命令恢复；可以单键实现循环播放的功能，最多有8首歌，也可以进行一个按键对一首歌的直接播放；拥有5~30 V的超宽工作电压［910］。因此，可适用于各种应用场合。

3系统软件设计

　　总体设计流程如图4所示。

　　进入主程序，先对密码状态、按键数值、序列号和得分等进行赋初值，对各个模块进行初始化，对串口进行初始化，设置中断优先级，对SD卡中的字库进行调用，若是以前用过的字便不进行调用，否则需要字体更新。LCD液晶屏刷屏并显示“管理员登录：请按6；普通用户：请放下手指”的字样。随后进入一个死循环，进行实时键盘扫描和实时指纹采集，在程序中调用指纹搜索的子程序，在这个子程序中有键盘的扫描程序，检测是否按下了“6”键，如果按下，则返回值为6，这时进入管理员界面，需要输入6位密码，若密码输入正确，则进入下一个设置界面，否则显示“密码输入错误”。如果没有按下“6”键，应答包的第10位有返回值并且返回值是0，则代表指纹已经找到，显示“找到指纹”并显示序列号。再调用程序显示学生的个人信息，同时显示本次扫描的得分。如果应答包中第10位返回的是“9”，则表示指纹未找到，将信息显示在LCD显示屏上。当键盘按下“6”时，进入到管理员界面，这时程序跳出死循环，进入到下一个死循环，这个死循环一直处于键盘扫描状态，应用switch来实现不同的按键按下时执行相应的操作。在录入指纹时调用指纹录入的子程序，同时记录序列号，存放在UserNum中，这对于学生信息的匹配有很大的帮助。在进行批量录入时，其实质只不过是在进行死循环，不停地录入，直至跳出程序。另外还可以按其他几个键实现switch的其他分支，对应着密码修改、模板删除、安全图4总体设计流程图级别设置等操作。当按下按键“6”时，退出此次管理员操作程序，回到主界面继续进行按键扫描和指纹扫描。在每一个子程序执行完后，都需要一个延时函数，进行程序的进一步处理，同时为执行下一步操作做好准备。

4系统测试与分析

　　系统中LCD用来显示系统界面，进入到管理员界面后，可以进行更多的操作，如录入、删除等；或普通用户使用时，在识别后可以显示学号、姓名以及本次判断的得分，如果识别失败，则会显示重新录入等提示类信息。测试结果如图5所示。