一種高性能指紋鎖硬件平臺的設(shè)計
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研究嵌入式平臺的指紋識別系統(tǒng)的設(shè)計：明確項目的整體需求，針對具體需要的部分功能作詳細(xì)的需求分析；設(shè)計時，在器件運用上作最優(yōu)的選擇，同時兼顧性能和價格等因素；布局上，考慮相應(yīng)系統(tǒng)的體積、容量和位置等因素，實現(xiàn)一個比較全面合理的整體布局。
1 指紋鎖的基礎(chǔ)構(gòu)件
設(shè)計一款指紋鎖的基礎(chǔ)構(gòu)件：傳感器、傳感器的驅(qū)動、底層的接口、電源的設(shè)計以及軟件算法的設(shè)計。
1)指紋傳感器用于采集指紋圖像。選擇成像合適的、數(shù)據(jù)接口通用的指紋傳感器，便于采集和讀取清晰的指紋圖像，進(jìn)行指紋識別，提高識別的效率。用在指紋鎖上的指紋傳感器，要兼顧體積小、功耗低、采集圖像速度快和清晰等特點。
2)指紋算法模塊將采集的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、運算、處理等工作。選擇合適的嵌入式CPU，將提高采集圖像的速度，快速提取所需的信息，準(zhǔn)確的進(jìn)行比對和判斷工作。指紋識別上層構(gòu)件――指紋鎖，根據(jù)其特點，指紋算法模塊采用當(dāng)前高性能的嵌入式系統(tǒng)CPU設(shè)計，具有體積較小、功耗極低的特點。
3)底層電機(jī)驅(qū)動門鎖。指紋鎖的設(shè)計，就是將電控技術(shù)和傳統(tǒng)的機(jī)械技術(shù)相結(jié)合。通過MCU來驅(qū)動電機(jī)開關(guān)機(jī)械門鎖，是指紋鎖的一個基礎(chǔ)構(gòu)件。指紋識別模塊處理認(rèn)證工作做出的最終判斷，即是否要執(zhí)行開鎖的操作，必須通過電機(jī)驅(qū)動門鎖來完成。簡潔、高性能、低功耗、穩(wěn)定的MCU驅(qū)動，保證了指紋鎖整體的性能。
4)成熟的指紋識別算法。指紋鎖的靈魂部分是指紋算法，準(zhǔn)確、高效、快速處理指紋的算法，是指紋鎖性能決定性因素。實現(xiàn)這一算法，采用在PC機(jī)上進(jìn)行驗證測試，不斷進(jìn)行修改調(diào)整，直到成熟可靠，再移植到嵌入式系統(tǒng)。
2 系統(tǒng)組成方案
經(jīng)過全面的考慮和詳細(xì)分析，結(jié)合嵌入式硬件、算法軟件的特點，對指紋鎖的整體布局進(jìn)行具體規(guī)劃設(shè)計，系統(tǒng)由算法處理核心，指紋采集，電源管理，底層控制驅(qū)動以及存儲器等5個模塊組成。各個模塊之間的相互關(guān)系如圖1所示。
1)算法處理模塊用于移植上位機(jī)驗證通過的可靠指紋識別算法，其主要功能：通過CPLD存取傳感器采集的指紋圖像；并對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，作出圖像識別的最終結(jié)論；管理外部存儲器SDRAM和DATA Flash；與控制驅(qū)動模塊通訊等。
2)指紋采集模塊集合了指紋傳感器和采集控制電路，按照預(yù)先設(shè)定的采集參數(shù)，負(fù)責(zé)實時采集指紋圖像，并通過相應(yīng)的接口將圖像數(shù)據(jù)傳輸至算法處理核心模塊。
3)電源管理模塊為整體系統(tǒng)供電，該系統(tǒng)設(shè)計的硬件平臺有3組供電電壓：外圍機(jī)械電機(jī)驅(qū)動為5 V，底層控制模塊的電壓和DSP的外核電壓同為3．3 V，DSP的內(nèi)核電壓為1．8 V。
4)底層控制模塊包括控制器MCU、LED指示燈、指紋鎖鍵盤、電機(jī)和邏輯控制器CPLD等外同電路，與指紋產(chǎn)品的中間構(gòu)件相配套，設(shè)計上層構(gòu)件――指紋鎖。
5)存儲器模塊包括外部SDRAM和外擴(kuò)DATA Flash，前者用于存儲臨時比對的圖像和一些變量，后者用于保存指紋特征庫和DSP的BootLoa-der啟動程序。
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