指紋識別傳感器電路設計解析—電路圖天天讀（310）

作者：時間：2017-10-27 來源：網絡

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　　隨著生物特征識別技術的快速發(fā)展，指紋識別技術廣泛進入人們的生活領域。

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/201710/368944.htm

　　圖1為提出的多傳感器指紋驗證系統(tǒng)框架圖。首先，通過光學和電容傳感器采集用戶的指紋圖像。然后，對圖像進行預處理和分別提取兩類傳感器采集的指紋圖像的特征，基于細節(jié)點的匹配算法被分別應用到光學和電容細節(jié)點集，因此，有2個匹配分數，并使用融合規(guī)則融合這些分數。

　　圖1多指紋傳感器驗證系統(tǒng)框架圖

　　指紋傳感器的類型和工作原理

　　由于當今指紋傳感器規(guī)格很多，但是，至今仍然沒有一個恰當和統(tǒng)一的協(xié)議和標準。目前，市場上現有的傳感器主要有光學傳感器和電容式傳感器兩類。

　　圖2：系統(tǒng)硬件框圖

　　1）算法處理模塊用于移植上位機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；并對圖像數據進行處理，作出圖像識別的最終結論；管理外部存儲器SDRAM和DATA Flash；與控制驅動模塊通訊等。

　　2）指紋采集模塊集合了指紋傳感器和采集控制電路，按照預先設定的采集參數，負責實時采集指紋圖像，并通過相應的接口將圖像數據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)設計的硬件平臺有3組供電電壓：外圍機械電機驅動為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、電機和邏輯控制器CPLD等外同電路，與指紋產品的中間構件相配套，設計上層構件——指紋鎖。

　　5）存儲器模塊包括外部SDRAM和外擴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。

　　采集圖像傳感器

　　指紋傳感器是通過光學掃描、晶體熱敏、晶體電容等3種主要傳感原理采集指紋圖像。衡量一個傳感器的質量主要有：成像質量、手指適應能力、采集速度、電氣特性、硬件接口能力、SDK能力、附加功能。根據成像原理不同。廣泛使用的指紋傳感器類型有光學、電感式、電容式以及壓感式等。其中，CMOS光學傳感器具有無畸變、指紋圖像清晰、對比度高的特點，對質量較差指紋具有良好的校正和容錯性能，在使用壽命上百萬次無變化。

　　圖3：指紋圖像預處理步驟

　　底層控制模塊

　　設計指紋鎖，除了要有完整的中間構件——指紋識別模塊，還需要配套的底層控制模塊等基礎構件。該系統(tǒng)選用高性能低功耗的MEGA8單片機作為底層控制模塊的CPU處理器。該器件所實現的功能有：循環(huán)掃描鍵盤并進行相應處理；控制LED燈指示系統(tǒng)當前工作狀態(tài)；驅動電機執(zhí)行開關門鎖動作；與DSP通訊交互信息等。如圖4所示，單片機作為底層控制模塊，其IO 引腳控制其他器件，采用I2C與DSP進行信息交換。

　　圖4：底層控制模塊

　　電源管理模塊

　　如圖5所示，包括電源和電源管理器件。電源部分，該設計由4節(jié)1．5 V串聯的干電池供電，此電壓實際最高時為7 V左右，最低時為5 V，足以滿足整體體統(tǒng)的電壓要求。電源管理器件，選用手持設備中常用的低功耗高性能穩(wěn)壓器R1111N331B、XC62068152MR、 XC6-206P332MR，輸出33 V的整體電壓和DSP 1．8 V的核心電壓，這類器件的特點是它具有控制關斷引引腳，在系統(tǒng)處于睡眠時，可以通過置位使能端，關斷整個系統(tǒng)板的供電，從而達到低功耗節(jié)能的目的。

　　
圖5：電源管理模塊