指纹识别传感器电路设计解析—电路图天天读（310）

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　　随着生物特征识别技术的快速发展，指纹识别技术广泛进入人们的生活领域。

　　图1为提出的多传感器指纹验证系统框架图。首先，通过光学和电容传感器采集用户的指纹图像。然后，对图像进行预处理和分别提取两类传感器采集的指纹图像的特征，基于细节点的匹配算法被分别应用到光学和电容细节点集，因此，有2个匹配分数，并使用融合规则融合这些分数。

　　

　　图1多指纹传感器验证系统框架图

　　指纹传感器的类型和工作原理

　　由于当今指纹传感器规格很多，但是，至今仍然没有一个恰当和统一的协议和标准。目前，市场上现有的传感器主要有光学传感器和电容式传感器两类。

　　图2：系统硬件框图

　　1）算法处理模块用于移植上位机验证通过的可靠指纹识别算法，其主要功能：通过CPLD存取传感器采集的指纹图像；并对图像数据进行处理，作出图像识别的最终结论；管理外部存储器SDRAM和DATA Flash；与控制驱动模块通讯等。

　　2）指纹采集模块集合了指纹传感器和采集控制电路，按照预先设定的采集参数，负责实时采集指纹图像，并通过相应的接口将图像数据传输至算法处理核心模块。

　　3）电源管理模块为整体系统供电，该系统设计的硬件平台有3组供电电压：外围机械电机驱动为5 V，底层控制模块的电压和DSP的外核电压同为3．3 V，DSP的内核电压为1．8 V。

　　4）底层控制模块包括控制器MCU、LED指示灯、指纹锁键盘、电机和逻辑控制器CPLD等外同电路，与指纹产品的中间构件相配套，设计上层构件——指纹锁。

　　5）存储器模块包括外部SDRAM和外扩DATA Flash，前者用于存储临时比对的图像和一些变量，后者用于保存指纹特征库和DSP的BootLoa-der启动程序。

　　采集图像传感器

　　指纹传感器是通过光学扫描、晶体热敏、晶体电容等3种主要传感原理采集指纹图像。衡量一个传感器的质量主要有：成像质量、手指适应能力、采集速度、电气特性、硬件接口能力、SDK能力、附加功能。根据成像原理不同。广泛使用的指纹传感器类型有光学、电感式、电容式以及压感式等。其中，CMOS光学传感器具有无畸变、指纹图像清晰、对比度高的特点，对质量较差指纹具有良好的校正和容错性能，在使用寿命上百万次无变化。

　　

　　图3：指纹图像预处理步骤

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　　底层控制模块

　　设计指纹锁，除了要有完整的中间构件——指纹识别模块，还需要配套的底层控制模块等基础构件。该系统选用高性能低功耗的MEGA8单片机作为底层控制模块的CPU处理器。该器件所实现的功能有：循环扫描键盘并进行相应处理；控制LED灯指示系统当前工作状态；驱动电机执行开关门锁动作；与DSP通讯交互信息等。如图4所示，单片机作为底层控制模块，其IO 引脚控制其他器件，采用I2C与DSP进行信息交换。

　　图4：底层控制模块

　　电源管理模块

　　如图5所示，包括电源和电源管理器件。电源部分，该设计由4节1．5 V串联的干电池供电，此电压实际最高时为7 V左右，最低时为5 V，足以满足整体体统的电压要求。电源管理器件，选用手持设备中常用的低功耗高性能稳压器R1111N331B、XC62068152MR、 XC6-206P332MR，输出33 V的整体电压和DSP 1．8 V的核心电压，这类器件的特点是它具有控制关断引引脚，在系统处于睡眠时，可以通过置位使能端，关断整个系统板的供电，从而达到低功耗节能的目的。

　　
图5：电源管理模块

　　指纹扫描系统

图6

　　指纹扫描系统有两项基本工作：一是需要获得手指的图像，二是需要确定该图像中的嵴纹和波谷是否与以前扫描图像中的嵴纹和波谷相吻合。

　　编辑点评：本文简单介绍了指纹识别传感器的电路设计，设计了一个完整的、独立运行的指纹锁系统。它具有体积小、功耗低、使用安装方便的特点，非常适合于现代家庭的防盗门锁安装，能满足普通用户的需求。

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