專利名稱：一種雙處理器的嵌入式指紋識別器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種雙處理器的嵌入式指紋識別器，屬于電子檢測儀器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的指紋識別儀器品種多樣、結(jié)構(gòu)各異，如中國專利00258899、98805494公開的“指紋識別儀/系統(tǒng)”等，都是以PC機(jī)為算法平臺，其工作原理是通過指紋采集儀獲取指紋圖像，并將指紋圖像傳至PC機(jī)，在PC機(jī)上運(yùn)行指紋圖像的處理算法，進(jìn)行指紋的比對、識別。這種識別系統(tǒng)存在體積大、功耗高、性價比低、使用不便的問題，且不具備嵌入式特點(diǎn)，通用性較差。而現(xiàn)有的可脫機(jī)運(yùn)行的嵌入式指紋識別系統(tǒng)，大多采用單一的微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和外圍控制，這種只具有單一微處理器的嵌入式系統(tǒng)處理效率偏低，不能很好地適用于對實(shí)時性要求高的場合。
實(shí)用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種體積小、低功耗、使用方便快捷，且適用于實(shí)時性要求高的雙處理器嵌入式自動指紋識別器。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種雙處理器嵌入式指紋識別器，由指紋圖像處理模塊、指紋圖像采集模塊、控制模塊和電源模塊組成；指紋圖像處理模塊由完成圖像處理的DSP(Digital Signal Processor)處理器、存儲單元、與指紋圖像采集模塊連接的接口和與控制模塊連接的接口組成，指紋圖像采集模塊和控制模塊通過相應(yīng)的接口與指紋圖像處理模塊相連；電源管理單元通過電源輸入接口給指紋圖像處理模塊提供穩(wěn)壓直流電。
所述指紋圖像采集模塊由半導(dǎo)體指紋傳感器以及其周邊的電路組成，半導(dǎo)體指紋傳感器的數(shù)據(jù)線、地址線及控制線通過擴(kuò)展接口與指紋圖像處理模塊中的DSP芯片的數(shù)據(jù)線、地址線和控制引腳相連，由DSP控制指紋圖像的采集與存儲；指紋采集模塊中的半導(dǎo)體指紋傳感器的工作模式通過撥瓣開關(guān)設(shè)置，并有LED燈指示工作狀態(tài)；所述控制模塊由單片機(jī)控制器、液晶顯示屏和鍵盤掃描電路以及串口電路組成；液晶顯示屏、鍵盤掃描電路和串口電路均與單片機(jī)控制器連接；串口電路提供接口與計(jì)算機(jī)連接，所述液晶顯示屏與單片機(jī)相連，4×4(即4行4列16個按鍵的小鍵盤)的鍵盤使用串口的方式與單片機(jī)相連；所述電源管理單元通過電源輸入接口給指紋圖像處理模塊提供+5V的穩(wěn)壓直流電，可選擇PS767D301芯片作電源管理單元中的核心元件，輸出3.3V和1.6V的電壓給指紋識別器上的各個工作單元供電。
所述指紋圖像處理模塊與指紋圖像采集模塊及控制模塊通過扁平數(shù)據(jù)線相連。
本實(shí)用新型將數(shù)學(xué)計(jì)算能力強(qiáng)的DSP微處理器和控制能力強(qiáng)的單片機(jī)結(jié)合在一起，構(gòu)建具有雙處理器的嵌入式指紋識別系統(tǒng)。相比現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型采用雙處理器構(gòu)建一嵌入式指紋識別系統(tǒng)，具有體積小、低功耗、使用方便快捷的優(yōu)點(diǎn)，且適用于實(shí)時性要求高的場合。所涉及的各個功能模塊通過扁平數(shù)據(jù)線連接起來構(gòu)成一個集指紋采集、用戶指紋的注冊登記、指紋圖像的匹配識別、人機(jī)交互于一體的指紋識別器。該識別器可用于重要場所的門禁系統(tǒng)和公司的考勤系統(tǒng)，只需用戶將手指放在指紋采集器上即可實(shí)現(xiàn)身份識別，該識別器方便快捷，安全可靠。


圖1本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是圖1的電源模塊的電路原理圖(一種具體實(shí)施例)；圖3～圖5是圖1的指紋圖像處理模塊的電路原理圖；圖6是圖1的指紋圖像采集模塊的電路原理圖；圖7是圖1的控制模塊的電路原理圖；圖8是圖1的鍵盤控制電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
(圖2～圖8)，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
參見圖1，本實(shí)用新型的雙處理器嵌入式指紋識別器，主要包括指紋圖像處理模塊1、指紋采集模塊2、控制模塊3和電源模塊4。
其中，指紋圖像處理模塊1主要由完成圖像處理的DSP處理器(采用TI的TMS320VC5416處理器)、存儲單元、與指紋圖像采集模塊2的接口和與控制模塊3的接口組成，DSP處理器的數(shù)據(jù)線和地址線分別與存儲單元的數(shù)據(jù)線和地址線相連，DSP對存儲器的讀寫控制線經(jīng)存儲器選通邏輯電路連接到存儲器相應(yīng)的控制引腳上；指紋圖像采集模塊2和控制模塊3通過相應(yīng)的接口與指紋圖像處理模塊1相連。
指紋圖像采集模塊2主要由半導(dǎo)體指紋傳感器以及其周邊的電路組成，半導(dǎo)體指紋傳感器的數(shù)據(jù)線、地址線及控制線通過擴(kuò)展接口與指紋圖像處理模塊1中的DSP芯片的數(shù)據(jù)線、地址線和控制引腳相連，由DSP控制指紋圖像的采集與存儲。
控制模塊3主要由單片機(jī)控制器、液晶顯示屏、鍵盤掃描電路以及串口電路組成；液晶顯示屏、鍵盤掃描電路和串口電路均與單片機(jī)控制器連接。
電源模塊(電源管理單元)4通過電源輸入接口給指紋圖像處理模塊提供+5V的穩(wěn)壓直流電，可選擇PS767D301芯片作電源管理單元中的核心元件，輸出3.3V和1.6V的電壓給指紋識別器上的各個工作單元供電。
參見圖2，電源模塊由電源芯片U12及其周圍的元件構(gòu)成的濾波電路可以實(shí)現(xiàn)由+5V電壓到3.3V和1.6V電壓的轉(zhuǎn)換；由穩(wěn)壓變壓器輸出的+5V電壓經(jīng)過CT1、CT2、CT3、C1、C2、和C3構(gòu)成的電源濾波電路后，按圖2所示分別輸入到電源芯片U12的5、6和11、12引腳上；電源芯片U12的引腳3和引腳10分別經(jīng)R1和R2下拉至地；電源芯片U12的輸出引腳17和23分別輸出3.3V和1.6V的電壓；在3.3V和1.6V的輸出電壓之間跨接4個串連的穩(wěn)壓二極管D2～D5以保護(hù)DSP的內(nèi)核電壓和IO口驅(qū)動電壓；電源芯片U12提供了一個RST復(fù)位輸出引腳，當(dāng)電源芯片U12內(nèi)部的比較儀檢測到輸出電壓降到典型值的95％時，RST引腳就會輸出低電平，該引腳可用來對DSP處理器進(jìn)行低壓復(fù)位。
參見圖3～圖5，本實(shí)用新型的指紋圖像處理模塊采用TI的TMS320VC5416 DSP處理器U1進(jìn)行指紋圖像處理(或采用TI的TMS320VC5416處理器類似功能的處理器)在DSP處理器U1的片外擴(kuò)展了256K的RAM U4和256K的FLASH U3，本實(shí)施例中，RAM采用的是IS61LV25616AL型芯片，其它同類芯片亦可，F(xiàn)LASH采用的是AM29LV400B型芯片，其它同類芯片亦可。擴(kuò)展的存儲器用于存放指紋數(shù)據(jù)和相關(guān)的系統(tǒng)信息。所述的DSP處理器U1的16位數(shù)據(jù)線和低18位地址線接至RAM U4和FLASH U3的數(shù)據(jù)線和地址線上，DSP處理器U1的地址線A20、程序選通信號線PS和讀寫控制信號線WR連接到存儲器選通邏輯電路，產(chǎn)生存儲器片選邏輯信號實(shí)現(xiàn)DSP處理器U1對RAM U3和FLASH U4的讀寫控制。圖2中，復(fù)位按鈕S1產(chǎn)生的復(fù)位信號與上述電源芯片U12的復(fù)位輸出引腳RST的輸出信號經(jīng)過與門U2以后接至DSP的復(fù)位引腳RS上。DSP的微處理器/微計(jì)算機(jī)模式選擇引腳MP/MC，時鐘模式選擇引腳CLKMD1、CLKMD2和CLKMD3經(jīng)上拉電阻上拉后連接到撥瓣開關(guān)S3的一段，撥瓣開關(guān)S3的另一端接地。通過撥瓣開關(guān)S3來選擇DSP處理器的工作模式及時鐘模式。指紋圖像處理模塊與控制模塊的通信是利用DSP處理器提供的HPI口來實(shí)現(xiàn)的?？刂颇K中的單片機(jī)通過HPI口的數(shù)據(jù)線和HPI控制信號線對HPI的各個寄存器進(jìn)行訪問和控制，實(shí)現(xiàn)處理模塊和控制模塊間的數(shù)據(jù)傳輸與信息交互。本實(shí)用新型即是通過DSP處理器和單片機(jī)控制器的協(xié)調(diào)工作來完成指紋的采集、匹配與識別的。
如圖6指紋采集模塊中的指紋傳感器可采用半導(dǎo)體指紋傳感器U7，如FPS200型晶體傳感器。DSP處理器用地址線AO選擇半導(dǎo)體指紋傳感器U7的索引寄存器和數(shù)據(jù)寄存器，并通過其IO口采集指紋圖像。半導(dǎo)體指紋傳感器U7提供了3種工作模式，即微處理器總線模式、SPI總線模式和USB模式，通過對模式選擇引腳MODEO和MODE1及MOSI和MISO引腳的設(shè)置，可選擇相應(yīng)的工作模式。P0和P1接口各連接一個LED發(fā)光二極管，用于指示指紋傳感器的工作狀態(tài)。
單片機(jī)控制器與DSP處理器的信息交互是通過DSP處理器的HPI口來實(shí)現(xiàn)的。如圖7所示在控制模塊中，采用P89C58型單片機(jī)來監(jiān)控鍵盤輸入和LCD液晶屏的顯示。P89C58的P0口的8根口線經(jīng)一片74HC245復(fù)用后分別與液晶顯示器LCD接口數(shù)據(jù)線以及HPI的數(shù)據(jù)線相連，P89C58的P15和P16端口分別與74HC245的G和DIR引腳相連，控制P0口的分時復(fù)用。P1.0～P1.4口與LCD的CS1、CS2、RW、EN和RS控制引腳相連。由于單片機(jī)和DSP的工作電平不同，單片機(jī)上的信號送到DSP處理器之前經(jīng)過了一塊16425芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，保證兩者之間的電平匹配。鍵盤接口的4根信號線CS、SDAT、Key和CLK分別接單片機(jī)的P3.4、P3.5、P3.6和P3.7口上。圖8所示，用HD7279A芯片掃描一個4×4的小鍵盤，并將獲取到的鍵值通過SDAT信號線串行傳送至單片機(jī)。單片機(jī)的串行輸入輸出口RxD和TxD接ICL232型串口芯片的相應(yīng)管腳，構(gòu)成一通用的串行接口，該串行接口可實(shí)現(xiàn)指紋識別器與計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)的上傳與下載。
下面從使用者的角度來說明這種指紋識別器的使用和操作。
使用本指紋識別器時，用戶首先須進(jìn)行指紋登記。在獲得指紋登記權(quán)限后，由指紋傳感器采集到用戶指紋數(shù)據(jù)，由DSP處理器進(jìn)行數(shù)字處理并建模，建模后的指紋樣本存儲在擴(kuò)張的FLASH存儲器中。在進(jìn)行指紋登記時，建議為所登記的指紋樣本分配一ID號。指紋ID號和指紋樣本一起存儲在系統(tǒng)的FLASH存儲器中。
完成指紋登記后，用戶可以通過小鍵盤輸入自己的ID號，并將手指放在指紋傳感器上，進(jìn)行現(xiàn)場采集指紋?？刂颇K獲取用戶ID號，傳送給DSP處理模塊，DSP處理模塊根據(jù)所獲得的ID號從樣本庫中調(diào)出相應(yīng)指紋樣本，并與現(xiàn)場采得的指紋經(jīng)處理后所得的信息進(jìn)形比對，最后將比對結(jié)果通過HPI口傳給控制模塊，并在LCD液晶屏上顯示。
本實(shí)用新型的各個功能模塊，通過扁平數(shù)據(jù)線相互連接，共同完成指紋身份識別。采用扁平數(shù)據(jù)線連接，主要是便于各功能模塊的維護(hù)與更換。
權(quán)利要求1.一種雙處理器嵌入式指紋識別器，其特征在于由指紋圖像處理模塊(1)、指紋圖像采集模塊(2)、控制模塊(3)和電源模塊(4)組成；指紋圖像處理模塊(1)由完成圖像處理的DSP處理器、存儲單元、與指紋圖像采集模塊(2)連接的接口和與控制模塊(3)連接的接口組成，指紋圖像采集模塊(2)和控制模塊(3)通過相應(yīng)的接口與指紋圖像處理模塊(1)相連；電源模塊(4)通過電源輸入接口給指紋圖像處理模塊(1)提供穩(wěn)壓直流電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指紋識別器，其特征在于所述指紋圖像采集模塊(2)采用半導(dǎo)體指紋傳感器，半導(dǎo)體指紋傳感器的數(shù)據(jù)線、地址線及控制線通過擴(kuò)展接口與指紋圖像處理模塊(1)中的DSP芯片的數(shù)據(jù)線、地址線和控制引腳相連，由DSP控制指紋圖像的采集與存儲；所述控制模塊(3)由單片機(jī)控制器、液晶顯示屏和鍵盤掃描電路以及串口電路組成；液晶顯示屏、鍵盤掃描電路和串口電路均與單片機(jī)控制器連接；串口電路提供接口與計(jì)算機(jī)連接；所述電源模塊(4)通過電源輸入接口給指紋圖像處理模塊提供+5V穩(wěn)壓直流電，+5V穩(wěn)壓直流電經(jīng)電源模塊，輸出3.3V和1.6V的電壓給指紋識別器上的各個工作單元供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的指紋識別器，其特征在于所述指紋圖像處理模塊(1)與指紋圖像采集模塊(2)及控制模塊(3)通過扁平數(shù)據(jù)線相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的指紋識別器，其特征在于所述液晶顯示屏與單片機(jī)相連，4×4的鍵盤使用串口的方式與單片機(jī)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的指紋識別器，其特征在于所述指紋采集模塊(2)中的指紋傳感器的工作模式通過撥瓣開關(guān)設(shè)置，并有LED燈指示工作狀態(tài)。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種雙處理器嵌入式指紋識別器，由指紋圖像處理模塊、指紋圖像采集模塊、控制模塊和電源模塊組成；指紋圖像處理模塊由完成圖像處理的DSP處理器、存儲單元、與指紋圖像采集模塊連接的接口和與控制模塊連接的接口組成，指紋圖像采集模塊和控制模塊通過相應(yīng)的接口與指紋圖像處理模塊相連；電源模塊通過電源輸入接口給指紋圖像處理模塊提供穩(wěn)壓直流電。它由計(jì)算能力強(qiáng)的DSP微處理器和控制能力強(qiáng)的單片機(jī)結(jié)合構(gòu)建，具有體積小、低功耗、使用方便快捷的優(yōu)點(diǎn)，且適用于實(shí)時性要求高的場合。各個功能模塊通過扁平數(shù)據(jù)線連接構(gòu)成一個集指紋采集、用戶指紋的注冊登記、指紋圖像的匹配識別、人機(jī)交互于一體的指紋識別器。
文檔編號G06K9/00GK2836098SQ20052001027
公開日2006年11月8日 申請日期2005年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月8日
發(fā)明者李見為, 王瑋, 吳心紅, 黃昆, 黃鴻 申請人:重慶大學(xué)