摘要：介绍了基于ARM 的指纹识别门禁系统的软硬件设计。其中硬件主要是Intel 公司基于X-scale 内核的PXA255 处理器和美国Veridicom 公司的半导体指纹传感器FPS110。软件设计包括系统上电初始化，图像捕获存储，图像匹配等。经过仿真，该系统准确性高，识别快，而且易于二次开发扩展。
    关键词 ARM；门禁系统；指纹识别；指纹传感器

    1 门禁系统概述

    门禁系统[2]（Access Control System），又称出入口控制系统，是学校，公司，居民小区等公共场合为保障人们生活、工作及财产安全，对重要通道的出入口进行管理与控制的系统。传统的卡式门禁系统，因其安全性不高，逐渐进化到生物特征识别系统——人体生物特征作为辨识条件的指纹比对、掌纹比对、语音比对等。这些生理特征有着“人各有异、终身不变”和“随身携带”的特点，因此具有无法仿冒与借用、不怕遗失、不用携带、不会遗忘、有着个体特征独特性、惟一性、安全性的特点，适用于高度机密性场所的安全保护。其中指纹识别发展最早，使用也最广泛。

    2 ARM 与指纹传感器FPS110 简介

    基于RISC 体系结构的ARM[1]微处理器因其体积小、功耗低、执行速度快等优点在各个领域得到广泛应用。本系统采用的是PXA255 处理器。Intel PXA255[6]处理器是针对高端手持及工业设备推出的一款高性能，低功耗的功能强大的嵌入式应用处理器产品，它采用IntelX-Scale 微结构体系框架，集成了许多常用的外围接口，功能强大。其系统结构如图1 所示。

图1 PXA255 处理器系统结构

    FPS110[5]型半导体指纹传感器是Veridicom 公司的指纹产品之一。对FPS110 进行的独立测试实验显示经过300 万次按压实验后，FPS110 图像输出没有明显衰减，仍然工作稳定，性能良好，是世界领先的半导体指纹传感器。内部结构如图2 所示，特性如下：

    - 标准的CMOS 工艺技术，低功耗、长寿命、免维护
    - 极小的封装尺寸：24mm×24mm×2.5mm
    - 低功耗：约100mW
    - 自带简单的微处理器接口，可方便集成到各种应用中去
    - 专利性的表面处理工艺，可防止芯片化伤、抗腐蚀、抗磨损
    - 500DPI 的高分辨率，可兼容决大多数指纹应用标准
    - 可输出低噪声的清晰图像，满足精确识别的需要
    - 内置8 位A/D，可直接输出数字化图像信号

图 2 FPS110 内部结构

    3 系统硬件设计

    本系统的硬件平台主要包括电源、指纹采集处理、微处理器处理、串口通信等，整体的硬件框架如图3 所示。

    电源电路为整个系统供电，该系统是一个多电平系统，有 5V,3.3V,以及1.8V。电源部分选用了TI 公司的LDO 电压转换芯片TPS7333QD[4]，可以满足5V 转3.3V，3.3V 转1.8V的系统要求。

    指纹采集电路[3]的工作原理为：FPS110的传感区为1.5cm*1.5cm,300*300的传感阵列。传感阵列的每一点是一个金属电极,充当电容器的一极,按在传感面上的手指头的对应点则作为另一极。传感面形成两极之间的介电层。由于指纹的凹凸不平,导致各点的电容值不同,这个电容值阵列就形成一幅指纹图像。

图3 基于ARM 的指纹识别门禁系统的硬件框图

    因图像本身的存储量巨大，系统需外接存储器，以保证有足够的存储空间，考虑到成本、读写速度等因素，本系统外接了静态RAM 和NAND 型的FLASH—K9F28UOC。RS232 用于PXA255 与上位机的通信，当存储图像过多时，可把图像存储在PC 机上。而RS485 可用于以后的扩展，使该系统与网络相连，实现远程控制功能。

    4 软件设计

    该系统的软件设计主要有以下几个流程：上电系统初始化；指纹识别；控制电锁的开启。系统的精度绝大部分取决于指纹识别的算法。指纹识别的流程如图4 所示。

图4 指纹识别流程

    仿真结果演示如图 5 所示：

图5 仿真结果

    5 结束语

    介绍了基于 ARM 的指纹识别门禁系统的软硬件设计。ARM 体系结构是面向低预算市场的第一款RISC 微处理器，是一种可扩展、可移植、可集成的处理器。随着其性价比的提高，ARM 在嵌入式领域的应用会越来越广泛。本文从指纹识别的可靠性及速度上考虑，在门禁系统中以ARM 微处理器做控制器，充分利用了其高速的运算处理能力。因ARM 可集成、可扩展的特性，可根据具体需要进行二次开发。

    参考文献
    [1] 吴君钦．32 位ARM 嵌入式系统扩展USB 接口设计．微计算机信息，2005；9（2）：1-5
    [2] 张爱华，丁淑敏．一种智能门禁控制器的软件设计．中原工学院学报，2005；16（3）：43-45
    [3] 李志敏，李育才，陈杰，王洪建．采用FPS110 的指纹识别仪．光电技术应用，2002；23（3）：198-200
    [4] 陈庆接，李见为，张腾，王玮．基于ARM9 的嵌入式自动指纹识别系统．重庆大学学报，2004；27（9）：22-25
    [5] Veridicom, Inc．FPS110_manual.pdf．www.verdicom.com
    [6] XSBase XScale Evaluation Board XSBase 快速使用向导

    本文作者创新点：将 ARM 应用在指纹识别门禁系统中，提高了可靠性，加快了识别速度。

    作者简介：郑冰（1968-）男中国海洋大学信息学院电子系副教授，硕士生导师，主要方向：信号处理及水下探测系统
    贾红云（1980-）女中国海洋大学信息学院电子系，硕士研究生，主要方向：嵌入式系统

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    本文章参考文献被引用格式： [1]郑冰，贾红云等．基于ARM的指纹识别门禁系统设计［J］．微计算机信息．2007，2-2：P140-141