摘要：介绍了指纹识别技术和非接触IC卡技术，给出了以C8051单片机为核心的具有指纹识别功能的IC卡读写器的设计方法，具体阐述了读写器的电路设计和软件开发。

    随着IC卡技术的空前发展，非接触式IC卡技术具有快速便利、可靠性高、安全性好、抗干扰能力强、寿命长、防伪性好和一卡多用等优点，在门禁管理、身份认证、电子现金消费等方面得到了广泛的应用。生物识别技术是近几年来发展起来的一门新技术，利用人体的生物特征鉴别每个人的真实身份，主要包括虹膜、面孔、指纹、掌纹等，其中以指纹识别技术最为成熟稳定。IC卡技术和指纹识别技术的结合使用，具有优势互补的特点。以IC卡作为个人身份及指纹信息的存储载体，利用指纹的唯一性达到个人身份鉴别的目的，为IC卡技术和指纹识别技术的应用提供了更加广泛的发展空间。本文介绍了具有指纹识别功能的IC卡读写器的设计方法。

    1 硬件电路设计

    1．1 非接触式IC卡工作原理

    非接触IC卡又称射频卡，是射频识别技术、无线通信技术和IC卡技术有机结合的产物。它解决了卡无源和免接触的难题，具有方便快捷、不易损坏的特点。本设计采用的IC卡是Philips公司的 Mifare One智能卡。该卡片有容量为8K位的EEPROM，分为16个扇区，每个扇区为4块，每块16个字节，以块为存取单位，每个扇区都有独立的一组密码以及访问控制，具有联冲突机制，支持多卡操作，读写距离10cm以内。本读写器的读写模块采用自行设计的基于MF-RC531读写芯片的读写模块设计方案。读写模块天线和卡之间通过无线电感应交换数据。天线发出频率固定的电磁波（13.6MHz），射频卡接收到电磁波后，由卡中自带的LC串联谐振电路产生共振，从而使电容充电有了电荷，再接一个单向导电的电子泵，将电荷送到另一个电容内存储，经过滤波整流后产生2V的电压作为电源供卡片工作使用。卡片处理接收的命令和数据，并将结果返回给读写器。

    1.2 指纹识别技术

    指纹识别技术主要包括四方面的功能：采集指纹图像、提取指纹特征、对比。采集指纹的设备有三类：光学传感器、硅晶体传感器、超声波扫描设备。通过指纹采集设备得到人体指纹的灰度图像后首先进行图像预处理，主要步骤包括方向图计算、图像增强、二值化、细化等。经过预处理的指纹图像消除了原图像的噪声、断纹和纹线模糊等，极大地改善了图像质量。然后进行特征提取和后处理。特征提取是通过指纹上的“节点”获得的。“节点”包括指纹纹路的分叉、起始点或孤立点的坐标位置等。通常人的一个手指指纹有70个节点，用这种方法大约会产生490个数据，对这些数据进行后处理就生成指纹模板并存储起来，大小一般不越过250字节，通常为100多个字节。指纹模板数据大小因指纹不同略有波动。

    1．3 硬件电路设计

    本具有指纹识别功能的IC卡读写器的硬件包括单片机、键盘、显示模块、EEPROM存储器、IC卡读写模块、指纹识别模块、指示信号电路、上位机RS232通信接口、RS485网络接口等，如图1所示。

    主板电路采用Cygnal公司的C8051F023单片机，它具有与MCS-51兼容、速度快、外围接口丰富等特点，可以满足本设计的需求，故选用它作为控制核心。主板简化电路图如图2所示。单片机P3口与读写模块MFRC531芯片D0～D7口相连，用做MCU和读写模块之间的数据线；P25用于读写模块的片选线，与模块NCS脚相连；P17用于模块的软复位信号线，与MFRC531的RSTPD脚相连；外部中断INT0（P10）与模块中断请求IRQ脚相连，对应模块的请求中断；MCU读写控制的/RD和WR分别与MFRC531的NRD和NWR相连；地址锁存控制ALE与MFRC531的ALE相连；P14和P15分别用来控制指示灯和蜂鸣器；另外P3口还通过驱动芯片74HC245驱动分辨率为128×64的液晶显示模块；P27作为驱动芯片的片选；MCU的硬串口UART0与指纹识别模块的串行通信口相连，用于对指纹识别模块的控制；MCU的硬串口UART1作为上位机RS232通信端口或者 RS485网络通信端口使用；P04和P11作为软串口用于对键盘模块的控制，整个电路板的电源通过变压器以及直流电流转换芯片获得5V及3.3V电压。