CN2836098Y - 一种双处理器的嵌入式指纹识别器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种双处理器嵌入式指纹识别器，由指纹图像处理模块、指纹图像采集模块、控制模块和电源模块组成；指纹图像处理模块由完成图像处理的DSP处理器、存储单元、与指纹图像采集模块连接的接口和与控制模块连接的接口组成，指纹图像采集模块和控制模块通过相应的接口与指纹图像处理模块相连；电源模块通过电源输入接口给指纹图像处理模块提供稳压直流电。它由计算能力强的DSP微处理器和控制能力强的单片机结合构建，具有体积小、低功耗、使用方便快捷的优点，且适用于实时性要求高的场合。各个功能模块通过扁平数据线连接构成一个集指纹采集、用户指纹的注册登记、指纹图像的匹配识别、人机交互于一体的指纹识别器。

Description

一种双处理器的嵌入式指纹识别器

技术领域

本实用新型涉及一种双处理器的嵌入式指纹识别器，属于电子检测仪器技术领域。

背景技术

现有的指纹识别仪器品种多样、结构各异，如中国专利00258899、98805494公开的“指纹识别仪/系统”等，都是以PC机为算法平台，其工作原理是：通过指纹采集仪获取指纹图像，并将指纹图像传至PC机，在PC机上运行指纹图像的处理算法，进行指纹的比对、识别。这种识别系统存在体积大、功耗高、性价比低、使用不便的问题，且不具备嵌入式特点，通用性较差。而现有的可脱机运行的嵌入式指纹识别系统，大多采用单一的微处理器进行数据处理和外围控制，这种只具有单一微处理器的嵌入式系统处理效率偏低，不能很好地适用于对实时性要求高的场合。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的在于提供一种体积小、低功耗、使用方便快捷，且适用于实时性要求高的双处理器嵌入式自动指纹识别器。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种双处理器嵌入式指纹识别器，由指纹图像处理模块、指纹图像采集模块、控制模块和电源模块组成；指纹图像处理模块由完成图像处理的DSP(Digital Signal Processor)处理器、存储单元、与指纹图像采集模块连接的接口和与控制模块连接的接口组成，指纹图像采集模块和控制模块通过相应的接口与指纹图像处理模块相连；电源管理单元通过电源输入接口给指纹图像处理模块提供稳压直流电。

所述指纹图像采集模块由半导体指纹传感器以及其周边的电路组成，半导体指纹传感器的数据线、地址线及控制线通过扩展接口与指纹图像处理模块中的DSP芯片的数据线、地址线和控制引脚相连，由DSP控制指纹图像的采集与存储；指纹采集模块中的半导体指纹传感器的工作模式通过拨瓣开关设置，并有LED灯指示工作状态；

所述控制模块由单片机控制器、液晶显示屏和键盘扫描电路以及串口电路组成；液晶显示屏、键盘扫描电路和串口电路均与单片机控制器连接；串口电路提供接口与计算机连接，所述液晶显示屏与单片机相连，4×4(即4行4列16个按键的小键盘)的键盘使用串口的方式与单片机相连；

所述电源管理单元通过电源输入接口给指纹图像处理模块提供+5V的稳压直流电，可选择PS767D301芯片作电源管理单元中的核心元件，输出3.3V和1.6V的电压给指纹识别器上的各个工作单元供电。

所述指纹图像处理模块与指纹图像采集模块及控制模块通过扁平数据线相连。

本实用新型将数学计算能力强的DSP微处理器和控制能力强的单片机结合在一起，构建具有双处理器的嵌入式指纹识别系统。相比现有技术，本实用新型采用双处理器构建一嵌入式指纹识别系统，具有体积小、低功耗、使用方便快捷的优点，且适用于实时性要求高的场合。所涉及的各个功能模块通过扁平数据线连接起来构成一个集指纹采集、用户指纹的注册登记、指纹图像的匹配识别、人机交互于一体的指纹识别器。该识别器可用于重要场所的门禁系统和公司的考勤系统，只需用户将手指放在指纹采集器上即可实现身份识别，该识别器方便快捷，安全可靠。

附图说明

图1：本实用新型的结构框图；

图2：是图1的电源模块的电路原理图(一种具体实施例)；

图3～图5：是图1的指纹图像处理模块的电路原理图；

图6：是图1的指纹图像采集模块的电路原理图；

图7：是图1的控制模块的电路原理图；

图8：是图1的键盘控制电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式(图2～图8)，对本实用新型作进一步详细的描述。

参见图1，本实用新型的双处理器嵌入式指纹识别器，主要包括指纹图像处理模块1、指纹采集模块2、控制模块3和电源模块4。

其中，指纹图像处理模块1主要由完成图像处理的DSP处理器(采用TI的TMS320VC5416处理器)、存储单元、与指纹图像采集模块2的接口和与控制模块3的接口组成，DSP处理器的数据线和地址线分别与存储单元的数据线和地址线相连，DSP对存储器的读写控制线经存储器选通逻辑电路连接到存储器相应的控制引脚上；指纹图像采集模块2和控制模块3通过相应的接口与指纹图像处理模块1相连。

指纹图像采集模块2主要由半导体指纹传感器以及其周边的电路组成，半导体指纹传感器的数据线、地址线及控制线通过扩展接口与指纹图像处理模块1中的DSP芯片的数据线、地址线和控制引脚相连，由DSP控制指纹图像的采集与存储。

控制模块3主要由单片机控制器、液晶显示屏、键盘扫描电路以及串口电路组成；液晶显示屏、键盘扫描电路和串口电路均与单片机控制器连接。

电源模块(电源管理单元)4通过电源输入接口给指纹图像处理模块提供+5V的稳压直流电，可选择PS767D301芯片作电源管理单元中的核心元件，输出3.3V和1.6V的电压给指纹识别器上的各个工作单元供电。

参见图2，电源模块由电源芯片U12及其周围的元件构成的滤波电路可以实现由+5V电压到3.3V和1.6V电压的转换；由稳压变压器输出的+5V电压经过CT1、CT2、CT3、C1、C2、和C3构成的电源滤波电路后，按图2所示分别输入到电源芯片U12的5、6和11、12引脚上；电源芯片U12的引脚3和引脚10分别经R1和R2下拉至地；电源芯片U12的输出引脚17和23分别输出3.3V和1.6V的电压；在3.3V和1.6V的输出电压之间跨接4个串连的稳压二极管D2～D5以保护DSP的内核电压和IO口驱动电压；电源芯片U12提供了一个RST复位输出引脚，当电源芯片U12内部的比较仪检测到输出电压降到典型值的95％时，RST引脚就会输出低电平，该引脚可用来对DSP处理器进行低压复位。

参见图3～图5，本实用新型的指纹图像处理模块采用TI的TMS320VC5416 DSP处理器U1进行指纹图像处理(或采用TI的TMS320VC5416处理器类似功能的处理器)在DSP处理器U1的片外扩展了256K的RAM U4和256K的FLASH U3，本实施例中，RAM采用的是IS61LV25616AL型芯片，其它同类芯片亦可，FLASH采用的是AM29LV400B型芯片，其它同类芯片亦可。扩展的存储器用于存放指纹数据和相关的系统信息。所述的DSP处理器U1的16位数据线和低18位地址线接至RAM U4和FLASH U3的数据线和地址线上，DSP处理器U1的地址线A20、程序选通信号线PS和读写控制信号线WR连接到存储器选通逻辑电路，产生存储器片选逻辑信号实现DSP处理器U1对RAM U3和FLASH U4的读写控制。图2中，复位按钮S1产生的复位信号与上述电源芯片U12的复位输出引脚RST的输出信号经过与门U2以后接至DSP的复位引脚RS上。DSP的微处理器/微计算机模式选择引脚MP/MC，时钟模式选择引脚CLKMD1、CLKMD2和CLKMD3经上拉电阻上拉后连接到拨瓣开关S3的一段，拨瓣开关S3的另一端接地。通过拨瓣开关S3来选择DSP处理器的工作模式及时钟模式。指纹图像处理模块与控制模块的通信是利用DSP处理器提供的HPI口来实现的。控制模块中的单片机通过HPI口的数据线和HPI控制信号线对HPI的各个寄存器进行访问和控制，实现处理模块和控制模块间的数据传输与信息交互。本实用新型即是通过DSP处理器和单片机控制器的协调工作来完成指纹的采集、匹配与识别的。

如图6指纹采集模块中的指纹传感器可采用半导体指纹传感器U7，如FPS200型晶体传感器。DSP处理器用地址线AO选择半导体指纹传感器U7的索引寄存器和数据寄存器，并通过其IO口采集指纹图像。半导体指纹传感器U7提供了3种工作模式，即微处理器总线模式、SPI总线模式和USB模式，通过对模式选择引脚MODEO和MODE1及MOSI和MISO引脚的设置，可选择相应的工作模式。P0和P1接口各连接一个LED发光二极管，用于指示指纹传感器的工作状态。

单片机控制器与DSP处理器的信息交互是通过DSP处理器的HPI口来实现的。如图7所示在控制模块中，采用P89C58型单片机来监控键盘输入和LCD液晶屏的显示。P89C58的P0口的8根口线经一片74HC245复用后分别与液晶显示器LCD接口数据线以及HPI的数据线相连，P89C58的P15和P16端口分别与74HC245的G和DIR引脚相连，控制P0口的分时复用。P1.0～P1.4口与LCD的CS1、CS2、RW、EN和RS控制引脚相连。由于单片机和DSP的工作电平不同，单片机上的信号送到DSP处理器之前经过了一块16425芯片进行电平转换，保证两者之间的电平匹配。键盘接口的4根信号线CS、SDAT、Key和CLK分别接单片机的P3.4、P3.5、P3.6和P3.7口上。图8所示，用HD7279A芯片扫描一个4×4的小键盘，并将获取到的键值通过SDAT信号线串行传送至单片机。单片机的串行输入输出口RxD和TxD接ICL232型串口芯片的相应管脚，构成一通用的串行接口，该串行接口可实现指纹识别器与计算机之间数据的上传与下载。

下面从使用者的角度来说明这种指纹识别器的使用和操作。

使用本指纹识别器时，用户首先须进行指纹登记。在获得指纹登记权限后，由指纹传感器采集到用户指纹数据，由DSP处理器进行数字处理并建模，建模后的指纹样本存储在扩张的FLASH存储器中。在进行指纹登记时，建议为所登记的指纹样本分配一ID号。指纹ID号和指纹样本一起存储在系统的FLASH存储器中。

完成指纹登记后，用户可以通过小键盘输入自己的ID号，并将手指放在指纹传感器上，进行现场采集指纹。控制模块获取用户ID号，传送给DSP处理模块，DSP处理模块根据所获得的ID号从样本库中调出相应指纹样本，并与现场采得的指纹经处理后所得的信息进形比对，最后将比对结果通过HPI口传给控制模块，并在LCD液晶屏上显示。

本实用新型的各个功能模块，通过扁平数据线相互连接，共同完成指纹身份识别。采用扁平数据线连接，主要是便于各功能模块的维护与更换。

Claims (5)

1、一种双处理器嵌入式指纹识别器，其特征在于：由指纹图像处理模块(1)、指纹图像采集模块(2)、控制模块(3)和电源模块(4)组成；指纹图像处理模块(1)由完成图像处理的DSP处理器、存储单元、与指纹图像采集模块(2)连接的接口和与控制模块(3)连接的接口组成，指纹图像采集模块(2)和控制模块(3)通过相应的接口与指纹图像处理模块(1)相连；电源模块(4)通过电源输入接口给指纹图像处理模块(1)提供稳压直流电。

2、根据权利要求1所述的指纹识别器，其特征在于所述指纹图像采集模块(2)采用半导体指纹传感器，半导体指纹传感器的数据线、地址线及控制线通过扩展接口与指纹图像处理模块(1)中的DSP芯片的数据线、地址线和控制引脚相连，由DSP控制指纹图像的采集与存储；

所述控制模块(3)由单片机控制器、液晶显示屏和键盘扫描电路以及串口电路组成；液晶显示屏、键盘扫描电路和串口电路均与单片机控制器连接；串口电路提供接口与计算机连接；

所述电源模块(4)通过电源输入接口给指纹图像处理模块提供+5V稳压直流电，+5V稳压直流电经电源模块，输出3.3V和1.6V的电压给指纹识别器上的各个工作单元供电。

3、根据权利要求1或2所述的指纹识别器，其特征在于：所述指纹图像处理模块(1)与指纹图像采集模块(2)及控制模块(3)通过扁平数据线相连。

4、根据权利要求2所述的指纹识别器，其特征在于：所述液晶显示屏与单片机相连，4×4的键盘使用串口的方式与单片机相连。

5、根据权利要求2所述的指纹识别器，其特征在于：所述指纹采集模块(2)中的指纹传感器的工作模式通过拨瓣开关设置，并有LED灯指示工作状态。

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