一種高性能指紋鎖硬件平臺的設(shè)計(jì)
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3 硬件設(shè)計(jì)
3．1 采集圖像傳感器
指紋傳感器是通過光學(xué)掃描、晶體熱敏、晶體電容等3種主要傳感原理采集指紋圖像。衡量一個傳感器的質(zhì)量主要有：成像質(zhì)量、手指適應(yīng)能力、采集速度、電氣特性、硬件接口能力、SDK能力、附加功能。根據(jù)成像原理不同。廣泛使用的指紋傳感器類型有光學(xué)、電感式、電容式以及壓感式等。其中，CMOS光學(xué)傳感器具有無畸變、指紋圖像清晰、對比度高的特點(diǎn)，對質(zhì)量較差指紋具有良好的校正和容錯性能，在使用壽命上百萬次無變化。指紋圖像讀取過程中，采用自適應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)機(jī)制，使干、濕手指都有較好的成像質(zhì)量，適用人群更廣泛，所以這里采用CMOS光學(xué)傳感器作為嵌入式指紋鎖的圖像采集設(shè)備。而其他類型的傳感器雖具有體積小、重量輕等優(yōu)勢，但其自身的缺陷注定了這些類型的傳感器不適合作為門禁鎖產(chǎn)品。經(jīng)過比較，該系統(tǒng)選擇了OmniVision公司的0V7620型指紋傳感器。該器件功耗很低，非常適合作指紋采集傳感器。
3．2 圖像處理模塊
指紋鎖既要求穩(wěn)定性好、識別速度快、準(zhǔn)確率高，還要求體積小、功耗低，采集速度快。為了將PC機(jī)驗(yàn)證的指紋算法較好地移植到嵌入式系統(tǒng)中，選擇合適的算法模塊CPU至關(guān)重要。目前國內(nèi)大多數(shù)采用“DSP+MCU”，“ARM+MCU”，或“FPGA+MCU”方式實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)算法處理模塊CPU時，分別對ARM、DSP和FPGA進(jìn)行了比較：性能較強(qiáng)的FPGA，但價格都較高，與該設(shè)計(jì)“民用”指紋鎖低成本要求不符。而對于當(dāng)今比較流行的嵌入式系統(tǒng)ARM和DSP，兩者各有優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用的針對場合不同。結(jié)合該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和特點(diǎn)，考慮到器件性能高、功耗低。同時兼顧價格因素，該系統(tǒng)選用TI公司的TMS320C5509A作為處理器，實(shí)現(xiàn)指紋算法的移植。
3．3 底層控制模塊及其他模塊
設(shè)計(jì)指紋鎖，除了要有完整的中間構(gòu)件――指紋識別模塊，還需要配套的底層控制模塊等基礎(chǔ)構(gòu)件。該系統(tǒng)選用高性能低功耗的MEGA8單片機(jī)作為底層控制模塊的CPU處理器。該器件所實(shí)現(xiàn)的功能有：循環(huán)掃描鍵盤并進(jìn)行相應(yīng)處理；控制LED燈指示系統(tǒng)當(dāng)前工作狀態(tài)；驅(qū)動電機(jī)執(zhí)行開關(guān)門鎖動作；與DSP通訊交互信息等。如圖2所示，單片機(jī)作為底層控制模塊，其IO引腳控制其他器件，采用I2C與DSP進(jìn)行信息交換。
軟件設(shè)計(jì)時，MEGA8單片機(jī)上電后CPU啟動進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，進(jìn)行寄存器初始化，讀取存儲參數(shù)，設(shè)置外圍傳感器參數(shù)等工作。啟動完畢，即進(jìn)入工作狀態(tài)，處理相應(yīng)的各類底層驅(qū)動。進(jìn)入休眠態(tài)前，存儲好各項(xiàng)參數(shù)，保存現(xiàn)場，然后進(jìn)入省電模式。本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/151734.htm
電源管理模塊如圖3所示，包括電源和電源管理器件。電源部分，該設(shè)計(jì)由4節(jié)1．5 V串聯(lián)的干電池供電，此電壓實(shí)際最高時為7 V左右，最低時為5 V，足以滿足整體體統(tǒng)的電壓要求。電源管理器件，選用手持設(shè)備中常用的低功耗高性能穩(wěn)壓器R1111N331B、XC62068152MR、XC6-206P332MR，輸出33 V的整體電壓和DSP 1．8 V的核心電壓，這類器件的特點(diǎn)是它具有控制關(guān)斷引引腳，在系統(tǒng)處于睡眠時，可以通過置位使能端，關(guān)斷整個系統(tǒng)板的供電，從而達(dá)到低功耗節(jié)能的目的。
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