基于單片機的電容式指紋識別系統電路設計

王曉芳

摘 要：本文主要探討一種基于STC89C51單片機的電容式指紋識別系統電路的設計。在深入研究ATK-AS608指紋識別模塊的基礎上，對整體系統的硬件電路進行設計，主要包括外部晶振電路、電源電路、復位電路、液晶顯示電路和指紋識別電路等模塊。搭建硬件電路平臺，通過上位機編程控制，能夠采集到指紋信息，并通過串口通過傳遞給指紋模塊。通過對指紋模塊的控制，實現指紋的錄入和識別。該系統的傳輸速度高、精確度好，而且制造成本低，能夠滿足家庭或小型辦公室對指紋識別的需求。實驗結果表明，該系統硬件電路設計的有效性和可行性。

關鍵詞：STC89C51單片機 串口通信 指紋識別

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）07（a）-0078-02

在眾多的用于身份驗證的生物識別技術中，指紋識別技術是目前最方便、可靠、非侵害和價格便宜的解決方案，對于廣大市場的應用有著很大的潛力。隨著各主流手機廠商對指紋識別技術的搭載普及化，在可預見的未來，指紋識別將成為智能移動設備的標配，利用指紋的便捷性和安全性來進行移動應用的安全認證，從而提升客戶體驗，將是大勢所趨。

為了滿足家庭或小型辦公對指紋識別的需求。本文在研究ATK-AS608指紋識別模塊的基礎上，針對電容式指紋識別的問題，從應用角度出發，對硬件電路進行了設計并進行分析研究。

1 ATK-AS608指紋識別模塊

ATK-AS608指紋識別模塊是ALIENTEK推出的一款高性能的光學指紋識別模塊，如圖1所示。該模塊采用AS608為核心指紋識別芯片。芯片內置DSP運算芯片、集成了指紋識別算法、能高效快速采集圖像并識別指紋特征。模塊配備了串口、USB通訊接口，用戶無需研究復雜的圖像處理及指紋識別算法，只需通過簡單的串口、USB按照通訊協議便可控制模塊。主要包括：光學頭、通信連接線、DSP芯片、穩壓芯片、FLASH芯片和CMOS傳感器等部件組成。本模塊在考勤機、保險箱柜、指紋門禁系統和指紋鎖等場合應用非常廣泛。

2 工作原理

目前，主要的生物識別方式有：指紋識別、掌紋識別、虹膜識別、面部識別、DNA識別、行為識別等。目前，在各個應用領域用的較為普遍的是指紋識別。具體的工作過程是：按壓得到指紋（得到指紋圖像），變成指紋一個特定的獨一無二的特征，產生指紋模板，如圖2所示?？傮w特征是指那些用人眼直接就可以觀察到的特征。包括紋形、模式區、核心點、三角點和紋數等。

指紋模板就是“照一次相”，指紋模塊里面的CMOS芯片采集一次指紋信息，然后進行模糊處理生成0和1兩種記錄信息，存入指紋模塊的FLASH芯片里面。當切換到識別模式時，指紋模塊就會讓CMOS芯片采集到一次指紋，然后和FLASH芯片的數據進行對比。確定是否存在，如果存在就能返回時幾號指紋。這樣就可以通過單片機進行指紋識別和登記了。

3 指紋識別系統的硬件電路設計

當前對指紋識別的技術有三種途徑：普通的指紋識別、超聲波指紋識別和光學指紋識別。本文在對ATK-AS608指紋識別模塊深入研究的基礎上，提出了以STC89C51為控制核心的指紋識別系統的硬件電路設計如圖3所示，主要由外部晶振電路、電源電路、復位電路、液晶顯示電路和指紋識別電路等部分組成。其中液晶顯示電路和指紋識別電路是關鍵電路模塊。

3.1 液晶顯示模塊

液晶顯示器的主要原理是激發液晶分子通過電流產生點、線和平面，并用后燈形了成圖像。本文采用12864液晶顯示屏，其顯示分辨率為128×64，內置8192個16×16點漢字，和128個16×8點ASCII字符集，利用該模塊靈活的接口方式和簡單的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面。依據引腳圖，對相應的硬件電路進行設計。用戶的指令或者數據是經過RS確定寫入的。數據的內容就是要顯示的內容。讀/寫的控制端設置為寫模式，即低電平。把相應的數據或者用戶輸入的指令傳導到數據線上。給E一個高脈沖發送數據到LCD控制器來完成寫操作。

3.2 指紋識別電路

指紋模塊里面主要是DSP芯片，型號為PS1802，加上外面的CMOS芯片，CMOS芯片主要是對指紋進行“照相”，生成指紋特征，錄入兩次這樣的指紋特征就能生成一個指紋模板。具體的工作過程是：掃描指紋（錄入圖像）、生成特征、合成模板（建立一個指紋庫文件，成功錄入一個指紋）。

4 結語

本文通過對ATK-AS608指紋識別模塊深入研究，分析了電容式指紋識別的原理，設計并完成了以STC89C51為控制核心的指紋識別系統的硬件電路；實現了電路板的制作，并通過上位機進行編程控制，實驗結果表明，能夠實現對指紋的錄入和識別；驗證了該電路設計方案的可行性和有效性。該系統的傳輸速度高、精確度好，而且制造成本低，能夠滿足家庭或小型辦公對指紋識別的需求。

參考文獻

[1] 趙玉蘭，姜春風，方修豐.指紋識別技術在煤礦門禁系統中的應用與實現[J].煤炭技術，2010，29（11）：132-134.

[2] 趙曉玲.單片機在指紋保險柜中的應用[J].微計算機信息，2006，20（20）：134-136.

[3] 劉小華，王燕生.指紋識別技術的發展[J].光學技術，1998，23（4）：78-80.

[4] 郭天祥.新概念51單片機C語言教程[M].北京：電子工業出版社，2009.

[5] 張毅剛.單片機原理與應用[M].北京：高等教育出版社，2006.

[6] 趙建領.51單片機開發與應用技術詳解[M].北京：電子工業出版社，2009.