基于指紋識別的大學(xué)生體育鍛煉管理系統(tǒng)

 一、項目概述

1.1 引言

人的指紋是生物特征之一。指紋識別是生物識別技術(shù)中最為成熟的, 其唯一性、穩(wěn)定性, 一直都被視為身份鑒別的可靠手段之一。在當(dāng)今大學(xué)生活中，大學(xué)生的身體素質(zhì)逐漸達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，需要學(xué)校引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行鍛煉。然而若進(jìn)行人工管理會非常不便，而進(jìn)行機器智能管理，則相對簡單。而指紋識別，能將各個學(xué)生的信息統(tǒng)一進(jìn)行管理，促進(jìn)了學(xué)校對學(xué)生體育鍛煉的管理。

1.2 項目背景/選題動機

本系統(tǒng)基于Xilinx的FPGA開發(fā)平臺Nexys™3 Spartan-6 作為核心控制器件，這款器件擁有48M字節(jié)的外部存儲器，以及豐富的I/O器件和接口，適用于本系統(tǒng)。通過一些高精度的指紋識別算法，然后通過FPGA的運算，我們達(dá)到指紋圖像的采集，存儲，處理和對比功能，SDRAM 和Flash分別用作存儲指紋程序運行時的臨時數(shù)據(jù)和指紋數(shù)據(jù)信息。同時，通過USB與電腦相連，在電腦中建立數(shù)據(jù)庫，并實現(xiàn)FPGA與電腦的通信，完成指紋識別管理系統(tǒng)。

二、需求分析

2.1 功能要求

使用指紋采集器采集指紋信息，傳送至SDRAM存儲。在FPGA上對指紋進(jìn)行處理和匹配，同時編寫程序使FPGA與計算機通信并且在計算機上建立數(shù)據(jù)庫，使得可以使用計算機的數(shù)據(jù)庫完成數(shù)據(jù)管理。

2.2 性能要求

實現(xiàn)以精準(zhǔn)，快速，實用性強的指紋識別系統(tǒng)。同時實現(xiàn)良好的FPGA與計算機通信的功能。

2.3 系統(tǒng)要點

本系統(tǒng)主要難點在于指紋識別的算法以及XILINX 與PC機通信時所需要寫的驅(qū)動。

三、方案設(shè)計

3.1 系統(tǒng)功能實現(xiàn)原理

本系統(tǒng)采用Xilinx公司 Spartan 6系列FPGA作為核心控制芯片，通過FPC1011F傳感器采集指紋傳送至存儲器SDRAM存儲。在Spartan上運行的指紋處理程序?qū)χ讣y信息進(jìn)行處理獲得特征點，并存儲在SDRAM中或與SDRAM中的指紋信息進(jìn)行匹配。最終，通過USB與計算機通信，使用計算機中的學(xué)生數(shù)據(jù)庫。

系統(tǒng)框圖如圖所示：

3.2 硬件平臺選用及資源配置

3.2.1 指紋傳感器FPC1011F

FPC1011F 是瑞典Fingerprint Cards公司成功推出的一種電容式面裝指紋傳感器。該傳感器采用了多項專利，如獨立的晶圓體信號放大、傳感器表面的保護(hù)膜等。內(nèi)部具有A/D轉(zhuǎn)換，高速的SPI接口，8PIN的軟排線可以方便的接入各種系統(tǒng)。

FPC1011F指紋傳感器具有以下特點：

(1)FPC1011F芯片產(chǎn)自瑞典，采用獨特的反射式測量法，抗靜電可達(dá)正負(fù)15 kV，耐磨100萬次，已被國內(nèi)金融界公認(rèn)為銀行指定零件。

(2)采用專業(yè)的指紋識別芯片PS1802DSP和最優(yōu)化的指紋算法，指紋成像效果好。

(3)處理速度快，峰值能達(dá)到480MIPS，在1：1 000模式下，時間小于1 s。

(4)功耗較同類產(chǎn)品低，正常工作主頻120 MHz下，只有120 mW。

(5)模塊體積為35 mm×26 mm×1 mm，便于各種指紋產(chǎn)品的開發(fā)。

(6)對干濕手指有自動調(diào)節(jié)功能。

FPC1011F指紋傳感器含有小電容板，傳感器使用高靈敏度像素放大器，讓每個像素即使是非常微弱的信號FPC1011F都能探測到，以此提高圖像質(zhì)量。用了交替命令的并排列和傳感器電板，交替板的形式是兩個電容板，以及指紋的山谷和山脊成為板之間的電介質(zhì)。兩者之間的恒量電介質(zhì)傳感器檢測變化生成指紋圖像