基于ARM和POE的網(wǎng)絡(luò)指紋門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要 設(shè)計(jì)基于ML67Q5250和PoE的指紋門禁系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，闡述了系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及工作原理、軟硬件設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)具有高速指紋識(shí)別、指紋數(shù)據(jù)保護(hù)、以太網(wǎng)供電、結(jié)構(gòu)簡單、低功耗、低成本等優(yōu)點(diǎn)。可以滿足指紋門禁系統(tǒng)的需求，具有較好的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞 ARM；PoE；指紋識(shí)別；門禁系統(tǒng)

    提出了一種基于ARM和POE的嵌入式系統(tǒng)的指紋門禁設(shè)計(jì)方案。該方案以ML67Q5250處理器及其外圍模塊作為硬件平臺(tái)，以嵌入式Linux作為操作系統(tǒng)，構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)用以太網(wǎng)供電，實(shí)現(xiàn)指紋門禁系統(tǒng)的功能，無需專門供電線路，該設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)，具有廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
    整個(gè)系統(tǒng)由4個(gè)部分構(gòu)成，F(xiàn)PS200傳感器模塊、ML67Q5250指紋識(shí)別模塊、以太網(wǎng)供電模塊、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信模塊組成硬件電路。軟件方面包括Linux嵌入式軟件、后臺(tái)支持軟件，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)操作，指紋識(shí)別和控制，報(bào)警提示，電源管理等功能的網(wǎng)絡(luò)指紋門禁系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
2．1 ML67Q5250指紋識(shí)別設(shè)計(jì)
    ML67Q5250微處理器屬于ARM7系列，ML67Q5250指紋識(shí)別處理器具有快速傅里葉變換功能和高性能的指紋識(shí)別處理。采用DFT方式的指紋識(shí)別算法，高速識(shí)別時(shí)間0．8 s以內(nèi)，高識(shí)別精度FAR<0．001％、FRR<1．0％，內(nèi)置閃存中的可注冊(cè)指數(shù)15個(gè)，預(yù)定擴(kuò)展至45個(gè)，裝備禁止指紋數(shù)據(jù)錯(cuò)誤讀出的安全功能，具有可與外部設(shè)備連接的各種接口。另外，該處理器能夠?qū)崿F(xiàn)外部存儲(chǔ)器控制，可以存儲(chǔ)大量的指紋信息，系統(tǒng)的另一個(gè)特點(diǎn)是：指紋識(shí)別模塊通過網(wǎng)絡(luò)和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行通信，該處理器有大量的通用輸入輸出端口，為以后的功能擴(kuò)展提供了廣闊的空間。應(yīng)用ML67Q5250軟核處理器的解決方案，打造具有綜合功能、可配置的緩沖存儲(chǔ)系統(tǒng)，為網(wǎng)絡(luò)指紋門禁系統(tǒng)提供了解決方案。圖1是該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。

    ML67Q5250作為系統(tǒng)CPU，處理傳感器模塊采集到的指紋信息，通過和數(shù)據(jù)庫中的指紋信息進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)確認(rèn)識(shí)別的目的。此外，ML67 Q5250具有豐富的外設(shè)及I／O，這對(duì)今后系統(tǒng)升級(jí)提供了便利。[!--empirenews.page--]
2．2 FPS200指紋傳感器模塊
    FPS200是一種基于電容充放電原理的觸摸式CMOS傳感器，其外面是絕緣表面，傳感器陣列的每一點(diǎn)都是一個(gè)金屬電極，手指則充當(dāng)電容器的另一極，兩者之間的傳感面形成電容兩極之間的介電層。由于指紋的脊和谷相對(duì)于另一極之間的距離不同，導(dǎo)致硅表面電容陣列的各個(gè)電容值不同，這樣，電容陣列值就描述了一幅指紋圖像。FPS200指紋傳感器具有高分辨率256×300陣列，1.28cm×1．50cm傳感面積，500dpi分辨率。像搜索技術(shù)即使在手指過干或過濕時(shí)仍能高精度識(shí)別，高速圖像傳輸30 frame／s(MCU模式)，13frame／s(USB模式)和10frame／s(SPI模式)，高強(qiáng)度的表面保護(hù)可以有效防止敲擊、磨損、化學(xué)腐蝕等對(duì)芯片的損壞，手指自動(dòng)檢測(cè)(AFD)功能可以喚醒CPU，節(jié)約電能的消耗。

3 POE供電設(shè)計(jì)
3．1 POE供電的工作過程
    一個(gè)完整的POE系統(tǒng)包括供電端設(shè)備(PSE，Power Sourcing Equipment)和受電端設(shè)備(PD，Power Device)兩部分。PSE設(shè)備是為以太網(wǎng)客戶端供電的設(shè)備，同時(shí)也是整個(gè)POE以太網(wǎng)供電過程的管理者。而PD設(shè)備是接受供電的PSE負(fù)載，即POE系統(tǒng)的客戶端設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)指紋門禁系統(tǒng)。圖2是POE供電原理圖。

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3．2 以太網(wǎng)供電控制器LTC4266
    凌力特公司(Linear Technology)推出IEEE802．3af以太網(wǎng)供電(PoE)控制器LTC4266，它是一款4通道供電設(shè)備(PSE)控制器，專為在符合IEEE 802．3 Type 1和Type 2標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)供電系統(tǒng)中使用而設(shè)計(jì)。外部功率MOSFET增強(qiáng)了系統(tǒng)可靠性并最大限度地減小了通道電阻，從而削減了功耗并免除了增設(shè)散熱器的需要，即使在Type 2功率級(jí)條件下也不例外。外部功率元件還允許在較高的功率級(jí)上使用，同時(shí)在其他方面依然保持與IEEE標(biāo)準(zhǔn)的兼容性。額定電壓為80 V的端口引腳提供了針對(duì)外部故障的堅(jiān)固型保護(hù)。

4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
    指紋圖像預(yù)處理是指紋識(shí)別過程中的第一步，它的好壞直接影響著指紋識(shí)別系統(tǒng)的效果。圖像預(yù)處理包括濾波、銳化、二值化、細(xì)化和去噪。由于在局部范圍內(nèi)，指紋圖中的紋線具有方向性一致、寬度基本相等、間距基本相同等特性，所以采用方向圖濾波對(duì)指紋圖像進(jìn)行處理。銳化是指示強(qiáng)化指紋紋線間的界線，以突出邊緣信息，增強(qiáng)脊和谷間的對(duì)比度，利于二值化。設(shè)計(jì)時(shí)可采用拉普拉斯單一掩模算法來實(shí)現(xiàn)銳化。
    FPS200采用查詢工作方式程序設(shè)計(jì)方式：先初始化FPS200各寄存器，向相應(yīng)的寄存器寫入控制字，設(shè)置采集指紋的參數(shù)，主要是設(shè)置DCR、DTR、PGC寄存器；查詢等待，當(dāng)指紋被FPS200自動(dòng)采集進(jìn)入數(shù)據(jù)寄存器時(shí)，就把指紋數(shù)據(jù)存入到指定的存儲(chǔ)空間。圖3是通過實(shí)驗(yàn)采集到的指紋圖像。該指紋識(shí)別儀采集系統(tǒng)得到的指紋圖像對(duì)比度強(qiáng)、清晰、失真小等優(yōu)點(diǎn)。

5 結(jié)束語
    本文介紹了以ML67Q5250為核心的網(wǎng)絡(luò)指紋門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)供電模塊LTC4266符合IEEE 802．3 Type1和Type2標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)供電(PoE)系統(tǒng)，傳感器采用FPS200指紋傳感器，通過以太網(wǎng)供電的形式，將處理過的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，大大減少了資源，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的今天，該網(wǎng)絡(luò)指紋門禁系統(tǒng)具有較好的應(yīng)用前景。