基于ARM和POE的網(wǎng)絡指紋門禁系統(tǒng)設計

摘要 設計基于ML67Q5250和PoE的指紋門禁系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，闡述了系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及工作原理、軟硬件設計。該系統(tǒng)具有高速指紋識別、指紋數(shù)據(jù)保護、以太網(wǎng)供電、結(jié)構(gòu)簡單、低功耗、低成本等優(yōu)點?？梢詽M足指紋門禁系統(tǒng)的需求，具有較好的應用前景。
關(guān)鍵詞 ARM；PoE；指紋識別；門禁系統(tǒng)

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

1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
    整個系統(tǒng)由4個部分構(gòu)成，F(xiàn)PS200傳感器模塊、ML67Q5250指紋識別模塊、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、后臺支持軟件，實現(xiàn)網(wǎng)絡操作，指紋識別和控制，報警提示，電源管理等功能的網(wǎng)絡指紋門禁系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)的硬件設計
2．1 ML67Q5250指紋識別設計
    ML67Q5250微處理器屬于ARM7系列，ML67Q5250指紋識別處理器具有快速傅里葉變換功能和高性能的指紋識別處理。采用DFT方式的指紋識別算法，高速識別時間0．8 s以內(nèi)，高識別精度FAR<0．001％、FRR<1．0％，內(nèi)置閃存中的可注冊指數(shù)15個，預定擴展至45個，裝備禁止指紋數(shù)據(jù)錯誤讀出的安全功能，具有可與外部設備連接的各種接口。另外，該處理器能夠?qū)崿F(xiàn)外部存儲器控制，可以存儲大量的指紋信息，系統(tǒng)的另一個特點是：指紋識別模塊通過網(wǎng)絡和后臺數(shù)據(jù)庫進行通信，該處理器有大量的通用輸入輸出端口，為以后的功能擴展提供了廣闊的空間。應用ML67Q5250軟核處理器的解決方案，打造具有綜合功能、可配置的緩沖存儲系統(tǒng)，為網(wǎng)絡指紋門禁系統(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)庫中的指紋信息進行比對，實現(xiàn)確認識別的目的。此外，ML67 Q5250具有豐富的外設及I／O，這對今后系統(tǒng)升級提供了便利。[!--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都是一個金屬電極，手指則充當電容器的另一極，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于另一極之間的距離不同，導致硅表面電容陣列的各個電容值不同，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仍能高精度識別，高速圖像傳輸30 frame／s(MCU模式)，13frame／s(USB模式)和10frame／s(SPI模式)，高強度的表面保護可以有效防止敲擊、磨損、化學腐蝕等對芯片的損壞，手指自動檢測(AFD)功能可以喚醒CPU，節(jié)約電能的消耗。

3 POE供電設計
3．1 POE供電的工作過程
    一個完整的POE系統(tǒng)包括供電端設備(PSE，Power Sourcing Equipment)和受電端設備(PD，Power Device)兩部分。PSE設備是為以太網(wǎng)客戶端供電的設備，同時也是整個POE以太網(wǎng)供電過程的管理者。而PD設備是接受供電的PSE負載，即POE系統(tǒng)的客戶端設備，網(wǎng)絡指紋門禁系統(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通道供電設備(PSE)控制器，專為在符合IEEE 802．3 Type 1和Type 2標準的以太網(wǎng)供電系統(tǒng)中使用而設計。外部功率MOSFET增強了系統(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散熱器的需要，即使在Type 2功率級條件下也不例外。外部功率元件還允許在較高的功率級上使用，同時在其他方面依然保持與IEEE標準的兼容性。額定電壓為80 V的端口引腳提供了針對外部故障的堅固型保護。

4 系統(tǒng)的軟件設計
    指紋圖像預處理是指紋識別過程中的第一步，它的好壞直接影響著指紋識別系統(tǒng)的效果。圖像預處理包括濾波、銳化、二值化、細化和去噪。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指紋圖像進行處理。銳化是指示強化指紋紋線間的界線，以突出邊緣信息，增強脊和谷間的對比度，利于二值化。設計時可采用拉普拉斯單一掩模算法來實現(xiàn)銳化。
    FPS200采用查詢工作方式程序設計方式：先初始化FPS200各寄存器，向相應的寄存器寫入控制字，設置采集指紋的參數(shù)，主要是設置DCR、DTR、PGC寄存器；查詢等待，當指紋被FPS200自動采集進入數(shù)據(jù)寄存器時，就把指紋數(shù)據(jù)存入到指定的存儲空間。圖3是通過實驗采集到的指紋圖像。該指紋識別儀采集系統(tǒng)得到的指紋圖像對比度強、清晰、失真小等優(yōu)點。

5 結(jié)束語
    本文介紹了以ML67Q5250為核心的網(wǎng)絡指紋門禁系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，網(wǎng)絡供電模塊LTC4266符合IEEE 802．3 Type1和Type2標準的以太網(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)絡和計算機進行通信，大大減少了資源，在網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展的今天，該網(wǎng)絡指紋門禁系統(tǒng)具有較好的應用前景。