一种智能家居指纹识别门禁系统设计方案

　　图像采集芯片

　　FPI 芯片上集成了图像采集芯片FPC1011F，FPC1011F指纹传感器是电容式半导体传感器件，该电容式指纹传感器利用了反射式探测技术，属于平面式采集指纹传感。相比传统的电容式传感器，它采集的是指头的真皮层，且对干湿手指有良好的适用性。FPC1011F 的指纹采集原理：FPC1011F指纹传感器是由152×200 个传感器阵列组成的，每一个阵列是一个金属电极，充当电容器的一极，安在传感面上的手指头的对应点则作为另外一极，其工作原理是基于变极板间距的电容式传感器，其电容量由式（1）确定：

　　（式中：C 为电容量；d 为极板间距；ε0为真空介电常数；εr为极板间介质的相对介电常数；s 为极板的有效面积）

　　当手指接触传感器导电框以后， 由式（1） 可知， 谷和脊因为离传感器阵列的距离不同， 产生了不同的电容值C， 经过运算放大电路， 形成不同的电压值， 通过内部的A/D 转换， 获得高质量的数字指纹图像。

　　处理器

　　该系统采用的主处理器是TMS320VC5509 的32 位定点高速数字DSP 处理器，开发板的硬件包括：USB2.0 FullSpeed接口用以传输图像、视频等高速数据；片外外扩1M BytesFLASH；RTL8019AS 网络接口芯片，实现以太网通讯太网电路；开发接口：UART（RS232）与上位机实现通讯；2路10 位A/D 输入接口。

　　主控模块

　　该系统采用的主控模块Raspberry Pi，代替了体积庞大的电脑实现控制功能。Raspberry Pi 是一款基于ARM，操作系统采用开源的Linux 系统的个人电脑， 配备一枚700MHz 的处理器， 支持SD 卡和Ethernet， 拥有两个USB接口， 以及HDMI 和RCA 输出支持。Raspberry Pi 一方面控制AVR 去检测门的开关状态以及开关门锁，另一方面控制FPI 的指纹录入以及匹配并在Raspberry Pi 上建立数据库记录用户信息。

　　利用这些硬件便可以进行嵌入式开发，快速的建立起指纹识别系统的硬件系统。

　　三、指纹识别门禁系统软件开发

　　该系统基于Linux操作系统， 将自动指纹识别系统移植到嵌入式Linux，在Linux上进行指纹识别系统的软件设计，指纹识别系统的软件设计包括四个方面： 上位机与AVR 串口通讯、上位机与指纹模块串口通讯、维护MYSQL 以及脚本发送报警。

　　1、指纹识别的处理过程

　　如图4 所示：首先对串口进行初始化，打开串口设备0、1，设置串口参数，恢复串口未阻塞状态，串口初始化成功后执行用户选择功能： 注册开门账号或注册关门账号或运行门禁服务［N/C/R］。选择系统功能N 后注册新开门用户，对同一指纹共获取3 次图像，与传统采集一次图像相比，杜绝了随意采集造成的注册指纹不精和验证时不易识别的问题。采集指纹成功后输入用户个人信息，注册来自上位机数据库的新 ID 号并把该用户指纹信息存入数据库，然后选择是否继续添加用户。同理用户选择系统功能C后完成注册关门用户的操作。

　　用户选择系统功能R 后运行门禁服务， 一方面AVR 查询当前门锁状态，例如把开门的命令赋给门的匹配状态，如果指纹匹配操作FPI 和门的匹配状态相同，则由继电器接收来自AVR 的开门命令，带动电机执行开门动作，并且记录当时时间，向本地数据库添加一条新的用户使用记录并写进日志里。同理执行关门命令。另一方面AVR 查询当前电机电流等级，将门锁的实时开关状态，由谁执行开关门动作和当前门锁电机电流状态通过邮件的方式发送给用户，实现对门的实时监控，大大增强了门禁系统的安全性。

　　2、报警邮件的发送

　　图4 系统工作方式流程图