基于ARM和POE的网络指纹门禁系统设计

摘要 设计基于ML67Q5250和PoE的指纹门禁系统的实现方案，阐述了系统组成结构及工作原理、软硬件设计。该系统具有高速指纹识别、指纹数据保护、以太网供电、结构简单、低功耗、低成本等优点。可以满足指纹门禁系统的需求，具有较好的应用前景。
关键词 ARM；PoE；指纹识别；门禁系统

     提出了一种基于ARM和POE的嵌入式系统的指纹门禁设计方案。该方案以ML67Q5250处理器及其外围模块作为硬件平台，以嵌入式Linux作为操作系统，构成整个系统，该系统应用以太网供电，实现指纹门禁系统的功能，无需专门供电线路，该设计的实现，具有广泛的市场应用前景。

1 系统的结构
     整个系统由4个部分构成，FPS200传感器模块、ML67Q5250指纹识别模块、以太网供电模块、以太网数据通信模块组成硬件电路。软件方面包括Linux嵌入式软件、后台支持软件，实现网络操作，指纹识别和控制，报警提示，电源管理等功能的网络指纹门禁系统。

2 系统的硬件设计
2．1 ML67Q5250指纹识别设计
     ML67Q5250微处理器属于ARM7系列，ML67Q5250指纹识别处理器具有快速傅里叶变换功能和高性能的指纹识别处理。采用DFT方式的指纹识别算法，高速识别时间0．8 s以内，高识别精度FAR&lt;0．001％、FRR<1．0％，内置闪存中的可注册指数15个，预定扩展至45个，装备禁止指纹数据错误读出的安全功能，具有可与外部设备连接的各种接口。另外，该处理器能够实现外部存储器控制，可以存储大量的指纹信息，系统的另一个特点是：指纹识别模块通过网络和后台数据库进行通信，该处理器有大量的通用输入输出端口，为以后的功能扩展提供了广阔的空间。应用ML67Q5250软核处理器的解决方案，打造具有综合功能、可配置的缓冲存储系统，为网络指纹门禁系统提供了解决方案。图1是该系统的硬件结构。
   
   
     ML67Q5250作为系统CPU，处理传感器模块采集到的指纹信息，通过和数据库中的指纹信息进行比对，实现确认识别的目的。此外，ML67 Q5250具有丰富的外设及I／O，这对今后系统升级提供了便利。
2．2 FPS200指纹传感器模块
     FPS200是一种基于电容充放电原理的触摸式CMOS传感器，其外面是绝缘表面，传感器阵列的每一点都是一个金属电极，手指则充当电容器的另一极，两者之间的传感面形成电容两极之间的介电层。由于指纹的脊和谷相对于另一极之间的距离不同，导致硅表面电容阵列的各个电容值不同，这样，电容阵列值就描述了一幅指纹图像。FPS200指纹传感器具有高分辨率256&times;300阵列，1.28cm&times;1．50cm传感面积，500dpi分辨率。像搜索技术即使在手指过干或过湿时仍能高精度识别，高速图像传输30 frame／s(MCU模式)，13frame／s(USB模式)和10frame／s(SPI模式)，高强度的表面保护可以有效防止敲击、磨损、化学腐蚀等对芯片的损坏，手指自动检测(AFD)功能可以唤醒CPU，节约电能的消耗。

3 POE供电设计
3．1 POE供电的工作过程
     一个完整的POE系统包括供电端设备(PSE，Power Sourcing Equipment)和受电端设备(PD，Power Device)两部分。PSE设备是为以太网客户端供电的设备，同时也是整个POE以太网供电过程的管理者。而PD设备是接受供电的PSE负载，即POE系统的客户端设备，网络指纹门禁系统。图2是POE供电原理图。
   
   
3．2 以太网供电控制器LTC4266
     凌力特公司(Linear Technology)推出IEEE802．3af以太网供电(PoE)控制器LTC4266，它是一款4通道供电设备(PSE)控制器，专为在符合IEEE 802．3 Type 1和Type 2标准的以太网供电系统中使用而设计。外部功率MOSFET增强了系统可靠性并最大限度地减小了通道电阻，从而削减了功耗并免除了增设散热器的需要，即使在Type 2功率级条件下也不例外。外部功率元件还允许在较高的功率级上使用，同时在其他方面依然保持与IEEE标准的兼容性。额定电压为80 V的端口引脚提供了针对外部故障的坚固型保护。

4 系统的软件设计
     指纹图像预处理是指纹识别过程中的第一步，它的好坏直接影响着指纹识别系统的效果。图像预处理包括滤波、锐化、二值化、细化和去噪。由于在局部范围内，指纹图中的纹线具有方向性一致、宽度基本相等、间距基本相同等特性，所以采用方向图滤波对指纹图像进行处理。锐化是指示强化指纹纹线间的界线，以突出边缘信息，增强脊和谷间的对比度，利于二值化。设计时可采用拉普拉斯单一掩模算法来实现锐化。
     FPS200采用查询工作方式程序设计方式：先初始化FPS200各寄存器，向相应的寄存器写入控制字，设置采集指纹的参数，主要是设置DCR、DTR、PGC寄存器；查询等待，当指纹被FPS200自动采集进入数据寄存器时，就把指纹数据存入到指定的存储空间。图3是通过实验采集到的指纹图像。该指纹识别仪采集系统得到的指纹图像对比度强、清晰、失真小等优点。
   
   

5 结束语
     本文介绍了以ML67Q5250为核心的网络指纹门禁系统的设计与实现，网络供电模块LTC4266符合IEEE 802．3 Type1和Type2标准的以太网供电(PoE)系统，传感器采用FPS200指纹传感器，通过以太网供电的形式，将处理过的数据通过网络和计算机进行通信，大大减少了资源，在网络技术发展的今天，该网络指纹门禁系统具有较好的应用前景。