1 引言

   指紋識(shí)別技術(shù)通過(guò)分析指紋的局部特征，從中抽取詳盡的特征點(diǎn)，從而可靠地確認(rèn)個(gè)人身份。指紋識(shí)別的優(yōu)點(diǎn)是指紋作為人體獨(dú)一無(wú)二的特征，它的復(fù)雜度可以提供用于鑒別的足夠特征，具有極高的安全性。相對(duì)于其他身份認(rèn)證技術(shù)，指紋識(shí)別是一種更為理想的身份認(rèn)證技術(shù)，指紋識(shí)別不僅具有許多獨(dú)到的信息安全優(yōu)點(diǎn)，更重要的是具有很高的實(shí)用性、可行性，可以廣泛應(yīng)用于金融、電子商務(wù)以及安全性能要求教高的行業(yè)中。

    然而，目前大多數(shù)指紋識(shí)別系統(tǒng)，如指紋鎖、指紋門(mén)禁、或是PC、手機(jī)等需要指紋識(shí)別的設(shè)備或系統(tǒng)，為了節(jié)約成本和方便使用，都是將指紋采集和指紋識(shí)別放在一起形成一個(gè)完整的系統(tǒng)。用戶(hù)只需要把手指放在指紋采集頭上，指紋識(shí)別系統(tǒng)會(huì)把指紋圖像采集進(jìn)去，在主芯片上進(jìn)行圖像處理、特征點(diǎn)提取并進(jìn)行指紋特征對(duì)比等過(guò)程，然后把對(duì)比結(jié)果反饋給人機(jī)界面，同時(shí)控制或通知相應(yīng)的設(shè)備。這樣的系統(tǒng)決定了指紋采集頭必須安裝在用戶(hù)能夠直接觸摸到的地方，并暴露在外部環(huán)境中。比如汽車(chē)指紋門(mén)鎖、安裝在戶(hù)外的指紋鎖或門(mén)禁等，都會(huì)把指紋采集傳感器直接暴露在惡劣環(huán)境下面，不管是光學(xué)的、電容的或電感式的指紋采集頭，都非常容易被毀壞或損壞。

    為了解決這些問(wèn)題，有的產(chǎn)家把指紋采集和識(shí)別部分分開(kāi)，由于指紋采集部分需要電源，大部分廠(chǎng)家采用小USB接口，使用時(shí)把指紋采集部分插到識(shí)另l忤莫塊的小U1R口上，通過(guò)小USB口在指紋識(shí)別模塊匕取電來(lái)完成整個(gè)身份認(rèn)證過(guò)程，這樣指紋識(shí)別模塊可以安裝在環(huán)境比較好的地方，而指紋采集部分?jǐn)y帶在用戶(hù)身上而不會(huì)被惡劣環(huán)境所毀壞。但即使這樣，在惡劣的環(huán)境下面還是會(huì)面臨問(wèn)題，比如小USB 口被堵了，還有使用時(shí)候也不方便，接口在使用過(guò)程中也容易損壞，操作起來(lái)不方便等等。如果上面的指紋采集部分采用藍(lán)牙或Wifi或無(wú)線(xiàn)寬帶并用電池供電，因?yàn)檫@些解決方案的功耗都比較高，使得識(shí)別模塊的電池很快就會(huì)被耗盡，使用起來(lái)非常不方便。本文將提出一種低廉實(shí)惠的基于Zigbee技術(shù)的無(wú)線(xiàn)指紋識(shí)別系統(tǒng)。

2 Zigbee無(wú)線(xiàn)技術(shù)

    Zigbee是一種近距離、安全性高、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，支持地理定位功能。Zigbee辦議架構(gòu)由應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用支持層、數(shù)據(jù)鏈路層、介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)層和物理層構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)層以上協(xié)議由Zigbee聯(lián)盟制訂，物理層、介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)層和數(shù)據(jù)鏈路層采用IEEE 802．15．4標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802．15．4物理層簡(jiǎn)單采用比特到符號(hào)映射技術(shù)、符號(hào)到碼片序列轉(zhuǎn)換技術(shù)、偏移正交相移鍵控(OQPSK)調(diào)制技術(shù)、無(wú)須信道編碼等復(fù)雜算法；介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)層采用載波監(jiān)聽(tīng)多址一沖突避免技術(shù)，支持休眠模式。其協(xié)議架構(gòu)如圖1所示。

圖1 Zigbee協(xié)議架構(gòu)

    Zigbee以IEEE 802．15．4協(xié)議為技術(shù)基礎(chǔ)，主要用于近距離無(wú)線(xiàn)連接，使用全球免費(fèi)的頻段進(jìn)行通訊，能夠在三個(gè)不同的頻段上通訊。全球通用頻段是2．4GHz，歐洲采用的是868MHz，美國(guó)采用的是915IvIHz，傳輸速率分別為250 kbit／s、20kbit／s~40kbit／s，通訊距離的理論值為10-75M。整個(gè)協(xié)議架構(gòu)的設(shè)計(jì)使得ziglxe~術(shù)具有傳輸速率低、功耗小、成本低、延時(shí)短等特點(diǎn)，非常適合于安全監(jiān)控系統(tǒng)。

    另外，Zigbee具備強(qiáng)大的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)功能，它支持三種主要的自組織無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型，即星型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(Mesh)和簇狀結(jié)構(gòu)(Cluster tree)，并且系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)具有多跳路由功能，特別是能夠組成蜂窩網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)健壯性和系統(tǒng)可靠性。Zigbee技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)有：(1)省電：兩節(jié)五號(hào)電池支持長(zhǎng)達(dá)數(shù)月gI]2年左右的使用時(shí)間，當(dāng)然不同的應(yīng)用中，功耗是不同的；(2)可靠：采用了碰撞避免機(jī)制，同時(shí)為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專(zhuān)用時(shí)隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的競(jìng)爭(zhēng)和沖突。MAC層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制，每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息；(3)成本低：模塊價(jià)格低廉，且Ziabe協(xié)議是免專(zhuān)利費(fèi)的；(4)時(shí)延短：針對(duì)時(shí)延敏感的應(yīng)用做了優(yōu)化，通信時(shí)延和從休眠狀態(tài)激活的時(shí)延都非常短；(5)網(wǎng)絡(luò)容量大：Zigbe可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，最多一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn)；同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可組成65000個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)；(6)安全：Zigbee~供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用通用的AES-128t。

    與藍(lán)牙技術(shù)相比，Zigbee技術(shù)具有數(shù)據(jù)傳輸速率低、功耗低、成本低、網(wǎng)絡(luò)容量大、時(shí)延短、有效范圍小、工作頻段靈活、抗干擾能力強(qiáng)、連接可靠安全等特點(diǎn)，非常適合于工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、家庭監(jiān)控系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等應(yīng)用。

3 基于Zigbee的無(wú)線(xiàn)指紋識(shí)別裝置

    基于Zigbee技術(shù)的無(wú)線(xiàn)指紋識(shí)別裝置主要由一套無(wú)線(xiàn)指紋采集模塊和一套無(wú)線(xiàn)指紋識(shí)別模塊構(gòu)成，用戶(hù)通過(guò)使用無(wú)線(xiàn)指紋采集模塊，利用無(wú)線(xiàn)通道將使用者的指紋圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o(wú)線(xiàn)指紋識(shí)別模塊，以實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證。

    該裝置主要由指紋采集模塊、指紋識(shí)別模塊和受控設(shè)備三大部分組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2指紋識(shí)別系統(tǒng)架構(gòu)

    無(wú)線(xiàn)指紋采集模塊主要由指紋采集模塊、無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊和供電電池組成。指紋采集模塊可以是一切用來(lái)采集指紋圖像的設(shè)備，可以是一枚電容式、熱敏式、壓感式或刮擦式的指紋采集芯片，當(dāng)然也可以是光學(xué)的指紋采集頭、指紋傳感器等。無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊包含Zigbee芯片I，如果該芯片沒(méi)有MCU功能，也可以加多個(gè)CPU來(lái)

    處理發(fā)送和接收的過(guò)程。無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊通過(guò)通信接口控制并接收來(lái)自指紋采集模塊的指紋圖像數(shù)據(jù)，并將圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給無(wú)線(xiàn)指紋識(shí)別模塊。無(wú)線(xiàn)指紋采集模塊由電池加以供電。

    無(wú)線(xiàn)指紋識(shí)別模塊包括主芯片、Zigbee芯片II和存儲(chǔ)芯片。Zigbee芯片II用來(lái)和無(wú)線(xiàn)指紋采集模塊進(jìn)行通信、發(fā)送和接收命令或數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)芯片用來(lái)存儲(chǔ)一個(gè)或幾個(gè)預(yù)設(shè)的指紋模板數(shù)據(jù)，主芯片可以是一枚高性能的DSP或ARM芯片，用來(lái)處理接收到的指紋圖像數(shù)據(jù)，生成特征文件，并與預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)芯片中的指紋模板比對(duì)，如果比對(duì)成功，則指紋身份認(rèn)證成功，打開(kāi)或發(fā)送相應(yīng)的權(quán)限，如果不成功，則提示用戶(hù)不成功，可進(jìn)行下一步選擇操作。受控設(shè)備，可以是任何需要身份認(rèn)證的系統(tǒng)，比如鎖具、PC機(jī)、筆記本、汽車(chē)門(mén)系統(tǒng)、汽車(chē)防盜鎖等。

    使用無(wú)線(xiàn)指紋識(shí)別系統(tǒng)時(shí)主要分注冊(cè)登記和指紋識(shí)別兩個(gè)流程，這兩個(gè)流程可以單獨(dú)使用，注冊(cè)登記流程是采集用戶(hù)的指紋數(shù)據(jù)并生成指紋模板，保存到指紋識(shí)別模塊的存儲(chǔ)器中，以便在識(shí)別流程時(shí)使用。

    3.1 注冊(cè)登記流程

    使用者在使用指紋識(shí)別系統(tǒng)之前，首先應(yīng)在無(wú)線(xiàn)識(shí)別模塊上注冊(cè)登記自己的指紋模板，具體流程(如圖3所示)如下：(1)首先使用無(wú)線(xiàn)指紋采集模塊采集使用者的指紋，(2)然后通過(guò)Zigbee無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，將采集到的指紋圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o(wú)線(xiàn)識(shí)別模塊，(3)最后無(wú)線(xiàn)識(shí)別模塊經(jīng)過(guò)處理生成指紋模板并存到存儲(chǔ)器，完成指紋注冊(cè)登記流程。

圖3注冊(cè)登記流程 

    3.2 指紋識(shí)別流程

    使用者在使用指紋識(shí)別系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行指紋識(shí)別和比對(duì)，具體流程(如圖4所示)如下：

圖4指紋識(shí)別流程

    (1)首先使用無(wú)線(xiàn)指紋采集模塊采集使用者的指紋，(2)然后通過(guò)Zigbee無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，將采集到的指紋圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o(wú)線(xiàn)識(shí)別模塊，(3)無(wú)線(xiàn)識(shí)別模塊處理指紋圖像數(shù)據(jù)并生成特征文件，(4)無(wú)線(xiàn)識(shí)別模塊將生成的特征文件和預(yù)先存在存儲(chǔ)器里面的模板對(duì)比，執(zhí)行對(duì)比過(guò)程，(5)如果比對(duì)不成功，則提示用戶(hù)比對(duì)不成功，(6)如果比對(duì)成功，則提示成功并以特定方式通知或直接控制受控設(shè)備。

4 試驗(yàn)效果評(píng)價(jià)

    對(duì)系統(tǒng)方案進(jìn)行多次測(cè)試試驗(yàn)，結(jié)果表明，該系統(tǒng)將具有如下良好的效果：(1)對(duì)于指紋采集組件和指紋識(shí)別組件項(xiàng)分離，因此指紋采集組件可以由使用者隨身攜帶保管，這樣就可大大避免采集頭和指紋采集組件接觸到惡劣的環(huán)境。(2)對(duì)于指紋采集組件和指紋識(shí)別組件無(wú)線(xiàn)連接，因此指紋識(shí)別組件可以安裝在內(nèi)部環(huán)境，從而避免接觸到惡劣環(huán)境或遭人為破壞。(3)因?yàn)槭褂昧藷o(wú)線(xiàn)系統(tǒng)，在需要授權(quán)的系統(tǒng)里面，整個(gè)流程就會(huì)變得簡(jiǎn)單。(4)采用了Zigbee無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)，使得信號(hào)的傳遞過(guò)程更加安全、可靠和快速。(5)因Zigbee芯片具有低功耗的特性，因此使指紋采集組件中的電源能經(jīng)久耐用，使用壽命長(zhǎng)。

5 結(jié)語(yǔ)

   基于Zigbee的無(wú)線(xiàn)指紋識(shí)別裝置主要由指紋采集模塊和指紋識(shí)別模塊構(gòu)成，指紋采集模塊可以由使用者自己掌握和控制，而識(shí)別模塊可以安裝在近距離的安全房間內(nèi)，兩者之間采用先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)技術(shù)進(jìn)行通信，可大大避免因天氣情況和人為因素而遭受破壞，另外由于Zigbee技術(shù)本身的種種優(yōu)勢(shì)，可以使得信號(hào)在傳輸過(guò)程中安全、可靠和快捷。Zigbee芯片的低功耗特性，解決了無(wú)線(xiàn)指紋采集模塊的電源問(wèn)題。本方案適合運(yùn)用于門(mén)禁系統(tǒng)、考勤系統(tǒng)等指紋識(shí)別系統(tǒng)，具有良好的市場(chǎng)應(yīng)用情景。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴(lài)品牌。

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處：拓步ERP資訊網(wǎng)http://www.kaqidy.com/

本文標(biāo)題：基于Zigbee技術(shù)的無(wú)線(xiàn)指紋識(shí)別裝置設(shè)計(jì)

本文網(wǎng)址：http://www.kaqidy.com/html/support/11121510654.html