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一种指纹模块在考勤终端中的应用与研究

来源:中国一卡通网  作者:王芳 沈林武  发布时间:2007-12-20 11:39:06  字体:[ ]

关键字:指纹考勤  指纹模块  指纹识别  考勤终端  c8051f02处理器  

摘   要:针对学生代考现象难以准确及时地发现这一问题,介绍了一种利用人体指纹生物特征实现的个人身份认证装置,该装置基于C8051F020核心处理器,嵌入光学指纹识别模块,集成了以太网络接口及相应的外围设备,使其具备单机和联网的双重工作模式和较高的安全性与可靠性、较强的适应能力。在初期的实践应用中,结果表明其具有较高的身份识别率,有利于减少学生代考现象的发生。

0 前言
 
    随着社会信息化水平的提高,信息安全技术越来越显示其重要的地位,而信息安全技术应用水平的高低直接影响了社会的方方面面。近几年来,信息技术发展日新月异、突飞猛进,个人身份信息安全技术也不例外,有了长足的发展。目前通过计算机对个人身份的识别方式多种多样,有传统的实现方法,即多重操作密码、动态密码和安全访问权限控制,经常用于用户与主机、主机与主机之间的认证,但被伪造和窃取的可能性比较大;还有被确认为最安全的认证— — 内部具有多重安全机制和多种加密算法的智能卡,它具有较难复制和伪造、对网络的依赖性比较小等特点,但智能卡在使用过程中容易损坏,需要相当高的后期维护费用;基于生物特征的认证方式是一种新型的信息安全技术,系利用用户的指纹、耳纹、声音、视网膜、DNA等生物特征进行身份认证 。

    在众多的身份特征认证中,指纹识别的应用比较成功,近年来已得到快速的发展和普及。其原因主要有:① 指纹是独一无二的,世界上不存在相同的指纹,这样就保证了被认证与需要验证的身份之间严格的一一对应关系。② 指纹的细节特征和辅助特征在人的一生中永不会改变,保证用户安全信息的长期有效性 。③ 使用指纹认证技术,免除了记忆1:3令的负
担。弥补了智能卡的可替代性。

    本研究所要介绍的是基于光学指纹模块、结合C8051F020处理器的指纹考勤终端,并将它用于考试学生的身份特征认证。

1 系统总体结构要求 

    指纹考勤终端不是孤立的,联合其他部分后可组成功能强大的指纹考勤系统 ,不仅能适应一般的考勤任务,还可用于学校考试中。指纹考勤系统的总体结构框图,如图1所示。它由指纹考勤终端、上位机、数据库服务器组成。 

指纹考勤系统的总体结构框图

图1 指纹考勤系统的总体结构框图

    指纹考勤终端是该系统的核心部分(以下简称终端),它有单机工作模式和联网工作模式之分。单机工作模式下,可实现指纹采集并与终端已有指纹数据库进行比对、用户的删除、添加等功能,同时把相应的用户指纹数据保存到光学指纹识别模块数据库中,其他信息存到CAT24CW256内;联网工作模式下,能完成单机模式中所有的数据库操作、比对操作和取图像值操作,不同的是所涉及的数据存取都通过数据库服务器进行。 

    只有在终端工作于单机模式时,才需要上位机的支持。上位机的功能是:把已有的学生用户指纹特征数据导入终端,为终端提供在单机模式下指纹数据库的支持,同时也承担了把终端数据传送到上位机的任务。当终端工作于联网模式时,数据库服务器才能发挥其应有的作用,它允许多台指纹考勤机与其联网,使学生指纹特征数据库得以实现共享,并且充当了指纹数据库的日常管理服务角色,如不同的班级在某个时刻同时进行考试,服务器就把相应的学生数据库权限分配给不同的终端。

    单机模式下的指纹比对工作过程如下:首先把上位机已有的学生指纹数据库导入到终端的指纹识别模块中;当身份认证对象接近指纹传感器时,终端自动检测手指,并提取相应的指纹特征值与模块数据库进行比对操作;最后把比对结果显示于LCD并存储于CAT24CW256内,或上传上位机。而联网模式下,比对结果显示于LCD,并把相应的数据传送到数据库服务器上。

2 终端系统硬件组成及设计 

    终端系统硬件结构示意图,如图2所示。C8051F02处理器是完全集成的混合信号系统级8位MCU芯片,具有高速、流水线结构的8051兼容的CIP一51内核(可达25 MIPS),及全速、非侵入式的在线系统调试接口等新特性 。它通过UART0、UART1分别与上位机和光学指纹识别模块进行数据交换,自带SMBUS(兼容I C)控制器接口实现CAT24CW256 和PCF8563T的数据访问,而通过以太网模块、LCD显示模块和外部RAM与处理器外部总线接口(EMIF)可实现数据通信。

指纹考勤终端系统硬件结构示意图

图2 指纹考勤终端系统硬件结构示意图

    光学指纹识别模块是上海一维科技有限公司的产品。它采用高速DSP(TI)处理器,可以独立完成全部的指纹识别工作,拥有异步通信接口 ,与C8051F020处理器的UART1直接连接,波特率设置为115 200bps,其产品规格指标,如表1所示。

表1 光学指纹识别模块产品规格

光学指纹识别模块产品规格

    实时时钟PCF8563T可提供具体至秒的信息,而EEPROM(CAT24CW256)提供了32 k×8 bit的存储空间,它们与处理器以SMBus串行接口相连,由于处理器晶振频率为22.118 4 MHz,为了保证数据传送的快速性和可靠性,设置了320 kbps数据传输。而LCD显示模块(4线触摸屏,通过SPI与处理器连接)是清达图形液晶显示模块AHG3202401-B·LWH,采用SED1335控制器,具有320×240点阵,LED背光,8位并行总线接口,5 V工作电压 。由于C8051F020、网络模块和外部RAM(IS62LV256)采用3 V工作电压(能兼容5 V信号电平),LCD显示模块与处理器之间所有的连接线都添加上拉电阻(1.5 k),经调试证明运行良好。LDC工作于图形和文本混合模式。

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