1 引言
指纹识别技术通过分析指纹的局部特征，从中抽取详尽的特征点，从而可靠地确认个人身份。指纹识别的优点是指纹作为人体独一无二的特征，它的复杂度可以提供用于鉴别的足够特征，具有极高的安全性。相对于其他身份认证技术，指纹识别是一种更为理想的身份认证技术，指纹识别不仅具有许多独到的信息安全优点，更重要的是具有很高的实用性、可行性，可以广泛应用于金融、电子商务以及安全性能要求教高的行业中。
然而，目前大多数指纹识别系统，如指纹锁、指纹门禁、或是PC、手机等需要指纹识别的设备或系统，为了节约成本和方便使用，都是将指纹采集和指纹识别放在一起形成一个完整的系统。用户只需要把手指放在指纹采集头上，指纹识别系统会把指纹图像采集进去，在主芯片上进行图像处理、特征点提取并进行指纹特征对比等过程，然后把对比结果反馈给人机界面，同时控制或通知相应的设备。这样的系统决定了指纹采集头必须安装在用户能够直接触摸到的地方，并暴露在外部环境中。比如汽车指纹门锁、安装在户外的指纹锁或门禁等，都会把指纹采集传感器直接暴露在恶劣环境下面，不管是光学的、电容的或电感式的指纹采集头，都非常容易被毁坏或损坏。
为了解决这些问题，有的产家把指纹采集和识别部分分开，由于指纹采集部分需要电源，大部分厂家采用小USB接口，使用时把指纹采集部分插到识另l忤莫块的小U1R口上，通过小USB口在指纹识别模块匕取电来完成整个身份认证过程，这样指纹识别模块可以安装在环境比较好的地方，而指纹采集部分携带在用户身上而不会被恶劣环境所毁坏。但即使这样，在恶劣的环境下面还是会面临问题，比如小USB 口被堵了，还有使用时候也不方便，接口在使用过程中也容易损坏，操作起来不方便等等。如果上面的指纹采集部分采用蓝牙或Wifi或无线宽带并用电池供电，因为这些解决方案的功耗都比较高，使得识别模块的电池很快就会被耗尽，使用起来非常不方便。本文将提出一种低廉实惠的基于Zigbee技术的无线指纹识别系统。
2 Zigbee无线技术
Zigbee是一种近距离、安全性高、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，支持地理定位功能。Zigbee办议架构由应用层、网络层和应用支持层、数据链路层、介质访问层和物理层构成。网络层以上协议由Zigbee联盟制订，物理层、介质访问层和数据链路层采用IEEE 802．15．4标准。IEEE802．15．4物理层简单采用比特到符号映射技术、符号到码片序列转换技术、偏移正交相移键控(OQPSK)调制技术、无须信道编码等复杂算法；介质访问层采用载波监听多址一冲突避免技术，支持休眠模式。其协议架构如图1所示。
图1 Zigbee协议架构
Zigbee以IEEE 802．15．4协议为技术基础，主要用于近距离无线连接，使用全球免费的频段进行通讯，能够在三个不同的频段上通讯。全球通用频段是2．4GHz，欧洲采用的是868MHz，美国采用的是915IvIHz，传输速率分别为250 kbit／s、20kbit／s~40kbit／s，通讯距离的理论值为10-75M。整个协议架构的设计使得ziglxe~术具有传输速率低、功耗小、成本低、延时短等特点，非常适合于安全监控系统。
另外，Zigbee具备强大的设备联网功能，它支持三种主要的自组织无线网络类型，即星型结构、网状结构(Mesh)和簇状结构(Cluster tree)，并且系统节点具有多跳路由功能，特别是能够组成蜂窝网状网络结构，具有很强的网络健壮性和系统可靠性。Zigbee技术的主要优点有：(1)省电：两节五号电池支持长达数月gI]2年左右的使用时间，当然不同的应用中，功耗是不同的；(2)可靠：采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息；(3)成本低：模块价格低廉，且Ziabe协议是免专利费的；(4)时延短：针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短；(5)网络容量大：Zigbe可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的网络；(6)安全：Zigbee~供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用通用的AES-128t。
与蓝牙技术相比，Zigbee技术具有数据传输速率低、功耗低、成本低、网络容量大、时延短、有效范围小、工作频段灵活、抗干扰能力强、连接可靠安全等特点，非常适合于工业监控系统、传感器网络、家庭监控系统、安全系统等应用。
3 基于Zigbee的无线指纹识别装置
基于Zigbee技术的无线指纹识别装置主要由一套无线指纹采集模块和一套无线指纹识别模块构成，用户通过使用无线指纹采集模块，利用无线通道将使用者的指纹图像数据传输到无线指纹识别模块，以实现身份认证。
该装置主要由指纹采集模块、指纹识别模块和受控设备三大部分组成，其系统结构如图2所示。
图2指纹识别系统架构
无线指纹采集模块主要由指纹采集模块、无线发送模块和供电电池组成。指纹采集模块可以是一切用来采集指纹图像的设备，可以是一枚电容式、热敏式、压感式或刮擦式的指纹采集芯片，当然也可以是光学的指纹采集头、指纹传感器等。无线发送模块包含Zigbee芯片I，如果该芯片没有MCU功能，也可以加多个CPU来
处理发送和接收的过程。无线发送模块通过通信接口控制并接收来自指纹采集模块的指纹图像数据，并将图像数据发送给无线指纹识别模块。无线指纹采集模块由电池加以供电。
无线指纹识别模块包括主芯片、Zigbee芯片II和存储芯片。Zigbee芯片II用来和无线指纹采集模块进行通信、发送和接收命令或数据。存储芯片用来存储一个或几个预设的指纹模板数据，主芯片可以是一枚高性能的DSP或ARM芯片，用来处理接收到的指纹图像数据，生成特征文件，并与预先存储在存储芯片中的指纹模板比对，如果比对成功，则指纹身份认证成功，打开或发送相应的权限，如果不成功，则提示用户不成功，可进行下一步选择操作。受控设备，可以是任何需要身份认证的系统，比如锁具、PC机、笔记本、汽车门系统、汽车防盗锁等。
使用无线指纹识别系统时主要分注册登记和指纹识别两个流程，这两个流程可以单独使用，注册登记流程是采集用户的指纹数据并生成指纹模板，保存到指纹识别模块的存储器中，以便在识别流程时使用。
3.1 注册登记流程
使用者在使用指纹识别系统之前，首先应在无线识别模块上注册登记自己的指纹模板，具体流程(如图3所示)如下：(1)首先使用无线指纹采集模块采集使用者的指纹，(2)然后通过Zigbee无线通信技术，将采集到的指纹图像数据传输到无线识别模块，(3)最后无线识别模块经过处理生成指纹模板并存到存储器，完成指纹注册登记流程。
图3注册登记流程
3.2 指纹识别流程
使用者在使用指纹识别系统时，应进行指纹识别和比对，具体流程(如图4所示)如下：
图4指纹识别流程
(1)首先使用无线指纹采集模块采集使用者的指纹，(2)然后通过Zigbee无线通信技术，将采集到的指纹图像数据传输到无线识别模块，(3)无线识别模块处理指纹图像数据并生成特征文件，(4)无线识别模块将生成的特征文件和预先存在存储器里面的模板对比，执行对比过程，(5)如果比对不成功，则提示用户比对不成功，(6)如果比对成功，则提示成功并以特定方式通知或直接控制受控设备。
4 试验效果评价
对系统方案进行多次测试试验，结果表明，该系统将具有如下良好的效果：(1)对于指纹采集组件和指纹识别组件项分离，因此指纹采集组件可以由使用者随身携带保管，这样就可大大避免采集头和指纹采集组件接触到恶劣的环境。(2)对于指纹采集组件和指纹识别组件无线连接，因此指纹识别组件可以安装在内部环境，从而避免接触到恶劣环境或遭人为破坏。(3)因为使用了无线系统，在需要授权的系统里面，整个流程就会变得简单。(4)采用了Zigbee无线传输技术，使得信号的传递过程更加安全、可靠和快速。(5)因Zigbee芯片具有低功耗的特性，因此使指纹采集组件中的电源能经久耐用，使用寿命长。
5 结语
基于Zigbee的无线指纹识别装置主要由指纹采集模块和指纹识别模块构成，指纹采集模块可以由使用者自己掌握和控制，而识别模块可以安装在近距离的安全房间内，两者之间采用先进的无线技术进行通信，可大大避免因天气情况和人为因素而遭受破坏，另外由于Zigbee技术本身的种种优势，可以使得信号在传输过程中安全、可靠和快捷。Zigbee芯片的低功耗特性，解决了无线指纹采集模块的电源问题。本方案适合运用于门禁系统、考勤系统等指纹识别系统，具有良好的市场应用情景。
核心关注：拓步ERP系统平台是覆盖了众多的业务领域、行业应用，蕴涵了丰富的ERP管理思想，集成了ERP软件业务管理理念，功能涉及供应链、成本、制造、CRM、HR等众多业务领域的管理，全面涵盖了企业关注ERP管理系统的核心领域，是众多中小企业信息化建设首选的ERP管理软件信赖品牌。
转载请注明出处：拓步ERP资讯网http://www.toberp.com/
相关文章
