指纹作为人体的身体特征，具有唯一性、安稳性和不易盗用等特色。跟着指纹辨认理论逐步老练、指纹收集东西这一难题得到解决，指纹辨认已经成为现在最广泛应用的生物辨认之一，逐步替代了传统的认证辨认办法，广泛应用于金融、公安、证券、门禁体系等范畴。指纹辨认技能的研讨已经成为其时修建智能化研讨的热门。可是关于在Linux 体系下的由FPI 指纹辨认模块、Raspberry Pi 主控模块、AVR 模块组成的，选用无线通讯办法守时向用户发送邮件来监控门锁状况的指纹辨认体系的研讨至今未见诸报端。本文在不改变现有门锁结构的前提下，经过规划编程，开发了一套根据指纹辨认的门禁体系，守时检测门锁状况并向用户发送报警邮件，大大增强了门锁的安全性。
1 指纹辨认的技能原理
指纹辨认的技能原理是从指纹数据库中查找与收集指纹是否匹配的指纹数据，到达经过区分身份完结开关门锁的意图。其基本原理如图1 所示，指纹辨认体系由指纹图画收集、指纹图画预处理、指纹特征提取、指纹特征匹配、特征数据库等几部分组成。指纹图画预处理选用了Gabor 滤波的办法进行灰度图滤波去噪，经过将图画滤波后，对其进行二值化处理使各种噪声得到滤除或许批改。指纹特征提取是树立在对该点8 邻点统计分析根底之上，特征点经过核算CN(Croosing Number)得到。指纹特征匹配的进程是核算两幅指纹类似程度的进程，在做指纹匹配前有必要把不同的指纹图画校准，找到输入特征点集和模板特征点集之间的最佳改换。
指纹辨认体系大体上可分为两个内容：指纹注册和指纹比对。指纹注册首要包含指纹收集、指纹图画预处理、特征点提取和特征值存储。指纹比对的前3 步操作与指纹注册完全相同，在特征点提取后，生成的指纹特征值将与存储在指纹特征数据库的特征值作特征匹配，最终输出匹配成果。
图1 指纹辨认技能的基本原理
2 指纹辨认体系硬件开发
指纹辨认体系首要由FPI 指纹辨认模块、Raspberry Pi 主控模块、AVR 模块3 部分组成，该硬件结构如图2 所示。三方通讯完结用户的指纹录入和匹配，以及门锁的开关，而且以发送邮件的办法来监控门锁的状况。FPI 指纹辨认模块强壮的图画处理功用对指纹辨认十分活络，及时处理接纳到的指纹信息，并与Raspberry Pi 通讯;Raspberry Pi 模块，一方面操控AVR 去检测门的开关状况以及开关门锁，另一方面操控FPI 指纹录入和匹配，并在Raspberry Pi 上树立数据库记载用户信息;操控器AVR 反馈给Raspberry Pi 门的开关状况，而且操控电机来开关门锁，加强了在硬件方面的拓宽，可经过硬件在更多方面对门进行监测。此外，运用了无线通讯模块，避免了过多布线可能对本来门锁结构的损坏，使该体系的硬件组成便利快速。
图2 体系的硬件结构
2.1 指纹辨认模块
指纹模块根据TI 公司的TMS320VC5509 高档数字DSP处理器为主核，芯片结构框图如图3 所示。高精光学收集头(TFS-D0307)，高速、安稳; 规范UART 接口通讯，规范8 字节通讯协议， FPI 完结处理接纳到的指纹信息， 并与Raspberry Pi主控模块通讯的作业。
图3 指纹辨认芯片FPI
2.1.1 图画收集芯片
FPI 芯片上集成了图画收集芯片FPC1011F,FPC1011F指纹传感器是电容式半导体传感器材，该电容式指纹传感器运用了反射式勘探技能，归于平面式收集指纹传感。比较传统的电容式传感器，它收集的是指头的真皮层，且对干湿手指有杰出的适用性。FPC1011F 的指纹收集原理：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，充任电容器的一极，安在传感面上的手指头的对应点则作为别的一极，其作业原理是根据变极板间隔的电容式传感器，其电容量由式(1)确认：
(式中：C 为电容量;d 为极板间隔;ε0为真空介电常数;εr为极板间介质的相对介电常数;s 为极板的有用面积)
当手指触摸传感器导电框今后，由式(1) 可知， 谷和脊由于离传感器阵列的间隔不同， 产生了不同的%&&&&&%值C，经过运算扩大电路， 构成不同的电压值， 经过内部的A/D 转化，取得高质量的数字指纹图画。
2.1.2 处理器
该体系选用的主处理器是TMS320VC5509 的32 位定点高速数字DSP 处理器，开发板的硬件包含：USB2.0 FullSpeed接口用以传输图画、视频等高速数据; 片外外扩1M BytesFLASH; RTL8019AS 网络接口芯片，完结以太网通讯太网电路;开发接口：UART(RS232)与上位机完结通讯;2 路10 位A/D 输入接口。
2.2 主控模块
该体系选用的主控模块Raspberry Pi,替代了体积巨大的电脑完结操控功用。Raspberry Pi 是一款根据ARM,操作体系选用开源的Linux 体系的个人电脑，装备一枚700MHz 的处理器，支撑SD 卡和Ethernet, 具有两个USB 接口，以及HDMI 和RCA 输出支撑。Raspberry Pi 一方面操控AVR 去检测门的开关状况以及开关门锁，另一方面操控FPI 的指纹录入以及匹配并在Raspberry Pi 上树立数据库记载用户信息。
运用这些硬件便可以进行嵌入式开发，快速的树立起指纹辨认体系的硬件体系。
3 指纹辨认体系软件开发
该体系根据Linux 操作体系，将主动指纹辨认体系移植到嵌入式Linux，在Linux 上进行指纹辨认体系的软件规划，指纹辨认体系的软件规划包含四个方面：上位机与AVR 串口通讯、上位机与指纹模块串口通讯、保护MYSQL 以及脚本发送报警。
3.1 指纹辨认的处理进程
如图4 所示：首要对串口进行初始化，翻开串口设备0、1，设置串口参数，康复串口未阻塞状况，串口初始化成功后履行用户挑选功用：注册开门账号或注册关门账号或运转门禁服务[N/C/R]。挑选体系功用N 后注册新开门用户，对同一指纹共获取3 次图画，与传统收集一次图画比较，杜绝了随意收集形成的注册指纹不精和验证时不易辨认的问题。收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，然后挑选是否持续增加用户。同理用户挑选体系功用C后完结注册关门用户的操作。
用户挑选体系功用R 后运转门禁服务，一方面AVR 查询其时门锁状况， 例如把开门的指令赋给门的匹配状况，假如指纹匹配操作FPI 和门的匹配状况相同，则由继电器接纳来自AVR 的开门指令，带动电机履行开门动作，而且记载其时时刻，向本地数据库增加一条新的用户运用记载并写进日志里。同理履行关门指令。另一方面AVR 查询其时电机电流等级，将门锁的实时开关状况，由谁履行开关门动作和其时门锁电机电流状况经过邮件的办法发送给用户，完结对门的实时监控，大大增强了门禁体系的安全性。
3.2 邮件的发送
图4 体系作业办法流程图
Raspberry Pi 上的ARM 经过RS 232 串口接纳来自AVR守时地对门禁状况和电流状况的查询信息，并编写Shell 脚本程序，运用wifi 经过串口传送给邮件发送模块，将报警内容发送到指定的用户邮箱中来守时监控门锁的状况。程序如下：
这一部分完结信息的打包并将报警内容发到指定邮箱中的功用。AVR 守时检测门的状况和其时电流的状况，当没有人履行开关门操作时，door.log 的内容为“0”，当有人履行开关门操作或许电流超越必定数值时，door.log 内容为“1”，其间开关门锁包含两种状况：一是已注册的用户经过指纹辨认成功完结开关门锁;二是没有注册过的用户指纹辨认失利可是翻开了门锁。文件夹从数据库调用这一数据并将数据发送到指定用户的邮箱里，然后door.log 从头变为“0”，如此循环检测门的状况。
Raspberry Pi 上的ARM 经过RS232 串口接纳来自AVR守时地对门禁状况和电流状况的查询信息，并编写Shell 脚本程序，运用wifi 经过串口传送给邮件发送模块，将报警内容发送到指定的用户邮箱中来守时监控门锁的状况。
4 体系测验
为查验该指纹辨认门禁体系的功能，翻开Linux 程序，注册挂号4 个不同的指纹， 然后用不同的手指作指纹辨认测验。别离调查指纹辨认成功和失利时履行机构的动作，总共测验50 次，部分体系测验成果的邮件正文内容如表1 所示。
表1 体系测验成果表
由表1 可以看出，邮件的内容包含ID、Name、Action、Date四项。其间前七行是已注册过的用户经过指纹辨认成功完结开关门锁，所以邮件中会有他们的ID 号和名字信息，而最终一行的用户指纹辨认失利可是翻开了门锁，所以邮件中将他们的ID 和名字设置为NULL,提示管理员特别注意其时门锁状况以完结管理员对门状况的守时监控。
5 定论
文中根据指纹辨认技能选用FPI 指纹辨认模块，结合Linux 规划了指纹辨认门禁体系，规划的一个特色是根据Linux 操作体系，树立并发履行环境，进步CPU 的运用率，而且用Raspberry Pi 主控模块和无线通讯模块使得整个结构愈加简略，对体系功能有一个显着的进步。别的一个特色是守时检测门锁状况并选用无线通讯办法向用户发送报警邮件，大大增强了门锁的安全性。有用测验成果表明，体系运转杰出，可以进行牢靠安全的指纹辨认，精确、快速地完结个人身
