指纹识别技术在高校食堂消费系统中的应用

吴桐 张青 王良记 孙雪梅 周登苗

摘要：本项目从高校学生食堂就餐存在的问题以及校园一卡通丢失问题入手，拟以当前最热门的生物射频指纹识别技术为核心。该项技术对于困难手指的通过率高达99.5%，是目前已有技术中通过率最高的一种，而且它的防伪能力也是目前最好的之一，恰好解决了指纹识别速度慢的大问题。在此基础并结合嵌入式单片機系统，综合可编程控制技术，对所需软、硬件的研究。该项目专门设计了指纹识别系统的程序，可用于付款，识别身份等领域，比如员工上班打卡、食堂用餐支付系统等等。

关键词：指纹识别;个人消费;总体框架;身份识别;安全便捷

中图分类号：TP391

文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）04-0180-03

收稿日期：2019-10-30

基金项目：国家级大学生创新创业训练计划项目（项目名称：基于“食堂”饭卡设备的研究;编号：201810959045）

作者简介：吴桐（1997—），男，安徽桐城人，学生，本科，研究方向为机器人工程;张青（1999—），女，安徽合肥人，学生，本科，研究方向为机器人工程;王良记（1998—），女，安徽淮南人，学生，本科，研究方向为机器人工程;孙雪梅（1998—），女，安徽阜阳人，学生，本科，研究方向为机器人工程;周登苗（1999—），女，安徽淮南人，学生，本科，研究方向为机器人工程。

Application of Fingerprint Identification Technology in College Canteen Consumption System

WU Tong，ZHANG Qing，WANG Liang-ji，SUN Xue-mei，ZHOU Deng-miao

（School of Robotics Engineering，Anhui Sanlian University，Hefei 230031，China）

Abstract：This project starts with the problems existing in the dining hall of college students and the loss of campus all-in-one card，and plans to take the most popular biological radio frequency fingerprint identification technology as the core.The pass rate of this tech-ability is also one of the best at present，just solved the big problem of slow fingerprint identification speed.On this basis and combined with the embedded microcontroller system，integrated programmable control technology，the required software and hardware research.The project has designed the program of fingerprint identification system，which can be used for payment，identification and other fields，such as employee clock in，canteen meal payment system and so on.nology to difficult finger is as high as 99.5%，it is the highest pass rate in the existing technology at present，and its anti-counterfeiting

Key words：fingerprint identification;personal consumption;general framework ;identification;safe and convenient

如今越来越多的地方都需要识别身份，简单的利用照片、密码、身份证等简单的身份识别方式无法满足身份识别准确度，例如政府机构、重要会议、金融机构、医疗机构、交通机构等地方都需要。该项目涉及生物特征识别技术，采用人的生理特征或者行为特征，来进行人物的身份鉴定，这种技术的安全性、方便性、唯一性、不变性都很好，能够在很多特殊的场合得到更好的应用。指纹是生物特征的一种，指纹识别技术从被发现时起，就在民用领域得到了广泛的应用。因为每个指纹都是不一样的，就算是双胞胎的指纹，相似度很高，但是细节特征也会存在一定的差异。由于人体指纹具有终身稳定性和唯一性，很早被用于刑事侦查，被称为“物证之首”。如今，目前，指纹识别已被广泛地应用于各个领域，在全球绝大多数的国家、地区都应用到指纹识别，尤其是在军队、银行政府、教育、企业、电子商务等领域中，指纹识别起到了不可小觑的作用，因此指纹识别系统在现实中具有重大的经济效益。

指纹识别的大致过程是这样的：首先要采集用户指纹;然后计算机系统自动提取特征，将提取后的特征作为模板保存在数据库或其他指定的地方。在识别或验证阶段，首先要采集用户指纹，然后计算机系统自动提取特征点，提取后的待验特征点将与数据库中的模板进行比对，输出比对结果。在很多重要的场合，用户除了要输入指纹，还要输入一些其他的辅助信息，以帮助系统进行匹配，如账号、用户名、密码等。整个识别的过程都是通用的，适用于所有的生物特征识别技术。

使用指纹识别个，人消费的优缺点。随着网络技术的发展，我们面临着个人隐私泄露的危险和高效生活的挑战。而指纹识别消费就能同时解决这两个问题，但这种技术也有优缺点，优点：在人员密集的学校和公司等场所使用指纹识别只需直接在食堂窗口的终端设备按下手指就可以消费，大幅度提升便携性，并且也可以缓解擁堵问题;传统式的IC卡容易丢失，制作成本高，并且IC卡中存储的数据容易丢失、篡改，而在使用指纹识别消费时就不会出现这些问题。

缺点：在对干、湿、脏的指头或磨损严重的指纹采集时的变形是指纹采集消费需要解决的主要问题;而终端设备也完全依赖后端的服务器，不能在离线模式下使用;指纹识别不同于IC卡的芯片能储存部分消费者信息，即使在服务器因环境或设备自身等因素产生粗大误差，使用户信息丢失而追回的帮助作用。

1 平台的搭建和原理

1.1 采用硬件的选择

R305指纹识别模块、电源模块、S3C2440开发板、WIFI模块、LCD显示屏。

相关软件需要添加LCD显示驱动、网卡程序、烧写软件dnw、WIFI驱动程序。

1.2 架构的原理和方法

1）开发板及各功能模块介绍：

2）开发板S3C介绍：三星公司的16/32位精简指令集（RISC）微处理器S3C2440A，基于ARM920T核心，0.13μm的CMOS标准宏单元和存储器单元，它采用了新的总线架构如先进微控制总线构架（AMBA）。

运行时cpu执行程序，首先将程序烧录进开发板，程序在SDRAM中运行，开机程序不能直接运行，但SRAM可以运行，所以在SRAM中运行一个小程序来初始化cpu、初始化内存、初始化nandflash，就可以引导程序运行起来。

3）指纹处理过程包含：指纹录入和指纹匹配。指纹录入时，首先对每一枚指纹录入2～4次，再将多次录入的图像进行处理，最后，合成模板存储于模块中。指纹匹配时，先通过指纹头传感器录入要验证的指纹图像并进行处理，然后将刚录入的指纹图像信息与模块中的指纹模板进行匹配比较。为了方便用户使用，在模块内部安装手指探测电路。

4）液晶模块接口设计：液晶模块选用基于串口HMI（Hu-man Machine Interface，人机界面）的TJC4832T035_011X电阻式真彩触摸液晶显示模块。HM I串口的接口特点为：①串口HMI的接口与MCU总线屏一样对硬件没有任何要求;②串口HMI的接口没有速度瓶颈，因为界面的显示是设备内部自己实现的，并不需要底层驱动。

1）第一层：这一层是硬件层，主要是指纹模块，其中有指纹采集模块，其主要功能是获取指纹图像像素信息和完成指纹识别中各种常用的功能，例如采集图像、上传图像、生成特征点、保存特征点、注册指纹、删除特征点和注销指纹等功能。在这个模块中会有特定的通信协议和通信方式，可以采用USB和UART等，这些通信方式主要用于传输指纹模块同处理器间的数据。

2）第二层：这一层是驱动层，基本是通信方式的驱动程序，因为主要是指纹识别模块在Linux中的驱动程序，比如UART.USB等。对于采用USRT通信方式，在Linux内核中，可以忽略集成UART控制器的处理器都已将驱动开发完毕。对于采用USB通信，则需要依据USB协议开发出适用于指纹模块的驱动程序。

3）第三层：这一层是通信层，主要是处理器和指纹模块间的通信程序，它的功能是将指令和数据在处理器和指纹模块间进行传输。因为在Linux系统中，所有的设备都是以文件的形式进行操作的，所以传输数据就是读写通讯设备节点。比如，如果使用串口通信，那么UART控制器对应了Linux系统中/dev下相对应的设备节点，在我们需要采集指纹图像的时候，只要打开/dev下对应的设备节点文件，写人指令，完成输入指令后，在该节点中读取数据，即可完成。

4）第四层：这一层为指纹识别算法层，这一层是为第一层而建立的，是具有指纹识别功能的模块，主要是将采集到的指纹图像像素信息按照指算法的流程，提取出指纹的特征点，并对比特征点。主要包括指纹图像的归一化、分割、方向场获取、频率获取、增强、细化以及指纹图像二值化、提取特征点，特征比对等算法。这一层直接关系到整个指纹识别系统运行的效率，所以至关重要，既要高效率，还要能够得到精度高的计算结果。

相关c程序：控制背光：sbit jidianqi=P3^6;sbit RS=P22;sbitRW=P2^1;

sbit E1=P2^O;sbit LEDK=P3^4。

5）第五层：这一层是指纹识别功能层，主要是实现指纹识别中各个功能的函数，如采集指纹图像提取指纹特征点、比对指纹特征点、删除注册的指纹、清空指纹数据库、搜索和清除指纹库等。这一层就是实现算法层和通信层的封装，以便上层的控制：显示层不用再考虑到下面几层是如何实现算法的，便于系统移植。

相关程序：①头文件：#include、#inelude#define uchar unsigned char、#define uint unsigned int、#define Dbus PO #define buffer1ID 0x01.#define buffer2ID Ox02、#define queren 0x88 #define tuichu 0x84 .#define shanchu0x82。

②录入指纹图像：

void SFG_getimage（）

{

uchar i;

SBUF=0xef;

while（TI==0）;

TI=0;

SBUF=0X01;

while（TI==0）;

TI=0;

SBUF=0XFF;

while（TI==0）;

TI=0;

SBUF=0XFF;

while（TI==0）;

TI=0;

SBUF=0XFF;

while（TI==0）;

TI=0;

SBUF=0XFF;

while（TI==0）;

TI=0;

SBUF=0X01;

while（TI==0）;

TI=0;

SBUF=0X00;

while（TI==0）;

TI=0;

SBUF=0X03;

while（TI==0）;

TI=0;

SBUF=0X01;

while（TI==0）;

TI=0;

SBUF=0X00;

while（TI==0）;

TI=0;

summaf=0x05;

SBUF=summaf;

while（TI==0）;

TI=0;

for（i=0;i《9;i++）

while（RI==0）;

RI=0;）

while（RI==0）;

RI=0;

querenma=SBUF;

while（RI==0）;

RI=0;

sum[1]=SBUF;

while（RI==0）;

RI=0;

sum[0]=SBUF;.

summas=（sum[1]<<8）+sum[0];

③向LCD寫命令：

void WriteCommand（uchar command）

ReadBusy）;

RW=0;

Dbus=command;

E1=1;

E1=0;

}

6）第六层：这一层是指纹识别的控制显示层，主要是用户控制指纹识别系统，和系统对用户操作的反馈。这一层是由下面的几个步骤实现整个指纹识别系统的应用程序开发，不依赖于特定的指纹模块，能在更换指纹模块时能不影响完善的系统功能。

2 总结和展望

随着全球信息化和计算机的发展，人们的生活日新月异，大学生在校园里能深刻地体会到信息化生活的便捷，同样也愈发意识到安全与便捷地进行信息交换的重要性。近年来，随着智能手机，智能支付，网上购物的发展，指纹识别技术在图像处理、识别和算法研究方面都得到了发展，同时指纹识别技术的应用本身具有较好的安全性和高效性，使得指纹识别个人消费越来越受欢迎。指纹识别消费IC卡代替学生、员工在学校、公司消费也会成为必然趋势。

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[通联编辑：梁书]