指纹识别 - 图文

将两个像素合成一个字节传送）。由于图像为 16个灰度等级，上传到 PC进行显示时（对应 BMP格式），应将灰度等级进行扩展（扩展为 256 级灰度，即 8bit 位图格式）。 2.6.5.2 特征文件缓冲区

特征文件缓冲区 CharBuffer1 或 CharBuffer2 既可以用于存放普通特征文件也可以用于存放模板特征文件。

2.6.6 指纹库

模块在 FLASH 中开辟了一段存储区域作为指纹模板存放区，即指纹库。指纹库中的数据是断电护的。

指纹模板按照序号存放，若指纹库容量为 N，则指纹模板在指纹库中的序号定义为：0、1、2?? N-2、N-1。用户只能根据序号访问指纹库内容，相应的存储和搜索功能对应的都是针对指纹序号的操作。

2.6.7 系统配置参数

为方便用户使用，模块开放部分系统参数，允许用户通过指令，单个修改指定（通过参数序号） 的参数数值。参见设置模块系统基本参数指令 SetSysPara和读系统参数指令 ReadSysPara。上位机发修改系统参数指令时，模块先按照原配置进行应答，应答之后修改系统设置，并将配置记录于 FLASH。系统重新上电，模块将按照新的配置工作。

2.6.7.1 波特率控制（参数序号：4）

该参数控制模块与上位机通过 UART 通讯时的通讯波特率，若参数值为 N(N 取值范围为1～12)，对应波特率为(9600╳N)bps。

2.6.7.2 安全等级（参数序号：5）

该参数控制指纹比对和搜索时比对阀值，分为 5级，取值范围为：1、2、3、4、5。 安全等级为1时认假率最高, 拒认率最低。安全等级为 5时认假率最低, 拒认率最高。

2.6.7.3 包内容长度（参数序号：6）

该参数控制模块与上位机通讯时，每次传送时允许数据中包内容的最大长度，取值范围为：0、1、2、3，对应长度（字节数）分别为：32、64、128、256。 2.6.8 系统状态寄存器

系统状态寄存器表示模块当前工作状态。可通过指令 ReadSysPara 指令读取，长度为 1Word。 其各位定义如表2-3：

表 2-3位定义

信号 意义 注：

15??4 Reserved 3 ImgBufStat 2 PWD 1 Pass 0 Busy ● Busy：占 1 位，置 1 表示系统正在执行命令，0 表示系统空闲； ● Pass：占 1 位，置 1 表示指纹验证通过； ● Pwd: 占 1位，置 1 表示设备握手口令通过验证；

13

● ImgBufStat：占一位，置 1 表示指纹图像缓冲区存在有效指纹图像。

2.6.9 模块口令

模块默认口令为 0x00000000，若默认口令未被修改，则 USB通讯时模块不要求验证口令，可以直接与上位机通讯；若通过 UART通讯或口令被修改，则上位机与模块通讯的第一个指令必须是验证口令，只有口令验证通过后，模块才进入正常工作状态，接收其他指令（即串行通信必须先进行握手信号处理）。

口令修改后，新口令保存于 Flash 中，断电依然保存（修改后的密码无法通过通讯指令获得，如不慎遗忘则模块无法进行通信，请谨慎使用）。 2.6.9.1 模块地址

每个模块都有一个识别地址，在模块与上位机通讯时，每条指令/数据都以数据包的形式传送， 每个数据包都包含一个地址；模块只对与自身地址相同的指令和数据包有所反应。 模块地址为 4 字节，出厂时默认缺省值为：0xFFFFFFFF。用户可通过指令修改模块地址。模块地址修改后，新地址在模块断电后依然保存。 2.6.9.2 随机数产生器

模块内部集成了硬件 32 位随机数生成器（不需要随机数种子），用户可以通过指令让模块产生一个随机数并上传。 2.6.9.3 记事本

Flash中开辟了一个 512字节的存储区域作为用户记事本，该记事本逻辑上被分成 16 页，每页32字节；上位机可以通过 WriteNotepad 指令和 ReadNotepad 指令访问任一页。注意：写记事本任一页的时候，该页 32字节的内容被整体写入，原来的内容被覆盖。 2.6.10 通讯协议

通信协议定义了 ZFM-206 系列模块与上位机之间信息交换的规则；硬件上采用 UART 接口形式， 参考如下通讯协议和指令集；如采用 USB 接口形式，请联系我们获得 API 调用函数（请告知需要运行的平台）。如果上位机采用 PC 机，建议定购 USB 接口形式的模块，以提高系统速度（采用 USB 上传图像时，图像灰度等级高且上传速度快，模块可做指纹采集仪使用）

[11]

。

2.6.10.1 数据包格式

模块采用 UART 与上位机通讯，对命令、数据、结果的接收和发送，都采用数据包的形式。对于多字节的，高字节在前低字节在后（如 2 bytes 的 00 06 表示 0006，不是 0600）。

表2-4 数据包详细定义表

名称 包头 地址 符号 START ADDR 长度 2 字节 4 字节 说 明 固定为0xef01,传送时高字节在前。 默认值为0xffffffff,用户可通过指令生成新地址，模块会拒绝地址错误的数据包。传送时高字节在前。 包标识 PID 1 字节 0x01 0x02 表示是命令包（Command packet）。 表示是数据包(Data packet),且有后包。 14

数据包不能单独进入执行流程，必须跟在指令包或应答包后面。 0x07 0x08 表示是应答包（ACK packet）可以跟后续包。 表示是最 后 一个数据 包 ，即结束 包 (EndData packet)。 包长度 LENGTH 2 字节 包长度指的是包内容(指令/数据)的长度加上效验和的长度（即包内容长度+2）。 长度以字节为单位（即字节数），传送时高字节在前。 包内容 DATA — 可以是指令、数据、指令的参数、应答结果等。（指纹特征值、指纹模板都是数据） 校验和 SUM 2 字节 包标示、包长度和包内容的所有字节的算术累计和，超过2字节的进位忽略。传送时高字节在前。 2.6.10.2 指令集汇总表

表2-5 按指令代码顺序

代码 0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07 0x08 0x09 0x0a 0x0b 命令名 GenImg Img2Tz Match Serach RegModel Store LoadChar UpChar DownChr UpImage DownImage 功能说明 录指纹图像 图像转特征 特征比对 搜索指纹 特征合成模板 存储模板 读出模板 上传特征 下载特征 上传图像 下载图像 代码 0x0d 0x0e 0x0f 0x12 0x13 0x14 0x15 0x18 0x19 0x1d 0x1f 命令名 Empty SetSysPara ReadSysPara SetPwd VfyPwd GetRandomCode SetAddr WriteNotepad ReadNotepad TemplateNum ReadConList 功能说明 清空指纹库 设置系统参数 读系统参数 设置口令 效验口令 采样随机数 设置地址 写记事本 读记事本 读指纹模板数 读指纹模板索引表 0x0c DeletChar 删除模板 2.6.11 数据包的校验与应答

指令只能由上位机下发给模块，模块向上位机应答。

模块收到指令后，会通过应答包，将有关命令执行情况与结果上报给上位机。应答包含有参数，并可跟后续数据包。上位机只有在收到模块的应答包后才能确认模块的收包情况与指令执行情况。应答包的内容包括一个字节的确认码（必须有）和可能有的返回参数。

表2-6 确认码定义表

15

NO. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 确认码 0x00 0x01 0x02 0x03 0x06 0x07 0x08 0x09 0x0a 0x0b 0x0c 0x0d 0x0e 0x0f 0x10 0x11 0x13 0x15 0x18 0x1a 0x20 0x21 Others 定义说明 指令执行完毕或 OK； 数据包接收错误； 传感器上没有手指； 录入指纹图像失败； 指纹图像太乱而生不成特征； 指纹图像正常，但特征点太少（或面积太小）而生不成特征； 指纹不匹配； 没搜索到指纹； 特征合并失败； 访问指纹库时地址序号超出指纹库范围； 从指纹库读模板出错或无效； 上传特征失败； 模块不能接受后续数据包； 上传图像失败； 删除模板失败； 清空指纹库失败； 口令不正确； 缓冲区内没有有效原始图而生不成图像； 读写 FLASH 出错； 无效寄存器号； 地址码错误； 必须验证口令； 系统保留。 模块在上电完成初始化工作以后，等待接收上位机命令。在收到正确命令后，迅速执行相应的操作，在操作完成后返回对应的信息。在模块执行命令的过程中，模块不会响应上位机发出的其他命令[12]。可以通过录入指纹、指纹搜索来完成比对功能，也可以通过上传特征、下载特征来实现远程指纹比对功能。总之，可以通过各种命令的组合来完成复杂的功能。

3 系统软件设计

3.1 识别指纹的总体特征和局部特征

1、总体特征是指那些用人眼直接就可以观察到的特征。包括纹形、模式区、核心点、三角点和纹数等。纹形根据脊线的走向与分布情况一般将指纹分为三大类——环型（loop，又称斗形）、弓形（arch）、螺旋形（whorl）

[13]

。

16