随着电子信息技术应用面日益拓展，不少场合需要对特定用户群体进行身份识别或身份记录，如门禁系统、考勤系统、安全认证系统等；在各种系统中运用的技术形式多样，如视网膜识别、面相识别、指纹识别、RFID 射频识别等。其中，生物特征识别方式以其方便性强、安全性高等特点得到了越来越多人的认可和接受，特别是指纹识别技术，现已发展成为应用最广泛的生物识别技术之一。因此，研究基于嵌入式架构的指纹识别系统具有现实意义和广阔的应用前景。
一、ARM 光学指纹识别系统
系统采用光学指纹传感器（内建格科微电子有限公司的光学 GC0307 CMOS 图像采集芯片）与 ARM Cortex-M3 内核意法半导体公司的 32 位高性能单片机 STM32F205RE 组成功能主体，采用 Sobel 边缘检测算子、Gabor 滤波、图像二值化等图像采集与处理算法对指纹图像进行识别，构建了小体积的嵌入式指纹识别模块，具有积木式嵌入、微功耗、程序接口简单易用、便于二次开发、识别准确度高、高性价比等特点，整个系统设计构成了一体化光学指纹识别模块。模块设计采用光学暗背景成像原理，加入特有活体检测芯片，在解决干手指效应的同时解决残留指纹误识别、橡胶假指纹等问题。
图 1 GC0307 CMOS 图像采集芯片应用电路
图 1 所示为格科微电子有限公司的光学 GC0307 CMOS 图像采集芯片应用电路。该款 CMOS 图像采集芯片是高精度、低功耗、微体积的高性能相机的内置式组件，它把实现优质 VGA 影像的 CMOS 影像传感器与高度集成的影像处理器、嵌入式电源和高质量的透镜组结合在一起，输出 JPEG 图像或图像视频流，支持 8/10 位数字传输 JPEG 图像和 YCbCr 接口，提供了完整的影像解决方案。
CMOS 图像采集芯片的输出串行数据引脚、时钟信号引脚、复位引脚、串行总线引脚等都接入到 STM32F205RE 的 GPIO 口，通过 GPIO 口模拟时序读取 CMOS 芯片采集到的图像信息。由于 STM32F205RE 的 GPIO 口工作频率可达 120 MHz，因而可以非常准确高效地模拟时序，实测 640×480 的原始图像能以 10 帧/s 的速度采集到主处理器 STM32F205RE 中进行图像处理。
采用 ARM 处理器作为控制核心构建指纹识别算法的嵌入式系统，该系统采用光学指纹传感器与 ARM Cortex-M3 内核的 STM32F205RE 组成功能主体，采用 Sobel 边缘检测算子、Gabor 滤波、图像二值化等算法对指纹图像进行识别。经过反复实践证明，该方案适合嵌入式组件开发中需要进行生物指纹特征提取、识别、指纹身份认证、比对等场合，系统具有高性价比且交互简易、识别率高、扩展性强，便于嵌入式应用。
二、MBF200 固态指纹传感器
MBF200 是富士通公司推出的一款先进的固态指纹传感器，它除可自动检测指纹外，还带有多种接口模式。它是一种电容性传感器，其电容性传感器阵列由二维金属电极组成，所有金属电极充当一个电容板、接触的手指充当第二个电容板，器件表面的钝化层作为两板的绝缘层；当手指触摸传感器表面时，指纹的高低不平就会在传感器阵列上产生变化的电容，从而引起二维阵列上电压的变化，并形成指纹传感图像。该器件采用标准 CMOS 技术的电容性固态结构，具有 500 dpi 的分辨率，传感器面积为 1.28 cm×1.50 cm，具有自动指纹检测能力，内含 8 位模数转换器，可提供 3 种总线接口形式，5 V 工作电压下的功耗小于 70 mW。
三、以太网接口电路设计
AT91SAM7X256 内部集成有 MAC 控制器，可支持 MII 接口和 RMII 接口。RTL8201BL 则是工业级带有 MII 接口的 10/100 Mbit/s 低功耗以太网收发器，具有 25 MHz 时钟输出和智能降功耗模式，可为系统提供稳定可靠的网络解决方案，为工厂企业及其他恶劣的操作环境架设可支持实时传输的以太网，符合 IEEE 802.3u 的技术标准。以太网接口电路原理如图 2 所示。
图 2 以太网接口电路原理
四、单片机指纹识别系统电路模块设计
利用指纹识别传感器进行指纹采集与识别，在单片机中对指纹进行处理，用按键标志当前指纹识别的状态（录入状态、识别状态、清除状态），用液晶 1602 显示当前指纹识别的状态信息，用继电器对当前信息进行判断，例如提醒当前指纹识别错误，利用蜂鸣器和 LED 等提醒当前指纹识别是否正确。
图 3 单片机指纹识别系统电路
该系统首先由数字摄像头 OV6620 采集指纹，并将指纹图像转化为数字图像；然后用 16 位的飞思卡尔 X128 单片机对指纹数字图像进行预处理，再通过图像增强、分割、平滑、细化等处理过程得到便于指纹特征提取的数字图像；接着提取细化后的图像细节特征点；然后将指纹信息数据送入 STC89C52 单片机中。一块液晶 1602 与 STC89C52 单片机相连，用于显示当前指纹采集系统的工作状态和经对比后指纹采集的信息是否正确；用一个蜂鸣器和 LED 指示灯指示当前采集的指纹信息正确，当采集到的指纹信息正确时，蜂鸣器发出响声并且 LED 指示灯点亮。
图 4 指纹采集与处理电路