光学指纹模块用户手册

光学指纹模块用户手册2第1章概述1.1模块特色FM-70系列光学指纹模块以高性能高速DSP处理器为核心，结合具有公司自主知识产权的光学指纹传感器，在无需上位机参与管理的情况下，具有指纹录入、图像处理、指纹比对、搜索和模板储存等功能的智能型模块。和同类指纹产品相比，FM-70模块具有以下特色：自主知识产权，成像清晰光学指纹传感器、模块硬件所有技术，均由杭州指安自主开发，获得多项国家专利，光路设计优秀，反应灵敏，指纹适应性强指纹图像读取时，对干湿手指都有灵敏的反应和判断，获得最佳的成像质量，适用人群广泛。也可定制自学习适应功能，根据使用者的习惯、气候等的变化自动调整参数，做到更好的匹配。特定绿色LED高亮光源，抗衰老性能优采用特定绿色高亮光源组件，超低光衰，使用寿命更长，性能更持久耐用。符合指纹行业现行最高标准通过国家和公安部安全防范报警系统产品质量监督检验，符合GA701-2007《指纹防盗锁通用技术条件》标准，可提供检验报告，让您的产品更快捷更方便的通过相关标准检验。二次开发应用简单无需具备指纹识别专业知识即可应用，用户根据FM-70模块提供的丰富控制指令，可自行开发出功能强大的指纹识别应用系统。灵活设置安全等级针对不同应用场合或环境，用户可自行设定1—5级的不同安全等级。应用范围广泛FM-70模块应用广泛，只要涉及到授权、管理、开关等方面的功能，均可用FM-70模块的指纹识别功能来代替IC卡、密码、硬件开关等，适合从低端到高端的所有系统，比如：指纹门锁、保险柜、枪盒、金融等安全领域；门禁系统、工控机、POS机、驾培、考勤等身份领域；私人会所、管理软件、授权许可等管理领域；医保领取、养老领取、指纹支付等金融领域。指安科技拥有完备的技术团队，所有员工均来自指纹行业的专业人才，可以对用户开发提供良好的技术支持和售前售中售后服务工作。31.2新特性绿色LED背光FM-70系列模块采用绿色LED背光，视觉感受更柔和。增加背光长亮模式FM-70系列模块对用户开放了LED背光的控制接口。可以实现采集图像过程中，LED背光灯保持长亮。（长亮采集方式通过“打开指纹照明背景灯OpenLED”、“关闭指纹照明背景灯CloseLED”及“无灯控采集指纹图像GetImageFree”命令组合来实现）。FM-70系列模块保留了原来的命令接口，利用原来的兼容命令，也可以实现LED背光灯闪亮。（闪亮采集方式通过“录指纹图像GenImg”命令来实现）。更快的响应速度FM-70系列模块采用优化的图像采集及预处理驱动程序，其采集图像及图像预处理的过程更节省时间，图像品质更好，响应速度更快。（为了获得更快的响应速度，请采用“无灯控采集指纹图GetImageFree”命令）。上电主动握手FM-70系列模块上电完成初始化后，会主动发送握手标志（1个字节的0x55），以通知上位机可以开始发送命令。单命令完成登记及搜索FM-70系列模块新增加“自动登记AutoLogin”及“自动搜索AutoSearch”命令。以便于用户通过一条命令即可完成登记和搜索过程。1.3工作原理我们手指内侧表面的皮肤凹凸不平产生的纹路会形成各种各样的图案，皮肤的纹路在图案、断点和交叉点上各不相同，在信息处理中将它们称作“特征”，每个手指的特征都是不同的，也就是说，是唯一的。依靠这种唯一性，我们就可以把一个人同他的指纹对应起来，通过对他的指纹和预先保存的指纹进行比较，就可以验证他的真实身份。指纹识别系统通过特殊的光电转换设备和图像处理技术，对指纹进行采集、分析和比对，可以自动、迅速、准确地鉴别出个人身份。系统主要包括对指纹图像采集、指纹图像处理、特征提取、特征值的比对与匹配等过程。指纹图像通过FM-70模块的光学组件（如同照相机的拍照功能），可以清晰地获得手指的指纹图像。指纹特征指纹算法从指纹图像中提取的特征，代表指纹的信息。FM-70模块提取的指纹特征大小是256Bytes，24个特征文件合成一个指纹模板文件（512Bytes）。指纹的存储、比对和搜索等都是通过操作指纹特征来完成的。指纹处理包含两个过程：指纹登录过程和指纹匹配过程［其中指纹匹配分为指纹比对（1:1）和指纹搜索（1:N）两种方式］。指纹登录时，对每一枚指纹录入2次，将2次录入的图像进行处理，合成模板存储于模块中。指纹匹配时，通过指纹传感器，录入要验证指纹图像并进行处理，然后与模块中的指纹模板进行匹配比较（若与模块中指定的一个模板进行匹配，称为指纹比对方式，即1:1方式；若与多个模板进行匹配，称为指纹搜索方式，即1:N方式），模块给出匹配结果（通过或失败）。5第2章主要技术指标供电电压：DC3.8~7.0V背光颜色：绿色亮灯方式：长亮/闪烁供电电流：工作电流：65mA峰值电流：95mA指纹图像录入时间：＜0.5秒窗口面积：14.5╳19.4mm匹配方式：比对方式（1:1）搜索方式（1:N）特征文件：256字节模板文件：512字节存储容量：1000枚安全等级：5级（从低到高：1、2、3、4、5）认假率(FAR)：＜0.001%（安全等级为3时）拒真率(FRR)：＜1.0%（安全等级为3时）搜索时间：＜1.0秒（1:500时，均值）上位机接口：UART（TTL逻辑电平）通讯波特率(UART)：(9600╳N)bps其中N=1～12（默认值N=6，即57600bps）工作环境：温度：-20℃－+60℃相对湿度：40％RH－85％RH(无凝露)储存环境：温度：-40℃－+85℃相对湿度：＜85％H（无凝露）外形尺寸(L╳W╳H)：一体式：54╳20╳20.5mm6第3章硬件接口3.1上位机接口在PCB板上，模块与用户设备连接的接口都采用同一个单排插座（6芯1.25间距）。3.2串行通讯模块与用户设备采用串行通讯时，接口引脚定义如表3.1所示，其实物如3.1所示。表3.1串行通讯接口定义引脚号名称类型功能描述1VtouchIn触摸感应电源输入端。（线色：蓝）2Soutout感应信号输出。（线色：黄）3VinIn模块电源正输入端。（线色：红）4TDOut串行数据输出。TTL逻辑电平。（线色：绿）5RDIn串行数据输入。TTL逻辑电平。（线色：白）6GND－信号地。内部与电源地连接。（线色：黑）注：类型栏中，in表示输入到模块，out从模块输出。图3.1串行通讯接口实物图3.2.1硬件连接模块通过串行通讯接口，可直接与3.3V或者5V电源的单片机或其他MCU进行通讯：模块数据发送脚（2脚TD）接上位机的数据接收端（RXD），模块数据接收脚（3脚RD）接上位机的数据发送端7（TXD）。若需与RS-232电平（例如：PC机）的上位机进行通讯，请在模块与上位机之间增加电平转换电路（例如：MAX232电路）；如232电路无法正常接收数据，请确认RXD线路上是否存在多个Master端或其他电路干扰导致。考虑到整体电路的功耗，指纹模块只有工作和不工作两种状态，没有休眠或待机状态；平常关闭指纹模块电源输入，指纹模块不工作；当单片机（MCU）功能中需要接入指纹模块，提供指纹模块电源输入，指纹模块工作，完成相应的命令，如不再使用指纹模块，则切断指纹模块电源，指纹模块模块进入不工作状态。3.2.2串行协议采用半双工异步串行通讯。默认波特率为57600bps，可通过命令设置为9600～115200bps。传送的帧格式为10位，一位0电平起始位，8位数据位（低位在前）和一位停止位，无校验位。起始位停止位10位帧格式3.2.3上电延时时间模块上电后，约需300mS时间进行初始化工作。在此期间，模块不能响应上位机命令。模块完成初始化工作后会立即发送一个字节（0x55）给上位机，表示模块已经可以正常工作并接收上位机指令。3.2.4电气参数（所有电平以电源/信号地GND为参考电平）电源输入项目参数单位备注最小典型最大电源电压Vin3.87.0V正常工作值极限电压Vinmax－0.39.0V超出此范围可能会造成永久性损坏工作电流Icc90110130mA峰值电流Ipeak130mATXD（输出，TTL逻辑电平）项目条件参数单位备注最小典型最大VOLIOL=－4mA0.4V逻辑0VOHIOH=4mA2.43.3V逻辑1RXD脚（输入，TTL逻辑电平）项目条件参数单位备注D001D7D6D5D4D3D2D118最小典型最大VIL0.6V逻辑0VIH2.4V逻辑1IIHVIH=5V1mAVIH=3.3V30uAVImax－0.35.5V极限输入电压9第4章系统资源4.1缓冲区模块RAM内设有一个72Kbytes大小的图像缓冲区ImageBuffer与二个512bytes大小的特征文件缓冲区CharBuffer1和CharBuffer2，用户可以通过指令读写任意一个缓冲区。图像缓冲区和两个特征文件缓冲区中的内容在模块断电时不保存。4.1.1图像缓冲区图像缓冲区ImageBuffer用于存放图像数据和模块内部图像处理使用。上传/下载图像时，图像格式为256╳288像素BMP。通过UART口上传或下载图像时为了加快速度，只用到像素字节的高四位，即采用16级灰度，每字节表示两个像素（高四位为一个像素，低四位为同一行下一相邻列的一个像素，即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）。4.1.2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。4.2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保护的。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。4.3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“6.1.4设置模块系统基本参数SetSysPara”和“6.1.5读系统参数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，并将配置写入FLASH。系统重新上电，模块将按照新的配置工作。4.3.1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。4.3.2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。104.3.3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。4.4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。其各位定义如下：位号15--43210意义ReservedImgBufStatPWDPassBusy注：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；ImgBufStat：占1位，置1表示指纹图像缓冲区存在有效指纹图像。4.5模块口令模块默认口令为0x00000000，若默认口令未被修改；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）。参见验证口令VfyPwd指令和设置口令Se