СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №1/2015

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 49 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2015 Органы управления Управляющий контроллер Сканер отпечатков пальцев GT-511C3 Преобразователь интерфейса UART/RS-232 Интерфейс конфигурирования и настройки сканера Индикатор Силовой ключ Энергонезависимая память (EEPROM) UART UART UART К исполнительному устройству UART RS-232 JTAG I 2 C I 2 C Интерфейс программирования и отладки тический захват изображения отпечат- ка фиксированного размера. В резуль- тате получается так называемый образ отпечатка (Fingerprint Image) разреше- нием 240 × 216 пикселей, занимающий в памяти сканера объём 51 840 байт. Преимущество этого способа состоит в получении полного изображения без необходимости двигать палец в процес- се регистрации. Затем, согласно определённому алго- ритму, из захваченного образа извле- кается уникальный набор данных об отпечатке, представляющий собой так называемый шаблон (Template) отпе- чатка, который по команде пользовате- ля записывается в энергонезависимую память сканера. В памяти GT-511C3 каждый полученный таким образом шаблон занимает всего 506 байт. Это преобразование производится для обеспечения секретности и уменьше- ния объёма памяти, необходимого для хранения образов отпечатков. Секрет- ность достигается за счёт необратимо- сти преобразования, то есть восстано- вить исходный образ из шаблона невоз- можно. В то же время копирование из памяти сканера и запись в неё подго- товленных другим сканеромшаблонов возможны. В ходе сеанса получения доступа, после приложения пальца и подачи команды, сканер производит захват образа отпечатка пальца и формирует из него шаблон, помещаемый в опера- тивную память для последующего ана- лиза и сравнения. Затем, в зависимости от поданной команды, полученный шаблон срав- нивается или с заданным шаблоном из базы сканера (команда «Верифика- ция 1:1»), или же последовательно со всеми хранящимися в базе N шабло- нами (команда «Идентификация 1:N»). Заметим, что полное побитное совпа- дение из-за наличия в процедуре ска- нирования приближений, перекосов и сдвигов изображения, ошибок аппрок- симации процедуры извлечения дета- лей и т.п. маловероятно. В связи с этим применяется алгоритм оценки степени совпадения, в котором оно считается подтверждённым после превышения заданного порога. В сканерах семей- ства GT-511Cx используется алгоритм SmackFinger 3.0, выполняющийся на встроенном 32-разрядном микрокон- троллере (МК) HT32F2755 с архитекту- рой ARM Cortex M3. Помимо основных задач, к кото- рым относится снятие и распознава- ние отпечатков, GT-511C3 имеет набор дополнительных функций, облегчаю- щих построение на его основе систем контроля доступа. Это: загрузка в ска- нер и выгрузка из него во внешнее устройство как всей базы, так и отдель- ных шаблонов, выгрузка образа отпе- чатка непосредственно после его захва- та, проверка наличия приложенного к сканеру пальца и т.п. С ХЕМЫ И КОНСТРУКЦИЯ УСТРОЙСТВА Структурная схема контроллера зам- ка приведена на рисунке 1. Обмен командами и данными с внеш- ними устройствами, а также конфи- гурирование и настройка сканера GT-511C3 осуществляется через стан- дартный интерфейс UART. В нашем слу- чае в качестве внешнего устройства для сканера выступает управляющий кон- троллер, который, в свою очередь, под- ключается к внешним по отношению к нему устройствам через свой второй интерфейс UART, снабжённый пре- образователем уровней UART/RS-232. В режиме администрирования скане- ра управляющий контроллер является полностью прозрачным для сигналов UART, то есть обеспечивает сквозное двустороннее их прохождение между двумя своими интерфейсами и беспре- пятственное управление сканером. Во всех остальных режимах контроллер блокирует управление сканером, обе- спечивая тем самым необходимый уро- вень секретности замка. Управляющий контроллер выпол- нен на базе 32-разрядного МК LPC2129. Для программирования и отлад- ки встроенной управляющей про- граммы МК используется интерфейс JTAG. В качестве органов управления используются механические кнопки, подключённые к цифровым линиям ввода-вывода МК. Индикатор, предназначенный для отображения режимов и операций устройства, представляет собой мало- габаритный двухстрочный символь- ный ЖКИ, совместимый со стандар- том HD44780. В составе устройства имеется также пьезоизлучатель, гене- рирующий звуковые сигналы высоко- го тона (успешное завершение опера- ции, получение доступа и т.п.) и низ- кого (неудачное завершение операции, отказ в доступе и т.п.). В качестве силового ключа управле- ния внешним исполнительным устрой- ством используется твердотельное реле с гальванической развязкой цепей управления, пригодное для управле- ния нагрузками, питающимися посто- янным или переменным током. Внешняя многократно программи- руемая энергонезависимая память EEPROM, подключённая к управляюще- му контроллеру по шине I 2 C, использу- ется для хранения задаваемых пользо- вателем текущих настроек устройства: активного логического уровня выхода, значения временно ′ го интервала выда- чи активного уровня при разрешении доступа, признаков разрешения/запре- щения доступа для каждого из храни- мых в устройстве отпечатков. Необхо- димо заметить, что наличие в составе устройства внешней памяти EEPROM не обязательно, однако при её отсут- ствии все вышеперечисленные поль- Рис. 1. Структурная схема контроллера замка