指纹识别答题笔开发计划书

1、指纹识别答题笔开发计划书一、项目提出的背景和必要性 随着计算机技术的飞速发展, 以计算机为主的多媒体教学越来越普及，已经成为了目前大中专学校的主要采取的教学手段，随着图片、视频等在课堂上的大量使用，学生课堂变得越来越丰富，然而随之而来的是大量的的教师把课堂当做了机械式演示PPT的一个简单过程，而学生也只是把课堂当做了“电影院”，把上课当做欣赏老师所准备的“节目”的过程，即使教师布置了课堂作业，由于缺乏必要而迅速的分析手段，教师也很难通过对课堂作业的分析而了解到学生对本堂课内容的接受程度，在课堂上教师和学生之间缺乏一种有效的沟通手段。同时随着大学的扩招，大学生的规模越来越大，目前大部分的学习采取

2、都是大课教学，一个教室一百甚至几百人，如果采取传统的点到方式，必然要占用很多的时间，大量影响了教学进度，这样很多教师只有无奈的放弃了对到课学生人数的掌握，在一定程度上导致了老师对课堂的失控。为了减轻这方面的困惑，结合实际情况，本课题组提出了“指纹识别答题笔”的开发项目，主要是借鉴目前PPT换页笔的基本原理并加以创新，增加实现对到课学生的指纹识别点到和对课堂作业的简单统计分析等功能，使授课教师能迅速掌握学生到课和对知识掌握的情况，提高教学质量。二、国内外市场分析通过对目前市场的分析了解，现在市场上的换页笔实现的一般都是PPT换页等功能，主要目的是为了把教师从电脑面前解脱出来，使得老师在讲课的时候

3、不必一直守在电脑旁边，对于一些课堂作业信息的快速准确的统计和到课人员的迅速识别功能基本为空白，而目前我国的大学数量在2000所以上，本科院校就有800多所，在校大学生超过2500万，需求数量巨大，市场前景相当可观。三、项目主要开发和建设内容 本项目主要科技攻关内容有：1、课堂管理系统软件的设计与开发 课堂管理系统软件的功能包括：在上课前能通过USB无线接收装置识别由指纹识别答题笔发送来的指纹信息，并与指纹数据库中的指纹数据进行比对，统计出学生的到课情况，并呈现给教师。上课时，能接收学生用答题笔发送来的答案信息，并迅速进行分类统计，综合产生反馈信息提交。2、指纹识别答题笔的设计 指纹识别答题笔的

4、功能包括：提取持笔学生的指纹信息，并发送给教师计算机上的USB无线接收装置。要求能够比较准确的提取湿手指，脏手指等指纹信息，并能让学生在指示器的提示下，完成指纹提取操作。接收并发送学生按下的键盘指令。四、项目实施的技术方案1、项目功能实施流程图指纹识别是一项很成熟的技术，本课题所实现的功能主要是充分利用现有的技术，借鉴目前PPT换页笔的基本原理并加以创新，增加实现对到课学生的指纹识别点到和对课堂作业的简单统计分析等功能品。本项目的难点攻关在于怎样将指纹识别系统与信号触发装置的有机结合。2、项目系统框图五、信号发射与接收部分设计信号发射与接收是本项目设计非常重要的部分，也是本项目开发的第一步，以

5、下是本部分开发的设计方案。5.1设计要求和指标把接收机通过USB接口与电脑连接后，使用者在10米内通过操作发射器，可以完成信号发射功能。具体指标如下：.即插即用：无需安装其他程序即可立即使用（Plug and Play功能）。用于所有具有USB端口的电脑。.远距离无指向性：采用低耗电无线射频方式遥控，解决了原红外线方式的指向性问题。.射频频率：315MHz.电源：23A 12V 碱性电池 （发送器）；USB端口供电（接收器）遥控距离：10m5.2方案设计和论证5.2.1可用方案.无线发射接收采用红外信号。.无线发射接收采用315MHz射频信号。5.2.2方案比较由于红外信号的方向性，当采用红外

6、信号时，发射器必须对准接收器，并且中间不能有阻挡物。但采用红外模块的优势是产品成本低、价格便宜。射频信号无方向性，所以发射器和接收器之间只要没有能起屏蔽作用的金属阻挡物，就可正常使用。射频模块的成本通常要高一些，但其无方向性，使用更方便，所以我们在本产品中使用射频信号。5.3系统框图系统由发射部分和接收部分两部分组成。发射部分有A、B、C、D和指纹识别四五个按键供使用者操作，将具体操作转换成无线信号发送；接收部分通过USB与电脑连接，将发射部分的信号处理并传给电脑，从而完整无线操作的目的。发射部分为了方便、省电，采用了专用的PT2262发射电路，高频发射部分采用市售315MHz/422MHz模

7、块，由于是成熟的电路，一般无需调试即可正常工作。接收部分由接收模块和控制模块组成，为了稳定接收，防止干扰，采用PT2272接收无线信号。接收到的信号送至STM32F103ZCT6型微控制器，微控制器与PDIUSBD12配合实现USB接口的功能，将接收到的信号转换后传送至PC端，由此实现了各种基本的控制。图1为系统框图。图1 系统框图5.4电路设计5.4.1射频部分图2 射频发射、接收器射频发射、接收器的原理图如图2所示。PT2262需要设置地址码（A0A7：分别为1至8引脚）,每位地址码可设置为低电平、悬空和高电平。高频发射部分采用市售315MHz/422MHz模块，由于是成熟的电路，一般无需

8、调试即可正常工作。焊接时应将PT2272的地址码（A0A7：分别为1至8引脚）与PT2262设置一致方能正常接收。当PT2272 接收到一个代码字 ,VT引脚输出高电平，表示进行了一次有效接收。因89S52中断响应为低电平，因此三极管VT1在电路中起反相器的作用，将高电平的触发信号反转为低电平触发信号。5.4.2控制部分接收控制部分的原理图如图三所示。接收到的信号送至STM32F103ZCT6型微控制器，微控制器与PDIUSBD12配合实现USB接口的功能，将接收到的信号转换后传送至PC端，由此实现了各种基本的控制。PDIUSBD12是应用十分广泛的并行接口USB控制芯片，作为实现USB接口的

9、标准组件，D12使设计者能够灵活选择合适的MCU，用最经济最快捷的方式实现USB外设的解决方案。D12主要作为S52与PC的一个桥梁，完成USB数据包的传送。六、指纹处理部分6.1系统框图指纹处理部分是本设计项目的核心，由于目前普通的单片机处理能力不够，在当前的很多指纹识别系统中很少用到51等单片机进行指纹运算，即使能识别，速度也太慢。综合考虑到低成本，高运算能力等个方面综合指标，本项目组选用意法半导体的STM32F103ZCT6型微控制器，该型单片机基于ARM公司的Cortex-M3核心，主频高达72MHz,指令执行速率1.25 DMIPS/MHz，带有硬件乘法、除法器，适合低强度的DSP运

10、算。同时STM32F103ZCT6 带有256KB片内FLASH、48KBSRAM，有I2C、SPI、UART等通信接口，有FSMC存储器接口，方便扩展片外存储器，满足本项目开发需要。而在指纹采取模块方面，目前市面上指纹传感芯片有面型和线型（刮擦式）两种。刮擦式的传感器采集的图像需要重组，而且是BGA封装，不能手工焊接。故选用美国veridicom 公司最新开发的接触式指纹传感器FPS200。FPS200 芯片是标准CMOS 芯片，sensor 由256 列和300行电容阵列组成，芯片内设计有两个采样保持电路用于指纹图像的采集。通过测量每个传感单元在每次充电后的电压值和放电后的电压值的差来获得

11、每个传感单元的电容值。每次捕捉每行图像后，在该行内的每个传感单元内就有待数字化的电容值。FPS200 的图像搜索功能（ImageSeekTM）通过改变电容阵列的参数值在1s 以内扫描多幅指纹图像并自动选择最好的一幅。FPS200 同时内置500-dpi 分辨率的存储器映像，存储采集的指纹映像。工作模式35mA。FPS200 已内置了高速USB 的核电路，不需要外部的USB控制器，因此使FPS200 成为标准的USB 设备。FPS200 在USB 模式下可支持13 帧/s 的指纹图像采集传输速度。除USB方式外，FPS200 芯片还提供微处理器总线（MCU）模式和串行外接口模式(SPI)。然而由

12、于FPS200像素点阵为256300,一像素数据量为8Bit，故一幅指纹图像的的数据量为75KB，显然ZCT6的SRAM不够用。所以我们通过STM32F103ZCT6的FSMC模块扩展一片ISSI公司的IS62WV6416DBLL，容量为64K16bit,也就是128KB，满足本系统设计的需要。6.2各模块设计电路 1、核心板电源电路：2、核心板时钟和复位电路3、存储器扩展电路M24C02MN6是ST公司的EEPROM,通过I2C总线进行读写，器件地址设为0x000.IS62WV6416DBLL为64K16Bit SRAM4、22按键电路中断方式，即有按键，通过KEY_INT信号向MCU发出中断申请，然后由GPIO读取四位按键值。5、JTAG下载调试接口电路6、通信接口串口、USB口（可为板子供电）、指纹模块插口、无线模块插口。7、FPS200时钟电路、电源滤波电路8、USB接口电路电脑可直接通过USB使用该模块采集指纹图像七、项目实施进度计划第一阶段：在目前已有的基础上进一步细化开发技术方案，全面掌握RF无线收发技术和USB驱动和管理程序的开发环境，初步讨论分析出本课题开发的瓶颈性问题所在和本课题组所缺乏的科研知识。第二阶段：重点解决本课题的瓶颈性问题，完成