【正文】 目 錄1 引言 1 指紋識(shí)別簡(jiǎn)介 1 指紋識(shí)別原理 1 指紋識(shí)別應(yīng)用 2 指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的 3 課題背景 32 整體設(shè)計(jì)方案 4 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 4 系統(tǒng)功能描述 4 系統(tǒng)總體框架 4 系統(tǒng)核心部件單片機(jī) 5 單片機(jī)的選擇 5 ATMEG16單片機(jī)的介紹 7 單片機(jī)的復(fù)位電路 9 ATMEG16最小系統(tǒng)及晶振的選擇 10 液晶顯示模塊 11 HS1286415C系列液晶的特點(diǎn) 11 HS1286415C系列液晶的引腳功能 12 液晶顯示HS1286415C的指令系統(tǒng) 13 電源和指紋模塊 13 ZAZ010系列獨(dú)立式指紋識(shí)別模塊引腳功能 14 ZAZ010系列指紋識(shí)別模塊指令系統(tǒng) 15 電源模塊 173 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 19 系統(tǒng)程序工作分析 19 設(shè)計(jì)前準(zhǔn)備工作 19 單片機(jī)的程序設(shè)計(jì) 20 鍵盤管理程序設(shè)計(jì)流程 22 LCD顯示模塊程序設(shè)計(jì)流程 22 指紋通信模塊的程序設(shè)計(jì)流程 234 實(shí)物的制作與調(diào)試 24 電路的焊接 24 電路和程序的調(diào)試 25 單片機(jī)的程序下載 25 串口調(diào)試 25 液晶鍵盤調(diào)試 26結(jié) 論 27參考文獻(xiàn) 28附錄1：串口調(diào)試子程序 29附錄2：整體源程序 31附錄3：硬件電路圖 48致 謝 49 1 引言我們今天的工作生活中，很多的場(chǎng)合都需要身份的認(rèn)證，而傳統(tǒng)的基于標(biāo)志的身份認(rèn)證技術(shù)由于受到證件偽造以及密碼破解等手段的威脅，逐漸表現(xiàn)得有些力不從心。怎樣保護(hù)自己的重要文件資料，如何保證自己的隱私不被泄露？在傳統(tǒng)的身份認(rèn)證中，我們往往使用密碼加密法，但是這種方法只是防君子不防小人。在高明的黑客眼里，由幾個(gè)字符組成的密碼脆弱得不堪一擊。現(xiàn)在，科技的發(fā)展讓我們有了新的選擇——生物識(shí)別技術(shù)。將生物識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于筆記本、門鎖等方面，可以對(duì)文件、財(cái)產(chǎn)起保護(hù)作用，并且可以進(jìn)行身份識(shí)別。生物識(shí)別技術(shù)是依據(jù)人的體貌、聲音等生物特征進(jìn)行身份驗(yàn)證的科學(xué)解決方案，現(xiàn)有的生物識(shí)別技術(shù)大致上包括指紋識(shí)別技術(shù)、掌紋識(shí)別技術(shù)、視網(wǎng)膜識(shí)別技術(shù)、虹膜識(shí)別技術(shù)、面相識(shí)別技術(shù)、聲音識(shí)別技術(shù)和筆跡識(shí)別技術(shù)等。生物識(shí)別技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要有：減少、消除身份假冒，進(jìn)行真實(shí)身份的確認(rèn)；降低管理成本，取代了身份人工認(rèn)證過程；方便使用者，減少或消除了使用卡、鑰匙或者密碼等麻煩。生物識(shí)別技術(shù)的發(fā)展主要起始于指紋研究，它亦是目前應(yīng)用最為廣泛的生物識(shí)別技術(shù)。指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展得益于現(xiàn)代電子集成制造技術(shù)和快速可靠的算法的研究。盡管指紋只是人體皮膚的小部分，但用于識(shí)別的數(shù)據(jù)量相當(dāng)大，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)也不是簡(jiǎn)單的相等與不相等的問題，而是使用需要進(jìn)行大量運(yùn)算的模糊匹配算法?，F(xiàn)代電子集成制造技術(shù)使得我們可以制造相當(dāng)小的指紋圖像讀取設(shè)備，同時(shí)飛速發(fā)展的個(gè)人計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度提供了在微機(jī)甚至單片機(jī)上可以進(jìn)行兩個(gè)指紋的比對(duì)運(yùn)算的可能。另外，匹配算法可靠性也不斷提高，指紋識(shí)別技術(shù)己非常實(shí)用。 指紋識(shí)別簡(jiǎn)介 指紋識(shí)別原理指紋識(shí)別技術(shù)的原理和其它生物識(shí)別技術(shù)的原理相似。它是利用人體的指紋特征對(duì)個(gè)體身份進(jìn)行區(qū)分和鑒定。在所有的生物識(shí)別技術(shù)中指紋識(shí)別技術(shù)是目前最為成熟，也被應(yīng)用最廣的生物識(shí)別技術(shù)。這主要因?yàn)橹讣y采用的過程對(duì)人們來講非常簡(jiǎn)單，指紋識(shí)別的準(zhǔn)確率高的原因。嚴(yán)格來講，指紋識(shí)別的原理包括指紋采集原理、指紋特征提取原理和指紋特征匹配原理三大部分。指紋采集原理主要是根據(jù)指紋的幾何特性或生理特性，通過各種傳感技術(shù)把指紋表現(xiàn)出來，形成數(shù)字化表示的指紋圖案。由于指紋的嵴和峪的幾何特征不同，主要表現(xiàn)為嵴是突起的，峪是凹下的，所以在接觸到光線時(shí)，其反射光的強(qiáng)度也就不同。在接觸到平面時(shí)，其在平面上形成的壓力也就不同。另一方面，由于指紋的嵴和峪的生理特征不同，主要表現(xiàn)為：嵴和峪的溫度不同，其導(dǎo)電性也不同，其對(duì)波長(zhǎng)的反饋也就不同。通過這些幾何的、生理的特性的不同，把人的指紋采集到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中形成指紋圖像。 指紋特征分析的原理是對(duì)指紋圖案的整體特征和細(xì)節(jié)特征進(jìn)行提取、鑒別的原理。其分析的對(duì)象包括紋形特征和特征點(diǎn)的分布、類型，以及一組或多組特征點(diǎn)之間的平面幾何關(guān)系。特征點(diǎn)的平面幾何關(guān)系表現(xiàn)為某個(gè)特征點(diǎn)之間的距離等，或者某三個(gè)或更多特征點(diǎn)之間組成的多邊形的幾何特性。不論是特征點(diǎn)的單體特征，還是特征點(diǎn)的組合特征都是指紋特征的組成部分。把這些指紋特征用數(shù)字模板的形式表示出來，就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)指紋特征分析的過程。把人的指紋采集到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中形成指紋圖像。 指紋特征值匹配原理是對(duì)指紋圖案的整體特征和細(xì)節(jié)特征按模式識(shí)別的原理進(jìn)行比對(duì)匹配。匹配是在已注冊(cè)的指紋和當(dāng)前待驗(yàn)證的指紋之間進(jìn)行的。匹配運(yùn)算不是對(duì)兩個(gè)指紋圖像進(jìn)行比較，而是對(duì)已形成數(shù)字模板的指紋特征值進(jìn)行匹配。 指紋識(shí)別應(yīng)用指紋識(shí)別技術(shù)是最早的通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的身份識(shí)別手段，它是應(yīng)用最為廣泛的生物特征識(shí)別技術(shù)。過去，它主要應(yīng)用于刑偵系統(tǒng)。近幾年來，它逐漸走向市場(chǎng)更為廣泛的民用市場(chǎng)。指紋技術(shù)在現(xiàn)代生活和工作中的應(yīng)用已越來越普遍，指紋考勤機(jī)、指紋社保、指紋銀行、指紋商場(chǎng)、指紋投票、指紋保護(hù)電腦、等等生活中和工作中的新現(xiàn)象已廣為人知，其應(yīng)用相當(dāng)廣泛，指紋技術(shù)正在日益刷新著我們的現(xiàn)代化生活方式。指紋識(shí)別技術(shù)是目前國(guó)際公認(rèn)的應(yīng)用廣泛、價(jià)格低廉、易用性高的生物認(rèn)證技術(shù)。指紋只是人體皮膚的小部分，但是它卻蘊(yùn)涵了大量的信息。這些皮膚的紋路在圖案、斷點(diǎn)和交叉點(diǎn)上是各不相同的，在信息處理中將它們稱作特征。醫(yī)學(xué)上已經(jīng)證明這些特征對(duì)于每個(gè)手指都是不同的，而且這些特征具有唯一性和永久性。因此我們就可以把一個(gè)人同他的指紋對(duì)應(yīng)起來，通過比較他的指紋特征和預(yù)先保存的指紋特征，就可以驗(yàn)證他的真實(shí)身份。 指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展在經(jīng)歷了近 10 年緩慢的自然增長(zhǎng)后，指紋識(shí)別技術(shù)即將迎來一個(gè)跳躍性發(fā)展的黃金時(shí)期。專家們保守估計(jì)，未來 5 年，我國(guó)將有近百億元的市場(chǎng)等待著企業(yè)去開拓。指紋識(shí)別技術(shù)的巨大市場(chǎng)前景，將對(duì)國(guó)際、國(guó)內(nèi)安防產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。較小的公司將面臨新進(jìn)入的傳統(tǒng)行業(yè)大公司的無情競(jìng)爭(zhēng)。在這些巨無霸面前，現(xiàn)有中小公司很難說有太大的競(jìng)爭(zhēng)力，行業(yè)重新洗牌不可避免，合并與退出可能會(huì)成為大部分中小公司的無奈選擇。最終可能形成傳統(tǒng)行業(yè)的公司或大資本在較短時(shí)間內(nèi)主導(dǎo)生物特征識(shí)別行業(yè)的局面。這也是每一個(gè)新興市場(chǎng)的必然結(jié)果。而競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果將會(huì)形成一個(gè)新興的大產(chǎn)業(yè)。國(guó)內(nèi)生物識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用主要集中在企業(yè)級(jí)應(yīng)用上，在 ，超過 40%的產(chǎn)品都用于考勤、門禁系統(tǒng)之中。自2002年以來整個(gè)生物識(shí)別市場(chǎng)中指紋識(shí)別占據(jù)了超過 98%的份額，從需求看，中國(guó) 13 億人口決定了中國(guó)將是未來全球最大的指紋識(shí)別認(rèn)證技術(shù)市場(chǎng)。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的現(xiàn)代社會(huì)越來越需要高效可靠的身份識(shí)別系統(tǒng)。傳統(tǒng)的個(gè)人身份鑒別手段如口令、密碼、身份甚至磁卡、IC 卡等識(shí)別卡方式。由于其與身份人的可分離性，可假冒、可偽造、可盜用、可破譯，已不能完全滿足現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和社會(huì)安全防范的需要。從消除人為不安全因素看，只有不易被他人代替、仿制、甚至其本人也無法轉(zhuǎn)讓的身份誤碼別憑證才能勝任。因此，基于人體生理特征的身份識(shí)別系統(tǒng)逐漸為社會(huì)所矚目。隨著識(shí)別技術(shù)的不斷成熟，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種基于人體生理特征的身份識(shí)別系統(tǒng)如：指紋、手掌、聲音、視網(wǎng)膜、瞳孔、面紋等識(shí)別技術(shù)紛紛從實(shí)驗(yàn)室中走出來，由小型機(jī)落戶微機(jī)，走向民用。而從易用性、安全性、成熟性和造價(jià)等方面綜合比較，指紋識(shí)別技術(shù)將成為未來人體生理特征身份識(shí)別技術(shù)的主流之一，指紋自動(dòng)識(shí)別技術(shù)開創(chuàng)了個(gè)人身份鑒別的新時(shí)代，將來我們生活的很多場(chǎng) 合都要用到指紋，指紋使我們的生活更方便、安全。 課題背景指紋檢測(cè)可以良好的判斷和定義一個(gè)人的真實(shí)生物身份，從而降低社會(huì)活動(dòng)中的信任成本。從根本上改變經(jīng)濟(jì)和社會(huì)交往模式，提高效率。未來社會(huì)利用生物識(shí)別技術(shù)的場(chǎng)合將會(huì)越來越多，指紋識(shí)別技術(shù)日趨完善，指紋檢測(cè)變得越發(fā)重要。本次設(shè)計(jì)指紋識(shí)別電子密碼鎖是基于深圳指昂科技有限公司生產(chǎn)的ZAZ010指紋模塊,可以根據(jù)串口通信協(xié)議與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信，從而實(shí)現(xiàn)指紋的錄入、存儲(chǔ)、比對(duì)，并通過HS1286415C液晶顯示出指紋采集存儲(chǔ)的過程和比對(duì)的結(jié)果。指紋電子密碼鎖安全可靠，使用方便。 2 整體設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)功能描述本系統(tǒng)是針對(duì)指紋采集、識(shí)別模塊開發(fā)出的指紋識(shí)別電子密碼鎖系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用指紋模塊搜索手指，一旦搜索到手指，立即采集指紋圖像，并將采集到的圖像轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)的形式發(fā)送出去。它利用人體指紋各異性和不變性，為用戶提供加密手段，使用時(shí)只需將手指平放在指紋采集儀的采集窗口上，即可完成采集任務(wù)，操作十分方便快捷。，指紋模塊必須要檢測(cè)手指是否放在采集窗口上，所以就要有錄入指紋這一項(xiàng)功能。簡(jiǎn)單的描述本次設(shè)計(jì)的功能即使用指紋模塊檢測(cè)、錄入指紋。該系統(tǒng)的主要功能有以下幾個(gè)方面：1．錄入指紋：系統(tǒng)預(yù)先要有錄入指紋的功能，即將個(gè)人的指紋通過指紋采集器采集用戶指紋的特征信息。 2．合成指紋模板并存儲(chǔ)：通過光電轉(zhuǎn)換后，將指紋特征值和對(duì)應(yīng)的 ID 號(hào)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。上位機(jī)只要有上傳指紋的命令，模塊可以立即將數(shù)據(jù)傳送到指定位置。3．搜索指紋庫比對(duì)指紋：當(dāng)有指紋錄入時(shí)，模塊會(huì)響應(yīng)上位機(jī)指令搜索指紋庫比對(duì)指紋，同時(shí)液晶顯示比對(duì)結(jié)果，繼電器動(dòng)作、發(fā)光二極管亮。 系統(tǒng)總體框架系統(tǒng)的總體框架是指根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，對(duì)系統(tǒng)所需元件、設(shè)備參數(shù)進(jìn)行必要的計(jì)算，通過認(rèn)真研究、分析、比較選定設(shè)備型號(hào)，再將設(shè)備、元件通過可靠的接口電路聯(lián)系起來構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。在系統(tǒng)的整體方案確定之前,先要明確設(shè)計(jì)要求，然后對(duì)系統(tǒng)硬件、軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中包括繪制原理框圖、電路圖，對(duì)原理進(jìn)行必要說明，綜合考慮系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性要求，以保證所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的要求。通過查閱大量的文獻(xiàn)資料、綜合分析考慮 。主控芯片選用Atmeg16單片機(jī)。系統(tǒng)總體框圖如圖21所示： AT MEG16 單片機(jī)LCD指紋模塊4個(gè)獨(dú)立按鍵以及繼電器和指示燈圖 21 系統(tǒng)總體框圖 系統(tǒng)主要由MCU、液晶屏、指紋模塊組成. 系統(tǒng)的工作方式主要是，當(dāng)檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)先由MCU通過串口通信控制指紋模塊對(duì)指紋進(jìn)行采集、錄入、存儲(chǔ)、比對(duì)。然后，根據(jù)所得的數(shù)據(jù)對(duì)其它接口器件，如液晶屏、繼電器進(jìn)行響應(yīng)操作。 系統(tǒng)核心部件單片機(jī) 單片機(jī)的選擇單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。20世紀(jì)末，電子技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展，在其推動(dòng)下，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進(jìn)一步提高，產(chǎn)品更新?lián)Q代的節(jié)奏也越來越快。時(shí)間對(duì)人們來說總是那么寶貴，工作的忙碌性和繁雜性容易使人忘記當(dāng)前的時(shí)間。忘記了要做的事情，當(dāng)事情不是很重要的時(shí)候，這種遺忘無傷大雅。但是，一旦重要事情，一時(shí)的耽誤可能釀成大禍。目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢(shì)將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。單片機(jī)經(jīng)過3代的發(fā)展，正朝著多功能、高性能、低電壓、低功耗、低價(jià)格、大存儲(chǔ)容量、強(qiáng)I/O功能及較好的結(jié)構(gòu)兼容性方向發(fā)展。其發(fā)展趨勢(shì)不外乎以下幾個(gè)方面：1．多功能 單片機(jī)中盡可能地把所需要的存儲(chǔ)器和I/O口都集成在一塊芯片上，使得單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)更多的功能。比如A/D、PWM、PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列）、WDT（監(jiān)視定時(shí)器看家狗）、高速I/O口及計(jì)數(shù)器的捕獲/比較邏輯等。有的單片機(jī)針對(duì)某一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，集成了相關(guān)的控制設(shè)備，以減少應(yīng)用系統(tǒng)的芯片數(shù)量。例如，有的芯片以MEG16為核心，集成了USB控制器、SMART CARD接口、MP3解碼器、CAN或者I*I*C總線控制器等，LED、LCD或VFD顯示驅(qū)動(dòng)器也開始集成在8位單片機(jī)中。2．高效率和高性能為了提高執(zhí)行速度和執(zhí)行效率，單片機(jī)開始使用RISC、流水線和DSP的設(shè)計(jì)技術(shù)，使單片機(jī)的性能有了明顯的提高，表現(xiàn)為：?jiǎn)纹瑱C(jī)的時(shí)鐘頻率得到提高；同樣頻率的單片機(jī)運(yùn)行效率也有了很大的提升；由于集成度的提高，單片機(jī)的尋址能力、片內(nèi)ROM（FLASH）和RAM的容量都突破了以往的數(shù)量和限制。由于系統(tǒng)資源和系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加，開始使用高級(jí)語言（如C語言）來開發(fā)單片機(jī)的程序。使用高級(jí)語言可以降低開發(fā) 難度，縮短開發(fā)周期，增強(qiáng)軟件的可讀性和可移植性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充功能。AVR 內(nèi)核單片機(jī)具有豐富的指令集和32個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算邏單元(ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。ATmega16L 有如下特點(diǎn)：.16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時(shí)讀寫的能力，即RWW)；.512字節(jié)EEPROM，1K 字節(jié)SRAM；.32 個(gè)通用I/O 口線；.32 個(gè)通用工作寄存器； .用于邊界掃描的JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程；.三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器(T/C)；.片內(nèi)/外中斷，片內(nèi)經(jīng)過標(biāo)定的RC 振蕩器；.可編程串行USART，有起始條件檢測(cè)器的通用串行接口；.8路10位具有可選差分輸入級(jí)可編