【正文】 《單片機原理及應(yīng)用》課程設(shè)計報告書課題名稱 指紋識別 姓 名學(xué) 號 專 業(yè)電氣工程及其自動化指導(dǎo)教師皮老師機電與控制工程學(xué)院 2010年 6月 8 日填 寫 說 明 正文部分： （1） 標(biāo)題與正文格式定義標(biāo)準(zhǔn)如下：一級標(biāo)題：二級標(biāo)題：三級標(biāo)題：四級標(biāo)題： （2）表格：盡可能采用三線表。 （3）圖形：直接插入的插圖應(yīng)有圖標(biāo)、圖號，不能直接插入的圖應(yīng)留出插圖空位。圖中文字、符號書寫要清楚，并與正文一致。 （4）文字表述：要求層次清楚，語言流暢，語句通順，無語法和邏輯錯誤，無錯字、別字、漏字。文字的表述應(yīng)當(dāng)以科學(xué)語言描述研究過程和研究結(jié)果，不要以口語化的方式表達，報告中科技術(shù)語和名詞應(yīng)符合規(guī)定的通用詞語，并使用法定計量單位和標(biāo)準(zhǔn)符號。 參考文獻： （1）數(shù)量要求：參考文獻只選擇最主要的列入，應(yīng)不低于5種。 （2）種類要求：參考文獻的引用，可以是著作[M]、論文[J]、專利文獻[P]、會議論文等。 （3）文獻著錄格式及示例。參考文獻用宋體五號字。 [1] 作者. 書名[M]. 版次. 出版地: 出版者, 出版年: 起止頁碼 （著作圖書文獻） [2] 作者. 文章名[J]. 學(xué)術(shù)刊物名稱. 年. 卷(期): 起止頁碼 （學(xué)術(shù)刊物文獻） 示例：[1]王社國，趙建光。基于ARM的嵌入式語音識別系統(tǒng)研究 [J]。微計算機信息，2007，22:149150.附錄或附件：（可選項） 重要的測試結(jié)果、圖表、設(shè)計圖紙、源程序代碼、大量的公式、符號、照片等不宜放入正文中的可以附錄形式出現(xiàn)。如果需要可另行附頁粘貼。任 務(wù) 書課程設(shè)計題目：指紋識別 功能簡述： 根據(jù)所學(xué)的知識和能力，設(shè)計程序可以實現(xiàn)根據(jù)指紋的大小、形狀等特征，識別出不同的指紋。 利用按鍵可設(shè)置指紋識別的狀態(tài)，例如開始準(zhǔn)備，重新開始搜索。 利用液晶1602能夠顯示當(dāng)前指紋識別的狀態(tài)信息。 利用語音實現(xiàn)，對當(dāng)前信息的判斷，例如提醒當(dāng)前指紋識別錯誤 利用蜂鳴器和LED等提醒當(dāng)前指紋識別是否正確目 錄緒論………………………………………………………………………… 方案論證（規(guī)劃、選定）…………………………………………… 方案說明（設(shè)計）……………………………………………………… 硬件方案設(shè)計………………………………………………………… 軟件方案設(shè)計………………………………………………………… 調(diào)試……………………………………………………………………… 技術(shù)小結(jié)（結(jié)束語）………………………………………………… 參考文獻………………………………………………………………… 附錄（源程序代碼、電路圖等）………………………………………… 正文頁（正文內(nèi)容設(shè)定見目錄） 緒論人的指紋具備的唯一性、終身不變性、易獲取和難以復(fù)制等特點,使得指紋識別很早就成為身份識別中的一種技術(shù)手段。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,指紋識別已經(jīng)成為目前最為實用、應(yīng)用最為廣泛的生物識別技術(shù),尤其在民用生物識別技術(shù)中。指紋識別技術(shù)已經(jīng)在金融、醫(yī)療、公安、門禁系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 指紋識別技術(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一小部分，但用于識別的數(shù)據(jù)量相當(dāng)大，對這些數(shù)據(jù)進行比對也不是簡單的相等與不相等的問題，而是使用需要進行大量運算的模糊匹配算法?，F(xiàn)代電子集成制造技術(shù)使得我們可以制造相當(dāng)小的指紋圖象讀取設(shè)備，同時飛速發(fā)展的個人計算機運算速度提供了在微機甚至單片機上可以進行兩個指紋的比對運算的可能。另外，匹配算法可靠性也不斷提高，指紋識別技術(shù)已經(jīng)非常實用。我們手掌及其手指、腳、腳趾內(nèi)側(cè)表面的皮膚凸凹不平產(chǎn)生的紋路會形成各種各樣的圖案。這些紋路的存在增加了皮膚表面的摩擦力，使得我們能夠用手來抓起重物。人們也注意到，包括指紋在內(nèi)的這些皮膚的紋路在圖案、斷點和交叉點上各不相同，也就是說，是唯一的。依靠這種唯一性，我們就可以把一個人同他的指紋對應(yīng)起來，通過比較他的指紋和預(yù)先保存的指紋進行比較，就可以驗證他的真實身份。這種依靠人體的身體特征來進行身份驗證的技術(shù)稱為生物識別技術(shù)，指紋識別是生物識別技術(shù)的一種。指紋識別是成熟的生物識別(Biometric)技術(shù)，由于人體的身體特征具有不可復(fù)制的特點，人們把目光轉(zhuǎn)向了生物識別技術(shù)，希望可以籍此技術(shù)來應(yīng)付現(xiàn)行系統(tǒng)安全所面臨的的挑戰(zhàn)。要把人體的特證用于身份識別，這些特征必須具有唯一性和穩(wěn)定性。研究和經(jīng)驗表明，人的指紋、掌紋、面孔、發(fā)音、虹膜、視網(wǎng)膜、骨架等都具有唯一性和穩(wěn)定性的特征，即每個人的這些特征都與別人不同、且終生不變，因此就可以據(jù)此識別出人的身份。基于這些特征，人們發(fā)展了指紋識別、面部識別、發(fā)音識別等多種生物識別技術(shù)，目前許多技術(shù)都已經(jīng)成熟并得以應(yīng)用，其中的指紋識別技術(shù)更是生物識別技術(shù)的熱點。方案論證指紋識別技術(shù)相對于其他識別方法有許多獨到之處，具有很高的實用性和可行性。因此，指紋識別成為最流行、最方便、最可靠的身份認(rèn)證方式，己經(jīng)在社會生活的諸多方面得到廣泛應(yīng)用。這是由于指紋是獨一無二的，兩人之間不存在著相同的指紋，指紋是獨一無二的，兩人之間不存在著相同的指紋，同時指紋樣本易于采集，難以偽造，便于開發(fā)，實用性強，可以利用多個指紋構(gòu)成多重口令，提高系統(tǒng)的安全性。 指紋其實是比較復(fù)雜的。與人工處理不同，許多生物識別技術(shù)公司并不直接存儲指紋的圖象。多年來在各個公司及其研究機構(gòu)產(chǎn)生了許多數(shù)字化的算法。但指紋識別算法最終都?xì)w結(jié)為在指紋圖象上找到并比對指紋的特征。指紋的特征 ：我們定義了指紋的兩類特征來進行指紋的驗證：總體特征和局部特征?？傮w特征是指那些用人眼直接就可以觀察到的特征，包括基本紋路圖案 環(huán)型（loop）, 弓型（arch）, 螺旋型（whorl）。其他的指紋圖案都基于這三種基本圖案。僅僅依靠圖案類型來分辨指紋是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這只是一個粗略的分類，但通過分類使得在大數(shù)據(jù)庫中搜尋指紋更為方便 光學(xué)設(shè)計論壇 指紋識別技術(shù)可以分為兩類，即驗證(Verification)和辨識(Identification)。 驗證就是通過把一個現(xiàn)場采集到的指紋與一個已經(jīng)登記的指紋進行一對一的比對（onetoone matching），來確認(rèn)身份的過程。作為驗證的前提條件，他或她的指紋必須在指紋庫中已經(jīng)注冊。指紋以一定的壓縮格式存貯，并與其姓名或其標(biāo)識（ID，PIN）聯(lián)系起來。隨后在比對現(xiàn)場，先驗證其標(biāo)識，然后，利用系統(tǒng)的指紋與現(xiàn)場采集的指紋比對來證明其標(biāo)識是合法的。辨識則是把現(xiàn)場采集到的指紋同指紋數(shù)據(jù)厙中的指紋逐一對比，從中找出與現(xiàn)場指紋相匹配的指紋。這也叫“一對多匹配（onetomany matching）”。 驗證和辨識在比對算法和系統(tǒng)設(shè)計上各具技術(shù)特點。例如驗證系統(tǒng)一般只考慮對完整的指紋進行比對，而辨識系統(tǒng)要考慮殘紋的比對；驗證系統(tǒng)對比對算法的速度要求不如辨識系統(tǒng)高，但更強調(diào)易用性；另外在辨識系統(tǒng)中，一般要使用分類技術(shù)來加快查詢的速度。 除了驗證的一對一和辨識的一對多比對方法，在實際應(yīng)用中還有“一對幾個匹配（onetofew matching）”。一對幾個匹配主要應(yīng)用于只有“幾個(few)”用戶的系統(tǒng)中，“幾個”所包含的數(shù)目一般為5～20人。一對幾個匹配一般使用與一對一匹配相同的方法。方案說明 指紋識別系統(tǒng)一般由指紋圖像采集、指紋圖像預(yù)處理、指紋特征提取、指紋特征匹配、特征數(shù)據(jù)庫等幾部分組成。指紋識別系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。該系統(tǒng)首先由指紋采集設(shè)備采集到指紋圖像并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像。然后對指紋數(shù)字圖像進行預(yù)處理,再通過圖像增強、分割、平滑、細(xì)化等處理過程得到便于指紋特征提取的數(shù)字圖像：接著提取細(xì)化后的圖像細(xì)節(jié)特征點。最后將提取到的特征與特征數(shù)據(jù)庫中的特征數(shù)據(jù)進行匹配,并輸出識別結(jié)果。 圖指紋識別系統(tǒng)框圖 由于目前所學(xué)的知識和能力有限，另外由于購買成品的指紋采集模塊較貴。我采取用數(shù)字?jǐn)z像頭ov6620采集印在紙張上的指紋圖像，然后用16位的飛思卡爾X128單片機進行圖像處理，根據(jù)所及的圖像判斷指紋的大小形狀，處理好信息后將指紋信息數(shù)據(jù)送入STC89C52單片機中。 一塊液晶1602與STC89C52單片機相連，液晶用于顯示當(dāng)前指紋采集系統(tǒng)的工作狀態(tài)和經(jīng)對比后指紋采集的信息是否正確。另外本系統(tǒng)有一塊語音芯片ISD1820，當(dāng)采集到的信息錯誤時可以語音播報提醒當(dāng)前采集的指紋信息錯誤。另外本系統(tǒng)上面還有一個蜂鳴器和LED指示燈，當(dāng)采集到的指紋信息正確，蜂鳴器發(fā)出響聲并且LED指示燈點亮，提醒當(dāng)前采集的指紋信息正確。由于本系統(tǒng)所采集的攝像頭分辨率有限，所以采集的指紋信息有一定的誤差，但大致可以反映當(dāng)前所采集的指紋信息。硬件方案設(shè)計指紋采集傳感器攝像頭OV6620：1)、OV6620需要穩(wěn)定的5V電壓供電，和系統(tǒng)板上的供電電源兼容。2)、NAL制，每秒25幀，一幀兩場，那么每秒就有50場。意味著20MS就有一幅圖像產(chǎn)生。356x 292 pixels，理解為：有292行，一行有356個點。3)、,比如最大灰度,對比度,需要對攝像頭做跳線處理,并用MCU的I/O口模擬SCCB協(xié)議.4)、數(shù)據(jù)格式Y(jié)CrCb 4:2:2, GRB 4:2:2, RGB。 電子曝光/ 增益/白平衡控制。內(nèi)部自動圖像增強,亮度, 對比度, 伽馬, 飽和度, 銳度, ,不需AD,不需1881。圖像處理單片機：我最終采用的是飛思卡爾公司的MC9S12XS128芯片作為指紋圖像處理的主控芯片。MC9S12XS128是以CPU12內(nèi)核為核心的16位單片機，片內(nèi)存儲器有128KB的Flash、14KB的RAM和4KB的EEPROM。片內(nèi)包含2路SCI、3路SPI、5路CAN1路I2C等通訊模塊，有16路10位AD模塊，8路8位PWM模塊和8路16位定時器模塊。 圖飛思卡爾單片機和攝像頭的連接圖按鍵KEY1與飛思卡爾單片機的E0口相連，按鍵KEY與51單片機的P2^5口相連電路圖如下：圖按鍵鏈接液晶1602與STC89C52單片機相連，由于顯示采集的信息和工作狀態(tài)電路連接圖如下：圖液晶連接圖蜂鳴器與單片機的P2^4相連，對于蜂鳴器的驅(qū)動我采用PNP型三極管8550，當(dāng)單片機端口電平為低電平時，蜂鳴器響。圖蜂鳴器連接圖語音芯片ISD1820：美國ISD 公司于2001 年最新推出一種單片8～20 秒單段語音錄放電路ISD1810，它的基本結(jié)構(gòu)與ISD111420 完全相同，采用CMOS 技術(shù)，內(nèi)含振蕩器，話筒前置放大，自動增益控制，防混淆濾波器，揚聲器驅(qū)動及FLASH 陣列。管腳圖如下：圖ISD1820管腳圖ISD1820應(yīng)用線路圖：圖ISD1820應(yīng)用線路圖在指紋采集的電路系統(tǒng)中將該芯片的PLAYE管腳與單片機的P2^3口相連，當(dāng)該端口為高電平是播放所錄制的聲音 軟件方案設(shè)計軟件設(shè)計流程圖： 部分程序處理代碼：STC89C52單片機處理程序：includedefine uchar unsigned chardefine uint unsigned intuchar code table[]=zhi wen zhen que。//顯示指紋正確uchar code table1[]=zhi wen cuo wu。//顯示指紋錯誤uchar code table2[]=zhi wen zhun bei。//顯示指紋準(zhǔn)備sbit rs=P2^7。//命令控制//sbit rw=P2^6。sbit en=P2^6。// 1602使能控制sbit key=P2^5。//準(zhǔn)備按鍵定義sbit beep=P2^4。//蜂鳴器端口定義sbit sheng=P2^3。//發(fā)聲端口定義uchar num。uchar temp。void delay(uint z)//延時函數(shù)