【正文】 最后實驗結(jié)果表明該設(shè)計思路是可行的。之前用的是 1KΩ，后來換成 10KΩ 的排阻之后就可以正常顯示。經(jīng)過萬用表檢測到MAX232 的電壓為零點幾伏，判定電路出現(xiàn) 問題。必要時應(yīng)加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產(chǎn)生寄生耦合。 B 布局中應(yīng)參考原理框圖，根據(jù)單板的主信號流向規(guī)律安排主要元器件。每個接收器將EIA/TIA232E 電平輸入轉(zhuǎn)換為 5V TTL/CMOS 電平。即是當(dāng)檢測到 ,P3..4 管腳為低時認(rèn)為鍵被按下。根據(jù)上述設(shè)計思路，畫出具體的電路原理圖和 22 PCB 圖，詳見附錄。 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)定義了 25 根信號線，但在實際使用時，只需 2 個數(shù)據(jù)線、 6 個控制線、 1 個地線共九個信號。通過這種方式實現(xiàn)了單片機(jī)對FM180的控制。串行通信的特點：傳輸線少，長距離傳送時成本低，且可以利用電話網(wǎng)等現(xiàn)成的設(shè)備，但數(shù)據(jù)的傳送控制比并行通信復(fù)雜。也就是通過單片機(jī)和指紋模塊的通信就可以完成指紋識別的功能。另外由于采集到的是指紋圖像，數(shù)據(jù)量大，單片機(jī)處理圖像數(shù)據(jù)的能力和速度有限，達(dá)不到要求。當(dāng)然也可以擴(kuò)展大于 64KB的存儲空間，那就是占用 51單片機(jī)的 P1口作為多余的地址線。由于采集頭是整個指紋采集系統(tǒng)的信息來源，如果連怎樣使用它都不知道的話，那么后面的工作將無法展開。液晶和蜂鳴器作為整個系統(tǒng)對用戶 的一個反饋，用于顯示結(jié)果和指紋識別過程中對用戶的操作提示。 功能描述 基于單片機(jī)的指紋識別系統(tǒng)是由 STC12C5A60S2 MCU 處理器、 12864 液晶顯示等器件構(gòu)成，在無需上位機(jī)參與管理的情況下，具有指紋錄入、圖像處理、指紋對比、搜索和 模板 儲存等功能的智能型模塊。該模塊接口方式靈活簡單，有方便操作的指令。（顏色：黑） 15 圖 7 FM180實物圖 FM180 在 FLASH 中開辟了一個 512 字節(jié)的存 儲區(qū)域作為用戶記事本，該記事本邏輯上被分成 16 頁，每頁 32 字節(jié)。 外部標(biāo)準(zhǔn)接口：模塊與用戶設(shè)備的接口都采用同一個單排插座 /針（分體式為 5芯 、一體式為 4芯 ）。和同類指紋產(chǎn)品相比， FM180 指紋識別設(shè)備 具備下列特色： ● 指紋適應(yīng)性強(qiáng) 指紋圖像讀取過程中，采用自適應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)機(jī)制，使干濕手指都有較好的成像質(zhì)量，適用人群更廣泛。 ④指紋之間的重合區(qū)域小 ， 相同指紋的細(xì)節(jié)點對應(yīng)關(guān)系難以確定。前二者匹配速度快，對圖像要求不高，但是忽略了細(xì)節(jié)點特征，因此正確性不高。 細(xì)化 [10]：就是把經(jīng)過前面處理的指紋圖像的脊的寬度降到最小，去除紋線上的毛刺，從而減少因為毛刺生成的偽交叉點和斷點。一般的圖像處理過程是：增強(qiáng)濾波、二值化和細(xì)化 [10]。最后通過棱鏡反射出來。最后通過計算機(jī)模糊比較的方法，把兩個指紋模板進(jìn)行比較，計算他們的相似度，最終得到這兩個指紋的匹配結(jié)果。 自動指紋識別是通過取 像 設(shè)備采集指紋圖像，然后利用 計算機(jī)技術(shù)提取指紋的特征數(shù)據(jù)，最后通過匹配算法進(jìn)行比對識別。 (iii)分歧點：兩條平行的紋路在此分開。全局特征包括： (i)基本紋路圖案：基本紋路圖案通常分為左箕型、右箕型、斗型 、拱型和尖拱型，如圖 2 6 （ 1） 左箕型 （ 2）右箕型 （ 3）斗型 （ 4）拱型 （ 5）尖拱型 圖 2 各種類型的指紋 （ ii）模式區(qū)： 模式區(qū)是指紋圖像上包含了總體特征的區(qū)域，從模式區(qū)上 能夠辨出指紋屬于那種類型。 （ 2）指?。? 指頭 凹凸紋 線與承受客體接觸時留下的痕跡。 依據(jù)目測程度 ： 第一類是明顯紋，就是目視即可見的紋路。這種變彎打皺的過程隨著內(nèi)層組織產(chǎn)生的上層壓力的變化而波動起伏，形成凹凸不平的脊紋或皺褶，直到發(fā)育過程中止，最終定型為至死不變的指紋。選擇了其中較 為可行的方案，并制作和調(diào)試電路板。嵌入式系統(tǒng)是一個相對獨立的、完整的系統(tǒng)，它不需要連接其他設(shè)備或計算機(jī)就可以獨立完成其設(shè)計的功能，其功能比較單一，如指紋門鎖、 指紋考勤終端等。到了 20世紀(jì) 60年代，由于計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們開始研究利用計算機(jī)來處理指紋，從那時起自動指紋識別系統(tǒng) AFIS（ Automated 3 Fingerprint Identification System）在法律方面的研究和應(yīng)用在許多國家展開。 視網(wǎng)膜 識別 視網(wǎng)膜是眼睛 底部的血液細(xì)胞層。指紋 識別即指通過比較不同指紋的細(xì)節(jié)特征點來進(jìn)行鑒別。這對于我更好的理解指紋識別原理和單片機(jī)結(jié)構(gòu)功能很有幫助，這也是選題的意義所在。指紋特征是人終生不變的特征之一，并且每個人的指紋是不同的，可以說指紋是一個 人 身份的標(biāo)識。通過二者的通信完成對指紋的采集，錄入，提取特征值，比對等功能。設(shè)計表明通過簡單的原理能夠?qū)崿F(xiàn)指紋識別相關(guān)功能，加 深了我們對指紋識別原理的理解，和對單片機(jī)的應(yīng)用。指紋含有天然的密碼信息， 其具有作為密碼信息必須具備的三個重要性質(zhì)： ①廣泛性，每個人都有自己的指紋，很普遍。 生物識別技術(shù)概述 所謂生物識別技術(shù) [2]就是，通過計算機(jī)與光學(xué)、聲學(xué)、生物傳感器和生物統(tǒng)計學(xué)原理等高科技手段，利用人體固有的生理特性，（如指紋、臉象、紅膜等）和行為特征（如筆跡、聲音、步態(tài)等）來進(jìn)行個人身份的鑒定。由于每個人的指紋不同，就是同一人的十指之間，指紋也有明顯區(qū)別，因此指紋可用于身份鑒定。視網(wǎng)膜掃描是采用低密度的紅外線去捕捉視網(wǎng)膜的獨特特征，血液細(xì)胞的唯一模式就因此被捕捉下來。 20世紀(jì) 80年代，個人電腦、光學(xué)采集技術(shù)的發(fā)展，使他們成為取像的工具，從而使指紋識別在其他領(lǐng)域得以應(yīng)用，比如代替 IC卡。而基于 PC機(jī)的桌面應(yīng)用系統(tǒng)則有靈活的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并且可以多個系統(tǒng)共享指紋識別設(shè)備，可以建立大型的數(shù)據(jù)庫，當(dāng)然，由于需要連接計算機(jī)才能完成指紋識別的功能，限制了這種系統(tǒng)在許多方面的應(yīng)用。具體的章節(jié)和各章的內(nèi)容安排如下： 第一章：在介紹本論文的課題背景和意義，并簡述了生物識別和指紋識別技術(shù)，以及指紋識別研究現(xiàn)狀，確定了本文所做的主要工作。 指紋 分類 有 3種基本類型 — 斗型 、弓型和箕 型。如手沾油漆、血液、墨水等物品轉(zhuǎn)印而成，通常都是印在指紋卡上成為基本資料； 第二類是成型紋，這 是指在柔軟物質(zhì)，如手接觸壓印在蠟燭、黏土上發(fā)現(xiàn)的指紋； 第三類是潛伏指紋，這類指紋是經(jīng)身體自然分泌物如汗液，轉(zhuǎn)移形成的指紋紋路，目視不易發(fā)現(xiàn)，是案發(fā)現(xiàn)場中最常見的指紋。 （ 3）脊線： 是手指上的特殊的皮膚花紋的隆線。 （ iii）核心點： 核心點位于指紋紋路的漸近中心，它常用作讀取指紋和比對指紋時的參考點。 (iv)孤立點：一條特別短的紋路，以至于成為一點。 自動識別技術(shù)主要涉及指紋圖像采集、指紋圖像預(yù)處理 [8]、特征提取 [7]、數(shù)據(jù)保存、指紋特征值的比對等過程。 8 指紋識別系統(tǒng) 一個完整的指紋識別過程可分為：指紋采集、指紋圖像的預(yù)處理、特征提取和指紋匹配幾部分 [6]，如圖 4： 圖 4指紋識別過程 指紋采集 指紋由圖像輸入設(shè)備轉(zhuǎn)化成數(shù)字信息，并將其保存在機(jī)器內(nèi)部 的過程。 電容式取 像 設(shè)備則是由在半導(dǎo)體金屬上集合了上萬甚至十萬個電容傳感器。 增強(qiáng)濾波：通過濾波的方法消除指紋圖像中的干擾噪聲。 特征提取 指紋的特征包括了全局特征和局部細(xì)節(jié)特征 [9]。紋線匹配需要大量的特征信息，因此匹配速度慢，模板容量大。 第 3 章 指紋識別系統(tǒng)硬件設(shè)計 相關(guān)器件介紹 STC12C5A60S2 的結(jié)構(gòu)與特點 STC12C5A60S2單片機(jī)是 STC生產(chǎn)的單時鐘 /機(jī)器周期的單片機(jī)，是高速 /低功耗 /超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，但速度快 812 倍。 ● 價格低廉 設(shè)備采用自行開發(fā)的光學(xué)采集頭，成本大幅降低。用戶無特殊要求時，所提供的用戶接口引線長度為 150mm。上位機(jī)可以通過 PS_WriteNotepad 指令和 PS_ReadNotepad 指令訪問任意一頁?？蓸?gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。通 過集成指紋識別模塊，可以構(gòu)成一個獨立的指紋識別系統(tǒng)，完成上述功能。至于 關(guān)鍵的指紋采集和指紋存儲，它的選擇直接影響整個系統(tǒng)的效果，下一節(jié)將介紹有關(guān)于這方面的選擇，這里就不做介紹。所以該方案雖然可以節(jié)約成本，但是具體實行難度頗大。這樣出現(xiàn)一個問題就是不能同時選中 FPS200 和存儲器件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 FS200 這片指紋傳感器價格相當(dāng)昂貴，零售價在 300 元以上，綜合上述原因，該方案可行性低。 FM—180 該模塊的市場價格在 200 元左右，雖然仍然很貴，但是同比市場上的指紋采集部分的芯片，它的性價比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后者。 通訊還有同步和異步之分。 單片機(jī)和 PC 機(jī)的通信 大多數(shù)的計算機(jī)設(shè)備都具有 RS232C 串行通訊接口，盡管它的性能指標(biāo)并非很好，但是 RS232C 借助與并行通訊口相比更多的寄存器，使用這些寄存器實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)的傳送及 RS232C 設(shè)備之 間的握手與流量控制。因此一些生產(chǎn)廠家對 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械特性進(jìn)行了簡化，使用 9 針標(biāo)準(zhǔn)連接口，即使用 DB9 型連接器。 最小系統(tǒng)電路 所謂的系統(tǒng)就是可以獨立實現(xiàn)某些 特定功能的一個產(chǎn)品。 23 圖 12 按鍵電路 模式指示燈 圖 13 指示燈 因為液晶要實時的顯示指紋識別的過程，所以工作模式是由 2 個指示燈來完成指示，通過軟件編寫其亮的方式和組合來指示各種工作狀態(tài)。這些接收器具有 1. 3V 的典型門限值及 0. 5V 的典型遲滯，而且可以接收士 30V 的輸入。 C 布局應(yīng)盡量滿足以下要求 :總的連線 盡可能短，關(guān)鍵信號線最短 。 ③ ．盡可能采用 45186。 再 檢測出斷線的部分。 （ 4） 蜂鳴器 最后調(diào)試的是蜂鳴器，寫入測 試程序后蜂鳴器沒有鳴叫。這樣的設(shè)計思路使我們對指紋識別原理和過程有了充分的認(rèn)識。 本文主要介紹設(shè)計指紋識別系統(tǒng)的硬件的過程，提出了以 MCU 和指紋識別模塊建立主從機(jī)通信模式，來完成指紋識別過程的設(shè)計思路。經(jīng)分析和嘗試得出，是上拉電阻太小的原因。表現(xiàn)為串口電路不工作。 ② ． 預(yù)先對要求比較嚴(yán)格的線（如高頻線）進(jìn)行布線，輸入端與輸 出端的邊線應(yīng)避免相鄰平行，以免產(chǎn)生反射干擾。 第 4 章 硬件電路制作和調(diào)試 繪制 PCB 板 布局要求 A 遵照“先大后小，先難后易”的布置原則，即重要的單元電路、核心元器件應(yīng)當(dāng)優(yōu)先布局。 MAX232 是一種雙組驅(qū)動器 /接收器，片內(nèi)含有一個電容性電壓發(fā)生器以便在單 5V 電源供電時提供 EIA/T 工 A232E 電平。 功能選擇電路 該模塊實現(xiàn)對指紋錄入，指紋比 對，指紋清除的功能選擇，工作過程是，單片機(jī)檢測到有相對的按鍵按下時，進(jìn)入相應(yīng)的工作的模式。電源選擇 DC5V 供電。 RS232C 規(guī)定使用 25 針標(biāo)準(zhǔn)連接口，采用 DB25 型連接器。在單片機(jī)內(nèi)部集成了一個串行通信 I/O部件 UART，支持全雙工串行通信，通過編程可以將 8位字節(jié)數(shù)據(jù)寫入 UART 中， UART 自動將改接的 8 位二進(jìn)制數(shù)變成串行數(shù)據(jù)，在不同時刻從 TXD引腳輸出發(fā)送；同時對于不同時刻從引腳 RXD輸入的串行數(shù)據(jù)， UART自動變換成字節(jié)，可以編程讀取后進(jìn)行處理。串行通信是將數(shù)據(jù)字節(jié)分成一位一位的形式在一條傳輸線上逐個地傳送。這些操作都是通過單片發(fā)送指令完成的。主機(jī)傳輸?shù)綇臋C(jī)采用的是串行通信耗時更是遠(yuǎn)大于 8 秒 。 通過 FPS200采集出來的一個指紋大小大概在 75KB左右，而 51單片機(jī)最多片外擴(kuò)展 64KB。后來我們?nèi)y試，唯一確定的是電源線和地線， 8根數(shù)據(jù)線，剩下的控制信號線，不能確定其作用。電源采用市場上市電轉(zhuǎn) 5V的直流電源。 *注釋 3：如背光和模塊共用一個電源，可以將模塊上的 JA、 JK 用焊錫短接。內(nèi)部自帶中文字庫，其顯示分辨率為 128 64，內(nèi)置 8192 個 16 16 點漢字，和 128 個 16*8 點 ASCII 字符集。內(nèi)部與電源地連接。 系統(tǒng)參數(shù)： F— 180 性能參數(shù)表 序號 指標(biāo)項目 技術(shù)參數(shù) 測試條件 1 供電電壓 — 2 正常工作電壓 120mA 3 峰值電流 150mA 4 指紋錄入時間 5 1:1 比對時間 特征提取 +指紋比對 6 1:900 搜索時間 2s 7 指紋存儲數(shù)量 最多支持 960 枚 8 認(rèn)假率 % 9 拒真率 % 10 指紋模板大小 512bytes 11 外部接口 UART 表 2 FM180 參數(shù)表 該模塊采用的是 PS1802一款高性能通用 DSP 控制器，同時也是一款全功能的指紋識別系統(tǒng)芯片（ SOC），工作主頻為 120MHz，峰值運算能力達(dá)到 480MIPS，內(nèi)嵌 156KB RAM， 96KB ROM，功耗小于 150mW（ 120MHz）。 13 圖 6 STC12C5A60S2內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 指紋識別模塊 FM180 FM180 亮背景光學(xué)頭指紋識別設(shè)備