【正文】 采用光學(xué)指紋傳感器，由高性能 DSP 處理器和 FLASH 等芯片構(gòu)成，具有指紋圖像處理、模板提取、模板匹配、指紋搜索和模板存儲(chǔ)等項(xiàng)功能。 ③指紋采集過程中由于壓力不均，造成圖像的扭轉(zhuǎn)，拉伸和形變。 指紋匹配 目前匹配的方法有：圖像相關(guān)匹配、紋理特征匹配、紋線匹配和細(xì)節(jié)點(diǎn)匹配 [12]。前者整個(gè)圖像采用一個(gè)門限，對(duì)輸入圖像要求高，要求圖像灰度均衡；后者則是根據(jù)不同區(qū)域選用不同門限，對(duì)輸入圖像要求不高。圖像處理的目的就是利用信號(hào)處理技術(shù)剔 除圖像中得各種噪聲，把它轉(zhuǎn)化為圖像清晰的二值化 圖像，以便提取正確的特征信息。而另外一種光學(xué)取 像 設(shè)備則是利用微型三棱鏡，把他安裝在彈性的平面 上，當(dāng)手指按在上面由于脊谷壓力不同，而改變微型棱鏡的表面。不管他們是怎么組成的，至今仍然沒有一種模板的標(biāo)準(zhǔn)，也沒有公布一種抽象的算法。指紋在圖案、端點(diǎn)和交叉點(diǎn)上各不相同的，也就是“特征”，這些特征每個(gè)人每個(gè)手指都不相同，根據(jù)指紋的唯一性和可靠性，我們就把一個(gè)人和他的指紋一一對(duì)應(yīng)起來，通過比對(duì)指紋特征和預(yù)先保存的指紋特征，就可以驗(yàn)證他的身份。 (ii)分叉點(diǎn)：一條紋路在此分成兩條或多條紋路。 指紋特征可以分為全局特征、局部特征和細(xì)微特征。 指紋的相關(guān)概念 （ 1）指紋： 指頭表面 凹凸 紋線。是人類進(jìn)化過程式中自然形成的。如此一來，一方面使勁向上攻，一方面被迫往下撤，導(dǎo)致表皮長得曲曲彎彎，坑洼不平，形成紋路。 論文內(nèi)容安排 本文以指紋識(shí)別系統(tǒng)的指紋識(shí)別原理和硬件設(shè)計(jì)、制作為研究主體，針對(duì)指紋識(shí)別系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)提出多種設(shè)計(jì)方案。 指紋識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)主要有兩種，即嵌入式系統(tǒng)和基于 PC機(jī)的桌面應(yīng)用系統(tǒng)。這一研究發(fā)現(xiàn)使得指紋正式在犯罪鑒別中得以應(yīng)用。虹膜識(shí)別通過對(duì)比虹膜圖像特征之間的相似性來確定人們的身份，其核心是使用模式識(shí)別、圖像處理等方法對(duì)人眼睛的虹膜特征進(jìn)行描述和匹配，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的個(gè)人身份認(rèn)證。紋線的起點(diǎn)、終點(diǎn)、結(jié)合點(diǎn)和分叉點(diǎn)，稱為指紋的細(xì)節(jié)特征點(diǎn)。 由于本系 統(tǒng)采用的是單片機(jī)作為主控 MCU，所以在實(shí)時(shí)性，擴(kuò)展性上受到了極大的限制，但是也有它自身的突出的優(yōu)點(diǎn)和意義，那就是以最簡單的，處理數(shù)據(jù)能低的 MCU 完成了指紋識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)該具備功能。生物識(shí)別技術(shù)開始走進(jìn)安全系統(tǒng)，指紋識(shí)別作為生物識(shí)別的一種已經(jīng)獲得 了廣泛的應(yīng)用。系統(tǒng)采用的是增強(qiáng)型 51單片機(jī) STC12C5A60S2 作為主控芯片，而 FM— 180指紋識(shí)別模塊作為指紋采集和處理的核心。 關(guān)鍵詞： 指紋識(shí)別 STC12C5A60S2 FM— 180 硬件 2 Design being based on Singlechip Fingerprint Identification System （ hardware） Abstract With the rapid development of science and technology, the safety of traditional security system bee more and more weak and the automatic fingerprint recognition technology is superior in confidentiality and error rate. Therefore the automatic fingerprint recognition technology has been widely applied to those kinds of area where need identification .This article illustrates the fingerprints and fingerprint identification system and on this basis, we focus on the hardware design and the fabrication of the fingerprint identification system. The System employs the enhanced 51 MCU STC12C5A60S2 as the main control chip and the FM180 fingerprint module as the core of the fingerprint collection and processing. By the munication of MCU and FM180 ,it could finish fingerprint39。 ②唯一性， 人與人之間的指紋是不同，可以作為身份的識(shí)別。 由于人體特征具有人 所固有的不可復(fù)制的 唯一性，這一生物密鑰無法復(fù)制，失竊或被遺忘，利用生物識(shí)別技術(shù)進(jìn)行身份認(rèn)定，安全、可靠、準(zhǔn)確。 2 手掌幾何學(xué)識(shí)別 手掌幾何學(xué)識(shí)別就是通過測量使用者的手掌和手指的物理特征來進(jìn)行識(shí)別，高級(jí)的產(chǎn)品還可以識(shí)別三維 圖像 。視網(wǎng)膜識(shí)別的優(yōu)點(diǎn)就在于它是一種極其固定的生物特征 ， 不可能受到磨損，老化等影響，因?yàn)橐暰W(wǎng)膜是不可見的，故而不會(huì)被偽造。 90年代后期，低價(jià)位取 像 設(shè)備的引入及其飛速發(fā)展，可靠的比對(duì)算法的 發(fā)現(xiàn)為個(gè)人 身份識(shí)別應(yīng)用的增長提供了舞臺(tái)。 指紋識(shí)別研究現(xiàn)狀 我國在研制指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)方面起步較晚，直到 80年代初才開始進(jìn)行，近幾十年來，國內(nèi)外越來越多的研究機(jī)構(gòu)和人員在對(duì)指紋識(shí)別的各個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行研究；越來越多的公司從事指紋身份鑒別產(chǎn)品的開發(fā)和銷售。 第二章：對(duì)研究對(duì)象 — 指紋進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，然后說明了自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)的原理。 是皮下組織對(duì)指肚表皮頂壓 的方向 不同造就了這不同的類型。潛伏指紋往往是手指先接觸到油脂、汗液或塵埃后，再接觸到干凈的表面而留下，雖然肉眼無法看到這些指紋，但是經(jīng)過特別的方法及使用一些特別的化學(xué)試劑加以處理，即能顯現(xiàn)出這些潛伏的指紋。 （ 4）谷線： 兩個(gè)脊線之間低陷的部分。 （ iv）三角點(diǎn)： 三角點(diǎn)是指紋圖像中三角形紋路區(qū)域的中心點(diǎn)，離該點(diǎn)最近的三條指紋紋線構(gòu)成一個(gè)近似等邊三角形，三角點(diǎn)提供了指紋紋路計(jì)數(shù)和跟蹤的起始位置 。 (v)短紋：一條較短但不至于成為一點(diǎn)的紋路。首先通過指紋采集設(shè)備采集到人的指紋圖像，并對(duì)原始的圖像進(jìn)行簡單的處理，是指紋圖像的特征信息更清晰明顯。 圖像輸入設(shè)備是指紋識(shí)別系統(tǒng)的先導(dǎo)硬件，它具有圖像輸入和數(shù)字化雙重功能 。當(dāng)手指放在它上面時(shí)構(gòu)成了電容傳感器的另一面，由于指紋凹凸距離半導(dǎo)體不同而造成電容值不同，把電容值轉(zhuǎn)化為電壓值并記錄下來就能得到指紋的灰度圖像。普通的濾波方法如低通濾波、邊緣增強(qiáng)等對(duì)噪聲的濾除效果不是很好。全局特征表述了指 紋紋線的走向，主要表現(xiàn)在奇異點(diǎn)，就是紋線方向變化較大的點(diǎn)，就是三角點(diǎn)和核心點(diǎn)，他們比起細(xì)節(jié)特征更加穩(wěn)定可靠，是指紋特征匹配和指紋分類的重要依據(jù)。細(xì)節(jié)特征匹配充分利用了指紋在細(xì)節(jié)點(diǎn)上的差異，因此簡單準(zhǔn)確得到了廣泛的應(yīng)用。內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路， 2 路 PWM， 8 路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。 ● 算法性能優(yōu)異 FM180 指紋識(shí)別設(shè)備算法根據(jù)光學(xué)頭成像原理另行設(shè)計(jì)。模塊與用戶設(shè)備的串行通訊時(shí)，接口 J1引腳定義如下： FM180 引 腳功能表 表 3 引腳功能 引腳號(hào) 名稱 類型 功能描述 1 VCC IN 電源正輸入端（顏色：紅） 2 TXD OUT 串行數(shù)據(jù)輸出。注意寫記事本某一頁的時(shí)候，該頁 32 字節(jié)的內(nèi)容被整體寫入，原來的內(nèi)容被覆蓋?？娠@示 8 4 行 16 16 點(diǎn)陣的漢字。 17 該系統(tǒng)的控制核心是 51系列單片機(jī) STC12C5A60S2，通過與 DSP 比較，雖然在數(shù)據(jù)處理方面的能力和存儲(chǔ)容量上不及 DSP，但是 51系列單片機(jī)的性價(jià)比高，另外就是它的功耗低，在空閑狀態(tài)時(shí)可以通過軟件設(shè)置成省電模式。 圖 8 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 方案設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖，結(jié)合功能要求和手上現(xiàn)有的材料器件，提出了關(guān)于三種實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別的設(shè)計(jì)方案，下面將一一為大家介紹。 （ 2） 方案二 指紋采集的部分是選用富士通的電容式傳感器 FPS200。解決辦法是選用 3片單片組成 主從機(jī) ，其中主機(jī)片負(fù)責(zé)采集和傳輸，從機(jī) 1 負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和處理指紋，從機(jī) 2負(fù)責(zé)存儲(chǔ)處理后的數(shù)據(jù)。 （ 3） 方案三 指紋 采集部分是用的是 FM— 180 指紋識(shí)別模塊。 通過比較上述三種方案，綜合考慮各方面因素，我們選擇方案三，選擇其原因是其原理簡單，能方便的實(shí)現(xiàn)，性價(jià)比高。同步通信時(shí)要建立發(fā)送方時(shí)鐘對(duì)接收方時(shí)鐘的直接控制，使雙方達(dá)到完全同 步。從而使 RS232C 串行通訊協(xié)議僅需 3 根線便可在兩個(gè)數(shù)字設(shè)備之間全雙工的傳送數(shù)據(jù)。由于 RS232C 發(fā)送端與接收端之間的信號(hào)傳遞采用多芯信號(hào)線，而多芯信號(hào)線的總負(fù)載電容不能超過2500PF，所以 RS232C 的信號(hào)傳輸距離為十幾米。單片的最小系統(tǒng)，或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指利用單片自身的資源，用最少的輔助元件組成一個(gè)可以工作的系統(tǒng)。 液晶顯示驅(qū)動(dòng)電路 根據(jù)前面介紹的液晶 12864，設(shè)計(jì)出液晶驅(qū)動(dòng)電路如圖所示，其中 V0 端口 24 是亮度調(diào)節(jié)，由于液晶的該管腳被損壞所以該管 腳就懸空處理。每個(gè)驅(qū)動(dòng)器將TTL/CMOS 輸入電平轉(zhuǎn)換為 EIA/TIA232E 電平。高電壓、大電流信號(hào)與小電流，低電壓的弱信號(hào)完全分開；模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)分開；高頻信號(hào)與低頻信號(hào)分開；高頻元器件的間隔要充分。的折線布線，不可使用 90186。解決的辦法是用焊錫拖一層錫使其導(dǎo)通。測其兩端電壓為 伏，經(jīng)仔細(xì)嘗試和分析，得出的結(jié)論 是兩端電壓不夠，解決辦法是把封面器到電源的電阻去掉，用導(dǎo)線代替， 改了之后 ， 蜂鳴器可以使用。但是仍然存在弊端：對(duì)具體的指紋算法實(shí)現(xiàn)我們是不知道，而指紋算法是指紋 識(shí)別的關(guān)鍵，所以這方面還做得不足。原因是采集設(shè)備多式多樣，造成圖像質(zhì)量也是千差萬別，采集時(shí)手指的皮膚狀況也難以保證，這就對(duì)指紋算法提出很好的要求。 （ 3） 液晶只有背光沒有顯示 單片機(jī)上電之后，寫入液晶測試程序，發(fā)現(xiàn)液晶只有背光沒有顯示。 （ 1） 電路不通 由于在制作電路板的時(shí)候腐蝕的時(shí)候腐蝕不均勻，造成板子上有一部分腐蝕的較為厲害出現(xiàn)斷線的情況。在條件允許的范圍內(nèi)，盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是：地線＞電源線＞信號(hào)線 。其主電路見附錄。 串口電路 這 部分的電路主要是用于單片機(jī)和 PC 機(jī)通信，由于電腦串口出來的是RS232 電平，而單片機(jī)采用的是 TTL 邏輯電平，如果直接相連，電平不匹配無法完成通信故需要一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路： 25 圖 16 串口電路 在設(shè)計(jì)單片機(jī)和 PC 機(jī)的硬件電路時(shí)，使用 MAX232 芯片實(shí)現(xiàn) TTL 電平和 PC 機(jī) RS232 電平的轉(zhuǎn)換，使用該芯片使電路外圍電路簡單，工作可靠。所以當(dāng)按鍵 S1 按下時(shí)單片機(jī)復(fù)位。 硬件電路設(shè)計(jì) 根據(jù)圖和方案三的設(shè)計(jì)思路，指紋識(shí)別系統(tǒng)采用 STC12C5A60S2 作為主控芯片， FM— 180 指紋模塊，配合其他外電路，其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 10 所示： 圖 10 指紋識(shí)別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 工作過程： 通過按鍵選擇 FM— 180 工作狀態(tài)，有指紋錄入，指紋比對(duì)，清除指紋庫三種狀態(tài)分別對(duì)應(yīng) 3 個(gè)按鍵，系統(tǒng)上電后選擇工作模式；單片機(jī)則發(fā)出對(duì)應(yīng)的指令給 FM— 180， FM— 180 接收到對(duì)應(yīng)的指令后進(jìn)行相應(yīng)的操作，然后把操作提示或者操作的結(jié)果返給單片機(jī)做出顯示，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出相應(yīng)的不同的聲音給予提醒。也可采用 MAX232 芯片實(shí)現(xiàn)兩對(duì) TTL/CMOS 電平與 RS232C 電平的轉(zhuǎn)換。 這里 FM180和單片的通訊方式是異步串行通信模式。并行通信控制簡單、傳輸速度快；由于傳輸線較多，長距離傳送時(shí)成本高且接收方的各位同時(shí)接收存在困難。工作過程：手指按在模塊上時(shí)，單片機(jī)發(fā)送采集指令，指紋就采集到模塊內(nèi)并存儲(chǔ)起來，接下來單片就 發(fā)送提取指紋特征指令給模塊，由于識(shí)別模塊內(nèi)嵌 DSP，所以大大提高了數(shù)據(jù)處理的能力，經(jīng)過 特征碼處理的模板就可以存儲(chǔ)、比對(duì)、刪除等 功能操作。通過理論計(jì)算如果采用 51單片機(jī)就僅采集一個(gè)指紋就需要耗時(shí) 8秒左右，過程必須保證手指在傳感器不能移動(dòng)。它具有 500DPI 的分辨率，能進(jìn)行 AD轉(zhuǎn)換。我們?cè)?網(wǎng)上 找 關(guān)于該采集頭的資料，但是由于該考勤機(jī)出產(chǎn)很久，沒能找到很詳細(xì)的 資料不能確定 每根 信號(hào)線 的作用。其結(jié)構(gòu)框圖如圖 8所示，系統(tǒng)中的 MCU采用增強(qiáng)型 51單片機(jī)，它是整個(gè)部件的控制核心。 *注釋 2：模塊內(nèi)部接有上電復(fù)位電路，因此在不需要經(jīng)常復(fù)位的場合可將該端懸空。 12864 液晶顯示器介紹 12864 液晶顯示器，具有 4 位 /8 位并行、 2 線或 3 線串行多種接口方式。（顏色：白） 4 GND — 信號(hào)地。 ● 使用方便 14 可直接連在 PC的 USB口上使用，無需任 何其它轉(zhuǎn)接設(shè)備。 STC12C5A60S2 單片機(jī)包含了數(shù)據(jù)采集和控制