【正文】 ............................................................................................ 24 串口電路 ................................................................................................................ 24 第 4 章 硬件電 路制作和調(diào)試 ............................................................................................... 26 繪制 PCB 板 ................................................................................................................ 26 布局要求 ................................................................................................................ 26 布線要求 ................................................................................................................ 26 制作和調(diào)試 ................................................................................................................... 26 第 5 章 總 結(jié) ................................................................................................................... 28 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................. 29 致 謝 ................................................................................................................................. 29 附 錄 一 ..................................................................................................................... 30 附 錄 二 ....................................................................................................................... 30 1 第 1 章 緒 論 課題的背景和意義 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我們的生活中常常需要身份確認(rèn)。 ③終生不變性 [1]， 非意外事故發(fā)生終身不變。目前已經(jīng)出現(xiàn)了許多生物識別技術(shù)，如指紋識別、手掌幾何學(xué)識別 [3]、虹膜識別 [3]、視網(wǎng)膜識別 [3]、面部識別、簽名識別、聲音識別等，但其中一部分技術(shù)含量高的生物識別手段還處于實驗階段。 靜脈識別 靜脈識別系統(tǒng)就是首先通過靜脈識別儀獲 得個人靜脈分布圖，從靜脈分布圖依據(jù)專用比對算法提取特征值，通過紅外線 CMOS攝像頭獲取手指靜脈、手掌靜脈、手背靜脈的圖像，將靜脈的數(shù)字圖像存貯在計算機(jī)系統(tǒng)中，將特征值存儲。 指紋識別技術(shù)概述 人手的指紋即為手指皮膚上的花紋，它是人的一種生物特征。 21世紀(jì)，指紋識別技術(shù)已經(jīng)基本成熟，研究方向也開始轉(zhuǎn)向最求高效，快速的指紋算法。就目前的發(fā)展?fàn)顩r來看，自動指紋識別系統(tǒng)已經(jīng)由大型計算機(jī)處理、微機(jī)處理發(fā)展到嵌入式處理階段。 第三章：介紹了指紋識別系統(tǒng)的硬件設(shè)計，包括設(shè)計方案，和相關(guān)器件，最后給出設(shè)計電路。研究表明，如果某人指頭肚高而圓，其指紋的紋路將是螺旋型。鑒識人員最常接觸到的指紋是潛伏紋。 （ 5）細(xì)節(jié)特征： 指紋中出現(xiàn)的各種特征，例如最常用的就是脊線端點和分叉點。 核心點和三角 點統(tǒng)稱為奇異點。 (vi)環(huán)點：一條紋路分成兩條后又立即合成一條，這樣形成的一個小環(huán)稱為環(huán)點。然后，指紋特征提取算法建立指紋的特征數(shù)據(jù)，這是不可逆的轉(zhuǎn)換，可以從指紋圖像轉(zhuǎn)換到特征數(shù)據(jù)，但不可以從特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到指紋圖像，兩枚不同的指紋產(chǎn)生不同的特征數(shù)據(jù)。目前市場常見的指紋采集可以分為光學(xué)式取 像設(shè)備、電容式取像 設(shè)備和超聲掃描。由于傳感器容易受到靜電干擾，易損壞，不如光學(xué)式的經(jīng)用耐磨。因為指紋紋線具有一定的方向和頻率，在頻域看來就是紋線頻譜處于某一 特定的位置和方向上。局部細(xì)節(jié)特征主要包括了端點和分叉點，目前主要的提取方法分三類： 從細(xì)化圖像上提?。喊阎讣y圖像二值化、細(xì)化后，分析指紋紋線‘骨架’上 8個相鄰的像素點取值來判斷細(xì)節(jié) 點 的類型和位置，再通過該點和紋線的連線 10 來計算其方向。 細(xì)節(jié)點匹配通常把匹配模板和待匹配的細(xì) 節(jié)點集對齊，設(shè)定匹配規(guī)則，統(tǒng)計二者對應(yīng)的細(xì)節(jié)點相同的個數(shù)來衡量他們的相似度。 8051 CPU， 1T，單時鐘 /機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051； ： STC12C5A60S2 系列工作電壓： （ 5V單片機(jī)） ： 0 35MHz，相當(dāng)于普通 8051的 0～ 420MHz； 8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K字節(jié)； 11 1280 字節(jié) RAM； I/O 口（ 36/40/44 個），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051傳統(tǒng) I/O口），可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉，推挽 /強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏，每個 I/O 口驅(qū)動能力均可達(dá)到 20mA，但整個芯片最大不要超過55 mA； 7. ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器 可通過串 口（ ）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片； EEPROM功能 (STC12C5A62S2/AD/PWM 無內(nèi)部 EEPROM)； 9. 看門狗； MAX810 專用復(fù)位電路（外部晶體 12M 以下時，復(fù)位腳可直接 1K電阻到地）； :在 口有一個低壓門檻比較器， 5V 單片機(jī)為，誤差為 +/5%, 單片機(jī)為 ，誤差為 +/3%； ：外部高精度晶體 /時鐘，內(nèi)部 R/C振蕩器 (溫漂為 +/5%到 +/10%以內(nèi) ) 1用戶在下載用 戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部 R/C振蕩器還是外部晶體 /時鐘，常溫下 內(nèi)部 R/C 振蕩器頻率為： 單片機(jī)為： 11MHz～ ， 單片機(jī)為： 8MHz～ 12MHz，精度要求不高時，可選擇使用內(nèi)部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，以實際測試為準(zhǔn)； 4個 16位定時器 兩個與傳統(tǒng) 8051 兼容的定時器 /計數(shù)器 ,16位定時器 T0和 T1，沒有定時器 2，但有獨立波特率發(fā)生器 做串行通訊的波特率發(fā)生器 再加上 2 路 PCA模塊可再實現(xiàn) 2個 16位定時器； 14. 2個時鐘輸出口，可由 T0的溢出在 ，可由 T1的溢出在 ； I/O口 7路 ,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷 ,并新增支持上升沿中斷的 PCA 模塊， Power Down 模式可由外部中斷喚醒，INT0/,INT1/,T0/, T1/, RxD/,CCP0/(也可通過寄存器設(shè)置到 ), CCP1/ (也可通過寄存器設(shè)置到 )； 16. PWM(2路） /PCA（可編程計數(shù)器陣列 ,2路）： —— 也可用來當(dāng) 2路 D/A使用 —— 也可用來再實現(xiàn) 2個定時器 —— 也可用來再實現(xiàn) 2個外部中斷 (上升沿中斷 /下降沿中斷均可分別或同時支持 )； , 10 位精度 ADC，共 8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá) 250K/S(每秒鐘 25萬次 ) (UART)，由于 STC12系列是高速的 8051，可再用 12 定時器或 PCA軟件實現(xiàn)多串口； 19. STC12C5A60S2 系列有雙串口，后綴有 S2 標(biāo)志的才有雙串口，RxD2/(可通過寄存器設(shè)置到 )， TxD2/(可通過寄存器設(shè)置到)； ： 40 +85℃ (工 業(yè)級 ) / 0 75℃ (商業(yè)級 )：PDIP40,LQFP44,LQFP48 I/O 口不夠時，可用 2 到 3 根普通 I/O 口線外接 74HC164/165/595（均可級聯(lián)）來擴(kuò)展 I/O口 , 還可用 A/D做按鍵掃描來節(jié)省I/O口，或用雙 CPU,三線通信，還多了串口。算法對變形、質(zhì)量差指紋均有較好的校正和容錯性能。 TTL 邏輯電平。 FM180 是完整的指紋識別模塊，不需掛接任何外圍部件，模塊始終處于從屬地位（ Slave mode），主機(jī)（ Host）需要通過不同的指令讓模塊完成各種功能。也可完成圖形顯示?？臻e狀態(tài)時， CPU 暫停工作，中斷系統(tǒng)、串口及定時器模塊繼續(xù)工作。根據(jù)設(shè)計題目基于單片機(jī)的指紋 系統(tǒng)的設(shè)計，可知，系統(tǒng)采用的是單片機(jī)最為控制器件，對比 DSP、FPGA它具有低功耗、性價比高的優(yōu)點。 FPS200 是由256*300的傳感器陣列組成的，支持三種數(shù)據(jù)傳輸方式： 8位的系統(tǒng)總線、集成的全速 USB和集成的 SPI。其結(jié)構(gòu)框圖如圖 9： 圖 9方案三硬件 結(jié)構(gòu)框圖 工作過程： 當(dāng)有手指按在傳感器上時， FPS200 給主機(jī)一個中斷信號，開始傳送經(jīng)過AD 轉(zhuǎn)化的指紋數(shù)據(jù)，接著把接收的數(shù)據(jù)通過串行通信的方式傳送到從機(jī) 1，從機(jī) 1 把數(shù)據(jù)存儲在 RAM 中；接著從機(jī) 1 就處理指紋數(shù)據(jù)，最后又把處理后的指紋數(shù)據(jù)傳給從機(jī) 2 寫入 SRAM 中固化下來，形成一個指紋數(shù)據(jù)庫。該模塊集成了圖 8 所示的指紋采集和指紋存儲，并且能夠完成指紋特征提取，比對，驗證等功能。 通訊協(xié)議 單片機(jī)和 FM180 的通信 通信有并行通信和串行通信兩種方式。此時，傳輸數(shù)據(jù)的位之間的距離均為“位間隔”的整數(shù)倍，同時傳送的字符間不留間隙，即保持位同步關(guān)系，也保持字符同步關(guān)系。 1． RS232C 通訊協(xié)議 RS232C 的每個腳線的信號和電 平 規(guī)定采用負(fù)邏輯電平， DC (15V~5V )規(guī)定為邏輯“ 1”， DC(+5V~+15V)規(guī)定為邏輯“ 0”， DC(5V~+5Y)規(guī)定為過渡區(qū)。 2． RS232C 接口功能特性及連接 使用 9 針或 25 針的連接器將 RS232C 串行口的信號傳送到其他通訊設(shè)備，連接器各信號線定義及功能如表 5。一個單片機(jī)，配其必需的外圍電路包括電源，復(fù)位，晶振，然后有一個簡單的啟動程序，即構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)。 圖 14 液晶驅(qū)動電路 蜂鳴器驅(qū)動電路 蜂鳴器采用的是有源蜂鳴器，蜂鳴器起到提醒報警作用，由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的 I/O 口是無法直接驅(qū)動的，所以要利用放大電路來驅(qū)動，一般使用三極管來放大電流就可以了。工作溫度范圍為 0℃至70℃。 D 相同結(jié)構(gòu)電路部分，盡可能采用 “對稱式 ”標(biāo)準(zhǔn)布局 。折線，以減小高頻信號的輻 射。 （ 2） 串口的接口 把電路調(diào)了之后發(fā)現(xiàn)串口部分仍然不能工作，仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)原來在封裝接口的時候，封裝出現(xiàn)問題，把管腳號順序接錯了。 在調(diào)試通了每一塊電路之后，整個電路板也就調(diào)通了，剩下的工作就是配合軟件部分就可以完成整個系統(tǒng)功能的實現(xiàn)。 29 參考文獻(xiàn) [1]田捷，楊鑫．生物特征識別技術(shù)理論與應(yīng)用 [M]．北京：電子工業(yè)出版社， 2022． [2]Biometrie Market Report 2022— 2022． [3 [4]劉少聰．新指紋學(xué)．安徽：安徽人民出版社， 1984． [5]劉文星，王肇圻，母國光．紋線跟蹤及其在細(xì)化指紋后處 理中的應(yīng)用 [J]．光電子 ,激光， 2022， 13(2)： 184~187． [6]謝立鋒 ,陳靈梟 .淺談指紋識別基本原理 [J].技術(shù)與市場 ,:4445 [7]郭桂容．模糊模式識別 [M]．長沙：國防科技大學(xué)出版社， 1993． [8]林國清，李見為，王崇文．指紋圖像預(yù)處理方法的研究 [J]．光電工程， 2022， 29(5)：56— 58 [9]林國清，李見為，王崇文．指紋圖像預(yù)處理方法的研究 [J]．光電工程， 2022， 29(5)：56— 58． [10]王業(yè)琳 ,寧新寶 ,尹義龍 .指紋圖像細(xì)化算法的研究 [J].南京 大學(xué)學(xué)報 :自然科學(xué)版 ,202