畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于單片機(jī)的指紋識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-02-09 04:27 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 EPROM PC 13 和模版儲(chǔ)存等功能的智能型模塊。它通過(guò)與之相配套的指紋傳感器，可構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的指紋識(shí)別系統(tǒng)，或作為一個(gè)完整的外部設(shè)備。 該系統(tǒng)控制的核心是單片機(jī) 8051，因?yàn)橥ㄟ^(guò)比較 DSP 芯片，處理速度較快和存儲(chǔ)量較大，但性價(jià)比較低。而選取單片機(jī) 8051 主要原因是功耗低、可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系 統(tǒng)可繼續(xù)工作， 128x8bit內(nèi)部 RAM，能滿足設(shè)計(jì)要求。 指紋識(shí)別系統(tǒng)是一個(gè)典型的模式識(shí)別系統(tǒng)，包括指紋圖像獲取、處理、特征提取和比對(duì)等模塊。 通過(guò)指紋讀取設(shè)備讀取到人體指紋的圖像，然后要對(duì)原始圖像進(jìn)行初步的處理，使之更清晰，再通過(guò)指紋辨識(shí)軟件建立指紋的特征數(shù)據(jù)。軟件從指紋上找到被稱為“節(jié)點(diǎn)”（ minutiae）的數(shù)據(jù)點(diǎn)，即指紋紋路的分叉、終止或打圈處的坐標(biāo)位置，這些點(diǎn)同時(shí)具有七種以上的唯一性特征。通過(guò)計(jì)算機(jī)模糊比較的方法，把兩個(gè)指紋的模板進(jìn)行比較，計(jì)算出它們的相似程度，最終得到兩個(gè)指紋的匹配結(jié)果。 指紋 圖像獲取：通過(guò)專門的指紋采集儀可以采集活體指紋圖像。目前，指紋采集儀主要有活體光學(xué)式、電容式和壓感式。對(duì)于分辨率和采集面積等技術(shù)指標(biāo)，公安行業(yè)已經(jīng)形成了國(guó)際和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，但其他還缺少統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)采集指紋面積大體可以分為滾動(dòng)捺印指紋和平面捺印指紋，公安行業(yè)普遍采用滾動(dòng)捺印指紋。另外，也可以通過(guò)掃描儀、數(shù)字相機(jī)等獲取指紋圖像。 指紋圖像壓縮：大容量的指紋數(shù)據(jù)庫(kù)必須經(jīng)過(guò)壓縮后存儲(chǔ)，以減 14 少存儲(chǔ)空間。主要方法包括 JPEG、 WSQ、 EZW 等。 指紋圖像處理：包括指紋區(qū)域檢測(cè)、圖像質(zhì)量判斷、方向圖和頻率估計(jì)、圖像增強(qiáng)、指 紋圖像二值化和細(xì)化等。 紋型是指紋的基本分類，是按中心花紋和三角的基本形態(tài)劃分的。紋形從屬于型，以中心線的形狀定名。我國(guó)十指紋分析法將指紋分為三大類型，九種形態(tài)。一般，指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)將指紋分為弓形紋（弧形紋、帳形紋）、箕形紋（左箕、右箕） 斗形紋和雜形紋等。 指紋形態(tài) 指紋形態(tài)和細(xì)節(jié)特征提取：指紋形態(tài)特征包括中心（上、下）和三角點(diǎn)（左、右）等，指紋的細(xì)節(jié)特征點(diǎn)主要包括紋線的起點(diǎn)、終點(diǎn)、結(jié)合點(diǎn)和分叉點(diǎn)。 指紋比對(duì)：可以根據(jù)指紋的紋形進(jìn)行粗匹配，進(jìn)而利用指紋形態(tài)和細(xì)節(jié)特征進(jìn)行精確匹配，給出兩 枚指紋的相似性得分。根據(jù)應(yīng)用的不同，對(duì)指紋的相似性得分進(jìn)行排序或給出是否為同一指紋的判決結(jié)果。 15 指紋識(shí)別系統(tǒng)工作原理及硬件特性 工作原理：當(dāng)指紋傳感器收到指紋信息，將通過(guò)串口給單片機(jī)發(fā)送命令，單片機(jī)同意并接收相應(yīng)的信息，指紋傳感器采集的指紋轉(zhuǎn)換成 RGB 格式，并且數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，單片機(jī)通過(guò)存儲(chǔ)在 EEPROM 中的固化程序執(zhí)行大量的模式識(shí)別和圖像處理相關(guān)計(jì)算，當(dāng)用戶的指紋被確認(rèn)，單片機(jī)將命令執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，開(kāi)關(guān)開(kāi)。 硬件特性： 80C51 單片機(jī)是在 8051 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的， 8051單片機(jī)與 80C51 單片機(jī)從 外形看是完全一樣的，其指令系統(tǒng)、引腳信號(hào)、總線等完全一致（完全兼容），主要差別就在于芯片的制造工藝上。 80C51 的制造工藝是在 8051 基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)。 8051 系列單片機(jī)采用的是 HMOS 工藝：高速度、高密度； 80C51 系列單片機(jī)采用的是 CHMOS 工藝：高速度、高密度、低功耗；也就是說(shuō) 80C51 單片機(jī)是一種低功耗單片機(jī)。 指紋識(shí)別系統(tǒng)工作原理圖 16 指紋識(shí)別系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用 8051 作為指紋識(shí)別系統(tǒng)的核心處理器，使用單片機(jī)內(nèi)部的 4K 程序存儲(chǔ)器，接 +5V 電源。 復(fù)位電路則采用簡(jiǎn)單 RC 復(fù)位電路， 同時(shí)又可與一些需要復(fù)位的外圍電路相連，達(dá)到復(fù)位與單片機(jī)同步。 /EA/Vpp 為訪問(wèn)內(nèi)部或外部程序存儲(chǔ)器的選擇信號(hào) .由于 8051單片機(jī)有 4K 的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，又外接了 128Kx8 的 EEPROM 存儲(chǔ)器，故該引腳必須接 +5V 高電平 ./PSEN 為外部程序存儲(chǔ)器讀選通控制信號(hào) .此電路中無(wú)擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器 .故該腳懸空 . 串口通信接口設(shè)計(jì)采用 MAX232 實(shí)現(xiàn) TTL 與 RS232 的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)通信。 指紋識(shí)別系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì) 當(dāng)指紋識(shí)別系統(tǒng)工作時(shí)，需要 +5V 電源，為了使整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，在本設(shè)計(jì)中，將 220v 交流 電源到 +5V 直流電的轉(zhuǎn)換電路和識(shí)別控制器集成在一塊電路板上，其中的電路原理圖如圖 17 當(dāng) 220V 通過(guò)變壓器后，得到 10 伏電源 Vi，在電路的輸入端與公共地之間，加上經(jīng)整流后的不穩(wěn)定直流電壓 Vi，在輸出端便能得到固定的輸出電壓。為了改善紋波特性，在輸入端外接電容，一般 iC取值為 0. 33uF，并緊接在穩(wěn)壓塊的輸入端；在輸出端連接電容 0C ，這樣可以改善輸出電壓的紋波特性，一般 0C 選為 0. 1 uF 。輸入電壓 iV 的選擇依據(jù)是： m ax 0 2iiV V V V? ? ? 式中： maxiV —— 穩(wěn)壓塊允許的最大輸入電壓； 0V —— 穩(wěn)壓塊的輸出電壓； 2V—— 穩(wěn)壓塊輸入與輸出之間的最小壓差。 在輸入、輸出之間外接二極管 D1，可以起到輸出端路保護(hù)作用，防止輸出短路時(shí)負(fù)載電容向 7805 放電。 N Y 單片機(jī)的主程序流程圖 串口初始化 接收文件初始化 接收到文件否？ 調(diào)發(fā)送子程序 18 單片機(jī)主程序如下： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0023H AJMP RECE ORG 0040H MAIN： MOV SP， 60H MOV SCON， 50H ；串口初始化 MOV TMOD， 20H MOV TH1， 0F3H MOV TL1， 0F3H MOV PCON， 00H ；設(shè)置波特率 SETB TR1 ；啟動(dòng)定時(shí)器 1 SETB EA ；開(kāi)放中斷 SETB ES ；開(kāi)放串行中斷 L3： CLR 00H CLR 01H CLR 02H CLR 03H CLR 04H MOV R6， 00H MOV DPTR， 1000H L2： JB 03H， L1 SJMP L2 L1： ACALL SEND AJMP L3 在中斷服務(wù)子程序中，為區(qū)別所接收的信號(hào)是聯(lián)絡(luò)信號(hào)還是字節(jié)數(shù)、是數(shù)據(jù)還是校驗(yàn)和，需要設(shè)立不 同的標(biāo)志位，為此在可位尋址的 19 RAM 68128 中設(shè)定 位地址 00H 接收聯(lián)絡(luò)信號(hào)標(biāo)志位 01H 接收字節(jié)數(shù)標(biāo)志位 02H 接收數(shù)據(jù)標(biāo)志位 03H 接收文件結(jié)束標(biāo)志位 在初始化時(shí)，這些位均為 0。在中斷服務(wù)子程序中，將接收到的字節(jié)數(shù)存入 R7 中，接收的數(shù)據(jù)存入片外 RAM 從 1000H 開(kāi)始的單元中。 系統(tǒng)針對(duì)目前的指紋識(shí)別設(shè)別存儲(chǔ)量小、處理速率慢的現(xiàn)狀，采用高性能的 51 系統(tǒng)單片機(jī)作為處理核心，實(shí)際實(shí)現(xiàn)了一款高性能的網(wǎng)絡(luò)指紋采集識(shí)別終端。系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)處理服務(wù)器海量存儲(chǔ)及處理速度高，可實(shí)現(xiàn)快速?gòu)?fù)雜匹配算法的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)采集蘇率高，識(shí)別性能好。系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用月各類企業(yè)考勤應(yīng)用。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成題目要求但還存在不足之處。由于單片機(jī) flash 容量有限，在指紋存儲(chǔ)數(shù)目上較少，只能錄入三個(gè)指紋 ，并進(jìn)行比對(duì)。 通過(guò)方案論證、資料查詢及電路設(shè)計(jì)和反復(fù)調(diào)試，不斷的解決 電路調(diào)試過(guò)程中的問(wèn)題，最終在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。本設(shè)計(jì)由于水平有限，電路及程序設(shè)計(jì)還有需要改進(jìn)的地方，在今后的學(xué)習(xí)和研究中，將繼續(xù)改進(jìn)完善。 另外在調(diào)試過(guò)程中，以保證作品實(shí)現(xiàn)功能準(zhǔn)確為前提，盡量做到電路簡(jiǎn)單、美觀、效果好、成本低，以增強(qiáng)其實(shí)用價(jià)值。 本設(shè)計(jì)最終可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)指紋錄入、比對(duì)和模擬開(kāi)鎖的過(guò)程，但存儲(chǔ)指紋數(shù)目有待進(jìn)一步的研究開(kāi)發(fā)。 20 【 1】《單片機(jī)原理及接口技術(shù)（第 2 版）》主編：李全利 高等教育出版社 【 2】《 MCS51 系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù) 》主編：李華 北京航空航天大學(xué)出版社 【 3】《 民用指紋識(shí)別技術(shù) 》主編： 柴曉光 人民郵電出版社 【 4】《 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真調(diào)試 》主編： 嚴(yán)天峰 北京航空航天大學(xué)出版社 【 5】《單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》主編：周立民 北京航空航天大學(xué)出版社 【 6】《檢測(cè)與控制技術(shù)》主編：李貴山 西安電子科技大學(xué)出版社 【 7】《傳感器實(shí)用電路設(shè)計(jì)》主編：黃賢武 電子科技大學(xué)出版社 【 8】《
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