【正文】 數(shù)為：19200bps（缺?。o效驗位、一個起始位、一個停止位。命令（CMD）由8個或以上字節(jié)組成（CMD為0x3格式的命令由8個基本命令字節(jié)加若干數(shù)據(jù)字節(jié)組成，非0x3格式的命令僅含8個基本命令字節(jié)）?；久罡袷剑旱?字節(jié)為頭標(biāo)識(HEAD)，固定為0xFE。第2字節(jié)為設(shè)備號(CH)，一般為0x00。第3字節(jié)為命令代碼(CODE)，用來放命令代碼。第5字節(jié)為參數(shù)代碼P1，P2。第6字節(jié)為輔助參數(shù)代碼P3。第7字節(jié)為效驗和(CHK)，用于存放第2字節(jié)至第6字節(jié)之異或值。第8字節(jié)為尾標(biāo)識(END) ，固定為0xFD。應(yīng)答(ACK)一般為8個或以上字節(jié)組成，基本格式：第1字節(jié)為頭標(biāo)識(Head) ，固定為0xFE。第2字節(jié)為設(shè)備號(CH)，一般為0x00H。第3字節(jié)為應(yīng)答代碼(CODE)，用來放應(yīng)答代碼。第5字節(jié)為參數(shù)代碼P1，P2。第6字節(jié)為應(yīng)答參數(shù)代碼AP。第7字節(jié)為效驗和(CHK)，用于存放第2字節(jié)至第6字節(jié)之異或值。第8字節(jié)為尾標(biāo)識(END) ，固定為0xFD。 ATmega16 單片機介紹ATmega16是基于增強的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達1MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。ATmega16有如下特點:16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時讀寫的能力，即RWW)；512字節(jié)EEPROM；1K字節(jié)SRAM；32個通用I/O口線；32個通用工作寄存器；用于邊界掃描的JTAG接口；支持片內(nèi)調(diào)試與編程；三個具有比較模式的靈活的定時器/計數(shù)器(T/C)；片內(nèi)/外中斷；可編程串行USART；有起始條件檢測器的通用串行接口；8路10位具有可選差分輸入級可編程增益(TQFP封裝)的ADC；具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器；一個SPI串行端口；以及六個可以通過軟件進行選擇的省電模式；工作于空閑模式時CPU 停止工作；而USART、兩線接口、A/D轉(zhuǎn)換器、SRAM、T/C、SPI端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時器繼續(xù)運行，允許用戶保持一個時間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)；ADC噪聲抑制模式時終止CPU和除了異步定時器與ADC以外所有I/O模塊的工作，以降低ADC轉(zhuǎn)換時的開關(guān)噪聲等。由于ATmega16具有上述比其它8位單片機優(yōu)異的性能，因此本指紋系統(tǒng)使用此款單片機做為上位機。 指紋識別系統(tǒng)的硬件設(shè)計指紋識別系統(tǒng)上位機的任務(wù)是：掃描鍵盤是否有按鍵按下，如果有按鍵按下則根據(jù)按鍵執(zhí)行命令，通過USART向指紋處理模塊發(fā)送控制命令，之后通過液晶屏顯示執(zhí)行結(jié)果。指紋識別系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖如圖33所示：MRB200指紋模塊ATmega16液晶顯示鍵盤指紋處理單元傳感器采集單元圖33 指紋識別系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖通訊接口電路MRB200指紋模塊采用UART通訊方式，接口PIN1為地，PIN2為異步串口入，PIN3為異步串口出，PIN4為手指采集狀態(tài)指示(輸出)， PIN5為睡眠狀態(tài)控制(輸入)，PIN6為電源輸入(4～)，因此PINPIN3分別要接mega16的PIN15(TXD)、PIN14(RXD)，PINPIN5可以任接2個閑置的引腳。復(fù)位電路Mega16已經(jīng)內(nèi)置了上電復(fù)位設(shè)計，故AVR外部的復(fù)位線路在上電時，可以設(shè)計得很簡單：直接拉一只10K的電阻到VCC即可。為了可靠，、雜波。D1(1N4148)的作用有兩個：作用一是將復(fù)位輸入的最高電壓鉗在Vcc+ 左右，另一作用是系統(tǒng)斷電時，將R1(10K)電阻短路，讓C1快速放電，讓下一次來電時，能產(chǎn)生有效的復(fù)位。當(dāng)AVR在工作時，按下S0開關(guān)時，復(fù)位腳變成低電平，觸發(fā)AVR芯片復(fù)位。 圖34 通訊接口電路圖 圖35 復(fù)位電路顯示電路液晶顯示具有信息量大、整潔美觀點特點，本系統(tǒng)選用液晶模塊做為人機交互的界面。中文液晶顯示模塊LCMxxZK的字型ROM 內(nèi)含8192個16*16 點中文字型和128個16*8 半寬的字母符號字型。另外繪圖顯示畫面提供一個64*256 點的繪圖區(qū)域GDRAM)， 而且內(nèi)含CGRAM 提供4組軟件可編程的16*16 點陣造字功能。電源操作范圍寬( to )；低功耗設(shè)計可滿足產(chǎn)品的省電要求。同時，與單片機等微控器的接口界面靈活(三種模式并行8 位/4 位串行3 線/2 線)。中文液晶顯示模塊可實現(xiàn)漢字、ASCII、 碼點陣圖形的同屏顯示，廣泛用于各種儀器儀表家用電器和信息產(chǎn)品上作為顯示器件。中文液晶顯示模塊具有上/下/左/右移動當(dāng)前顯示屏幕及清除屏幕的命令，具有光標(biāo)顯示/閃爍控制命令及液晶睡眠/喚醒/關(guān)閉顯示命令。預(yù)留多種控制線(復(fù)位/串并選擇/亮度調(diào)整)供用戶靈活使用。LCM12864ZK管腳說明1K背光負(fù)2A背光正3GND電源負(fù)4VCC電源正5NC6CS片選7SID數(shù)據(jù)8CLK時鐘916D0D7并行數(shù)據(jù)17PSB控制界面 0：串行；1：并行18/RST復(fù)位信號19VR對比度調(diào)節(jié)20VO對比度調(diào)節(jié)圖36 ATmega16和LCM12864連接圖串行接口數(shù)據(jù)傳輸當(dāng)PSB 腳接低電位(模塊背面S/P 的短路電阻在“S” 側(cè)) ，模塊將進入串行模式在串行模式；下將使用二條傳輸線作串行資料的傳送，主控制系統(tǒng)將配合傳輸同步時鐘(CLK)與接收串行數(shù)據(jù)線(SID) ，來完成串行傳輸?shù)膭幼鳌Ｔ谄xCS 設(shè)為高電位時，同步時鐘線(SCLK)輸入的訊號才會被接收，另一方面，當(dāng)片選(CS)設(shè)為低電位時，模塊的內(nèi)部串行傳輸計數(shù)與串行資料將會被重置，也就是說在此狀態(tài)下，傳輸中的資料將被終止清除，并且將待傳輸?shù)拇匈Y料計數(shù)重設(shè)回第一位；模塊選擇腳(CS)可被固定接到高電位。模塊的同步時鐘線(SCLK)具有獨立的操作，但是當(dāng)有連續(xù)多個指令需要被傳輸，必須確實等到一個指令完全執(zhí)行完成才能傳送下一筆資料，因為模塊內(nèi)部并沒有傳送/接收緩沖區(qū)。從一個完整的串行傳輸流程來看，一開始先傳輸起始位，它需先接收到五個連續(xù)的“1”(同步位串)在起始位元組，此時傳輸計數(shù)將被重置并且串行傳輸將被同步，再跟隨的二個BIT 分別指定傳輸方向位(RW)及暫存器選擇位(RS)， 最后第八位則為0。在接收到起始位元組后，每個指令/數(shù)據(jù)將分為二組接收：到較高4 位元(DB7~DB4)的指令資料將會被放在第一組的LSB部分，而較低4 位元(DB3~DB0)的指令資料則會被放在第二組的LSB 部分至于相關(guān)的另四位則都為0。圖37 LCD寫一個字節(jié)的時序圖/*****************************************液晶發(fā)送子程序(串行)輸入數(shù)據(jù)：要發(fā)送的8位數(shù)據(jù)輸出：無*****************************************/void lcm_out(char a){ char i,d。 for(i=0。i8。i++) { cbi(PORTD,4)。 d=aamp。0x80。 if(d) sbi(PORTD,3)。 else cbi(PORTD,3)。 a=1。 sbi(PORTD,4)。 }}/*****************************************液晶寫控制字程序輸入數(shù)據(jù)：要寫入的8位數(shù)據(jù)輸出：無*****************************************/void wr_(uchar a){ uchar s。 s=aamp。0xf0。 lcm_out(0xf8)。 lcm_out(s)。 s=aamp。0x0f。 s=4。 lcm_out(s)。}/*****************************************液晶寫數(shù)據(jù)字程序輸入數(shù)據(jù)：要寫入的8位數(shù)據(jù)****************************************/void wr_date(uchar a){ uchar s。 s=aamp。0xf0。 lcm_out(0xfa)。 lcm_out(s)。 s=aamp。0x0f。 s=4。 lcm_out(s)。}液晶屏初始化的時序圖延時1ms延時1ms延時1ms延時1ms上電延時40ms設(shè)定功能，寫控制字30H再次寫控制字30H設(shè)定顯示狀態(tài)0CH清除屏幕01H設(shè)定光標(biāo)方向06H圖38 LCD初始化的流程圖/*****************************************液晶初始化程序輸入數(shù)據(jù)：無輸出：無*****************************************/void lcm_init(void){ sbi(PORTD,2)。 delay(40,8000)。 wr_(0x30)。 delay(1,8000)。 wr_(0x30)。 delay(1,8000)。 wr_(0x0c)。 delay(1,8000)。 wr_(0x01)。 delay(10,8000)。 wr_(0x60)。 delay(1,8000)。}鍵盤電路本系統(tǒng)使用4個按鍵進行人機交互，4個按鍵的功能分別為添加用戶、識別用戶、選擇用戶、刪除用戶。由于按鍵按下時會產(chǎn)生微小的震動，因此用一個小電容與按鍵并聯(lián)，以濾去高頻雜波；LED是用來顯示按鍵按下與否。圖39 鍵盤電路的設(shè)計 指紋識別系統(tǒng)的軟件設(shè)計MRB200指紋模塊內(nèi)含智能化指紋識別技術(shù)，軟件系統(tǒng)主要是設(shè)計上位機向指紋處理單元發(fā)送控制命令，完成所需要的操作，如指紋登記、掃描并識別指紋、刪除用戶等，另外上位機還需要負(fù)責(zé)液晶顯示、鍵盤掃描等工作。主程序流程圖如圖310所示：圖310 指紋系統(tǒng)程序流程圖第四章 總結(jié)與展望 總結(jié)本文目的在于研究基于MRB200指紋模塊的指紋采集系統(tǒng)，以及指紋識別系統(tǒng)的算法，探討適用于脫機的指紋門禁系統(tǒng)。本論文是研究與開發(fā)指紋識別系統(tǒng)的第一步，目的在于探索系統(tǒng)設(shè)計的可行性。通過上述工作，得到了以下幾點成果：（1）對指紋識別算法進行了分析，介紹了基于小波變換的指紋特征提取與匹配算法，該算法比常規(guī)的點匹配算法識別率高，而且常規(guī)算法有一個最大的缺點限制了它的應(yīng)用，那就是需要存儲的數(shù)據(jù)量大，識別速度慢。而本文介紹的算法就解決了存儲量和速度的問題，存儲量大大降低，識別速度也有所提高。（2）指紋識別系統(tǒng)設(shè)計：完成了指紋芯片型號及其相應(yīng)開發(fā)電路的選擇，依據(jù)MRB200指紋模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計了指紋采集系統(tǒng)，編程調(diào)試并實現(xiàn)了指紋采集。由于本文的指紋識別算法是一種比較新的算法，因此還需要對算法不斷地進行改進。今后的改進可以從以下幾個方面考慮：（1）在指紋特征提取之前對指紋圖像作適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，去除噪聲等外界因素對指紋圖像的影響。（2）由于不同時刻采集的指紋圖像，會存在旋轉(zhuǎn)和平移等問題而產(chǎn)生差異，從而影響指紋識別算法的識別率。所以可以通過準(zhǔn)確確定指紋的參考點，以此參考點為基準(zhǔn)，來糾正待識指紋與模板指紋之間的旋轉(zhuǎn)和平移等問題。 展望現(xiàn)今，指紋識別技術(shù)發(fā)展越來越快，指紋識別類產(chǎn)品也越來越多的出現(xiàn)在我們常生活中。可以看出，在經(jīng)歷了近10年緩慢的自然增長后，指紋識別技術(shù)即將迎來一個跳躍性發(fā)展的黃金時期。據(jù)專家保守估計，未來5年，我國將有近百億兒的市場等待著企業(yè)去開拓。指紋識別技術(shù)的巨大市場前景，將對整個安防產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。但是，指紋識別的核心技術(shù)仍然存在許多尚未解決的難題，尤其是對殘缺、污損指紋圖象進行識別的魯棒性和適應(yīng)性方面不能令人滿意。指紋識別系統(tǒng)將隨著更小更廉價的指紋輸入設(shè)備的出現(xiàn)、計算能力更強更廉價的硬件以及互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用而進一步拓寬應(yīng)用。其中，能適應(yīng)在線應(yīng)用的自動指紋識別系統(tǒng)的算法有待進一步改進，多種指紋識別方法的集成應(yīng)用以及包括指紋識別在內(nèi)的多種生物特征鑒定技術(shù)的集成應(yīng)用也將是今后研究的發(fā)展方向。因此，自動指紋識別技術(shù)現(xiàn)在是，未來幾年仍將是一個重要的、極具挑戰(zhàn)性的模式識別研究課題。本文中采用的算法雖然還有許多地方有待改進，目前還不能用于實際應(yīng)用。但是它突出的優(yōu)點為今后指紋識別技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路。參考文獻[1] 蘇彥華等編著：《Visual C++數(shù)字圖像識別技術(shù)典型案例》，人民郵電出版社，2004.[2] 徐飛，施曉紅等編著：《MATLAB 應(yīng)用圖像處理》，西安電子科技大學(xué)出版社，2002.[3] 邊肇祺，張學(xué)工等編著：《模式識別》，清華大學(xué)出版社，2000.[4] 柴曉光編：《民用指紋識別技術(shù)》，人民郵電出版社，2004.[5] 祝恩編著：《自動指紋識別技術(shù)》，國防科技大學(xué)出版社，2006.[6] 唐遠炎，王玲著：《小波分析與文本文字識別》，科學(xué)出版社，2004.[7] 楊紅，張樂，從闖. 基于小波的指紋圖像增強算法. 沈陽大學(xué)學(xué)報. , [8] 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