【正文】 29 參考文獻(xiàn) [1]田捷，楊鑫．生物特征識(shí)別技術(shù)理論與應(yīng)用 [M]．北京：電子工業(yè)出版社， 2021． [2]Biometrie Market Report 2021— 2021． [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(guó)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， 2021， 13(2)： 184~187． [6]謝立鋒 ,陳靈梟 .淺談指紋識(shí)別基本原理 [J].技術(shù)與市場(chǎng) ,:4445 [7]郭桂容．模糊模式識(shí)別 [M]．長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)出版社， 1993． [8]林國(guó)清，李見(jiàn)為，王崇文．指紋圖像預(yù)處理方法的研究 [J]．光電工程， 2021， 29(5)：56— 58 [9]林國(guó)清，李見(jiàn)為，王崇文．指紋圖像預(yù)處理方法的研究 [J]．光電工程， 2021， 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(bào) :自然科學(xué)版 ,2021,39(4):469475 [11]耿德英 ,陳志敏 ,陳梅琴 .圖像處理在指紋識(shí)別中實(shí)踐 [J].西昌學(xué)院學(xué)報(bào) ,(4):727 [12]喬治宏．基于細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)的指紋特征提取及匹配算法研究 [D][碩士學(xué)位論文 ]．北京：北京工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 .2021， 5． [13]沈?qū)W寧．從指紋的原灰度圖像上識(shí)別細(xì)節(jié)特征 [J]．模式識(shí)別與人工智能， I989，2(4)： 53~57． [14]馬 笑瀟．指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù) —— 方向圖 [J]，重慶大學(xué)學(xué)報(bào)， 2021，24(3).9194． 30 附 錄 一 附 錄 二 31 請(qǐng)您刪除一下內(nèi)容， O(∩ _∩ )O謝謝?。?！ Many people have the same mixed feelings when planning a trip during Golden Week. With heaps of time, the sevenday Chinese 請(qǐng)您刪除一下內(nèi)容， O(∩ _∩ )O謝謝?。?！ National Day holiday could be the best occasion to enjoy a destination. However, it can also be the easiest way to ruin how you feel about a place and you may bee more fatigued after the holiday, due to battling the large crowds. During peak season, a dream about a place can turn to nightmare without careful planning, especially if you travel with children and older people. As most Chinese people will take the holiday to visit domestic tourist destinations, crowds and busy traffic are inevit。這樣的設(shè)計(jì)思路使我們對(duì)指紋識(shí)別原 理和過(guò)程有了充分的認(rèn)識(shí)。 本文主要介紹設(shè)計(jì)指紋識(shí)別系統(tǒng)的硬件的過(guò)程，提出了以 MCU 和指紋識(shí)別模塊建立主從機(jī)通信模式，來(lái)完成指紋識(shí)別過(guò)程的設(shè)計(jì)思路。 構(gòu)建指紋識(shí)別系統(tǒng)的關(guān)鍵 [22]是在指紋算法的研究，但是目前的指紋算法在準(zhǔn)確性和速度上還沒(méi)不能滿足一些實(shí)際的應(yīng)用需求。 在調(diào)試通了每一塊電路之后，整個(gè)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(gè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。 （ 4） 蜂鳴器 最后調(diào)試的是蜂鳴器，寫入測(cè)試程序后蜂鳴器沒(méi)有鳴叫。經(jīng)分析和嘗試得出，是上拉電阻太小的原因。至此該部分調(diào)通，可以進(jìn)行程序下載。 （ 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(lái)在封裝接口的時(shí)候，封裝出現(xiàn)問(wèn)題，把管腳號(hào)順序接錯(cuò)了。 再 檢測(cè)出斷線的部分。表現(xiàn)為串口電路不工作。 制作和調(diào)試 27 制作電路板的過(guò)程這里就不做過(guò)多介紹，主要介紹板子做出來(lái)后調(diào)試遇到的問(wèn)題。折線，以減小高頻信號(hào)的輻 射。 ③ ．盡可能采用 45186。 ② ． 預(yù)先對(duì)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。 布線要求 ① ．一般情況下，首先應(yīng)對(duì)電源線和地線進(jìn)行布線，以保證電路板的電氣性能。 D 相同結(jié)構(gòu)電路部分，盡可能采用 “對(duì)稱式 ”標(biāo)準(zhǔn)布局 。 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(hào)線最短 。 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。 26 圖 17 MAX232引腳圖 綜合上述各部分電路， 通過(guò)整合起來(lái)完成了指紋識(shí)別系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和制作。工作溫度范圍為 0℃至70℃。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。 MAX232 是一種雙組驅(qū)動(dòng)器 /接收器，片內(nèi)含有一個(gè)電容性電壓發(fā)生器以便在單 5V 電源供電時(shí)提供 EIA/T 工 A232E 電平。這里三極管起到開(kāi)關(guān)和電流放大作用。 圖 14 液晶驅(qū)動(dòng)電路 蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路 蜂鳴器采用的是有源蜂鳴器，蜂鳴器起到提醒報(bào)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(wú)法直接驅(qū)動(dòng)的，所以要利用放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)，一般使用三極管來(lái)放大電流就可以了。 23 圖 12 按鍵電路 模式指示燈 圖 13 指示燈 因?yàn)橐壕б獙?shí)時(shí)的顯示指紋識(shí)別的過(guò)程，所以工作模式是由 2 個(gè)指示燈來(lái)完成指示，通過(guò)軟件編寫其亮的方式和組合來(lái)指示各種工作狀態(tài)。 功能選擇電路 該模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)指紋錄入，指紋比對(duì)，指紋清除的功能選擇，工作過(guò)程是，單片機(jī)檢測(cè)到有相對(duì)的按鍵按下時(shí)，進(jìn)入相應(yīng)的工作的模式。而按鍵的時(shí)間肯定超過(guò) 2 個(gè)機(jī)器周期 2ms。一個(gè)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(gè)簡(jiǎn)單的啟動(dòng)程序，即構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)。 最小系統(tǒng)電路 所謂的系統(tǒng)就是可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)某些特定功能的一個(gè)產(chǎn)品。電源選擇 DC5V供電。最簡(jiǎn)單的通訊僅需 TXD 及 RXD 及 SG 最基本的信號(hào)線完成，其他的握手信號(hào)可以做適當(dāng)處理或直接懸空。 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(hào)傳送到其他通訊設(shè)備，連接器各信號(hào)線定義及功能如表 5。因此一些生產(chǎn)廠家對(duì) RS232C 標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械特性進(jìn)行了簡(jiǎn)化，使用 9 針標(biāo)準(zhǔn)連接口，即使用 DB9 型連接器。 RS232C 規(guī)定使用 25 針標(biāo)準(zhǔn)連接口，采用 DB25 型連接器。通常采用的元器件為 MC1489，MC1488 實(shí)現(xiàn) TTL/CMOS 電平與 RS232C 電平的轉(zhuǎn)換 [8]。 1． RS232C 通訊協(xié)議 RS232C 的每個(gè)腳線的信號(hào)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(guò)渡區(qū)。 單片機(jī)和 PC 機(jī)的通信 大多數(shù)的計(jì)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(shí)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。在單片機(jī)內(nèi)部集成了一個(gè)串行通信 I/O 部件 UART，支持全雙工串行通信，通過(guò)編程可以將 8位字節(jié)數(shù)據(jù)寫入 UART 中， UART 自動(dòng)將改接的 8 位二進(jìn)制數(shù)變成串行數(shù)據(jù)，在不同時(shí)刻從 TXD 引腳輸出發(fā)送；同時(shí)對(duì)于不同時(shí)刻從引腳 RXD 輸入的串行數(shù)據(jù)， UART自動(dòng)變換成字節(jié)，可以編程讀取后進(jìn)行處理。異步通信是以字符（構(gòu)成的幀）為單位進(jìn)行傳輸，字符與字符之間的間隙（時(shí)間間隔）是任意的，但每個(gè)字符中的各位是以固定的時(shí)間傳送的，即字符之間是異步的（字符之間 20 不一定有“位間隔”的整數(shù) 倍 的關(guān)系），但同一字符內(nèi)的各位是同步的（各位之間的距離均為“位間隔”的整數(shù)倍。此時(shí)，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(shí)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。 通訊還有同步和異步之分。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(gè)地傳送。并行通信通常是將數(shù)據(jù)字節(jié)的各位用多條數(shù)據(jù)線同時(shí)進(jìn)行傳送。 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。 FM—180 該模塊的市場(chǎng)價(jià)格在 200 元左右，雖然仍然很貴，但是同比市場(chǎng)上的指紋采集部分的芯片，它的性價(jià)比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后者。這些操作都是通過(guò)單片發(fā)送指令完成的。并且它的信號(hào)線就 4根，電源線，地線， TXD，RXD 使用起來(lái)非常方便。該模塊集成了圖 8 所示的指紋采集和指紋存儲(chǔ)，并且能夠完成指紋特征提取，比對(duì)，驗(yàn)證等功能。 FS200 這片指紋傳感器價(jià)格相當(dāng)昂貴，零售價(jià)在 300 元以上，綜合上述原因，該方案可行性低。主機(jī)傳輸?shù)綇臋C(jī)采用的是串行通信耗時(shí)更是遠(yuǎn)大于 8 秒 。 19 通過(guò)分析該方案較為繁瑣，其中涉及到多機(jī)通信的問(wèn)題，以及速率傳輸?shù)膯?wèn)題。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(guò)程： 當(dāng)有手指按在傳感器上時(shí)， FPS200 給主機(jī)一個(gè)中斷信號(hào)，開(kāi)始傳送經(jīng)過(guò)AD 轉(zhuǎn)化的指紋數(shù)據(jù)，接著把接收的數(shù)據(jù)通過(guò)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(chǔ)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(lái)，形成一個(gè)指紋數(shù)據(jù)庫(kù)。這樣出現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題就是不能同時(shí)選中 FPS200 和存儲(chǔ)器件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 通過(guò) FPS200 采集出來(lái)的一個(gè)指紋大小大概在 75KB 左右，而 51 單片機(jī)最多片外擴(kuò)展 64KB。豐富的接口方式方便了指紋傳 感器的調(diào)試和使用。 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。所以該方案雖然可以節(jié)約成本，但是具體實(shí)行難度頗大。后來(lái)我們?nèi)y(cè)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(hào)線，不能確定其作用。 （ 1）方案一 指紋采集部分是采用指紋考勤機(jī)易通 R58A 的光學(xué)采集頭 OV7620，由于是采用的是從廢舊指紋考勤機(jī)拆解下來(lái)的采集頭，通過(guò)觀察，該采集頭共有 16跟輸入輸出線。根據(jù)設(shè)計(jì)題目基于單片機(jī)的指紋 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可知，系統(tǒng)采用的是單片機(jī)最為控制器件，對(duì)比 DSP、FPGA 它具有低功耗、性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。至于 關(guān)鍵的指紋采集和指紋存儲(chǔ)，它的選擇直接影響整個(gè)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。電源采用市場(chǎng)上市電轉(zhuǎn) 5V的直流電源。 系統(tǒng)硬件概述 指紋識(shí)別系統(tǒng)主要包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、指紋采集部分、指紋存儲(chǔ)部分、液晶顯示部分、 蜂鳴器、 通信 電路、 按鍵和電 源組成?？臻e狀態(tài)時(shí)， CPU 暫停工作，中斷系統(tǒng)、串口及定時(shí)器模塊繼續(xù)工作。通 過(guò)集成指紋識(shí)別模塊，可以構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的指紋識(shí)別系統(tǒng)，完成上述功能。 *注釋 3：如背光和模塊共用一個(gè)電源，可以將模塊上的 JA、 JK用焊錫短接。 模塊接口說(shuō)明 液晶管腳功能表 管腳號(hào) 管腳名稱 電平 管腳功能描述 1 VSS 0V 電源地 2 VCC +5V 電源正 3 V0 對(duì)比度（亮度）調(diào)整 16 4 RS(CS） H/L RS=“H”, 表示 DB7—— DB0 為顯示數(shù)據(jù) RS=“L”, 表示 DB7—— DB0 為顯示指令數(shù)據(jù) 5 R/W(SID) H/L R/W=“H”,E=“H”, 數(shù)據(jù)被讀到 DB7—— DB0 R/W=“L”,E=“H→L”, DB7 —— DB0 的數(shù)據(jù)被寫到 IR 或 DR 6 E(SCLK H/L 使能信號(hào) 7 DB0 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 8 DB1 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 9 DB2 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 10 DB3 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 11 DB4 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 12 DB5 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 13 DB6 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 14 DB7 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 15 PSB H/L H： 8 位或 4 位并口方式， L：串口方式（見(jiàn)注釋1） 16 NC 空腳 17 /RESET H/L 復(fù)位端，低電平有效（見(jiàn)注釋 2） 18 VO