基于单片机指纹识别系统标准设计.doc
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1、任 务 书课程设计题目:指纹识别功效简述:1)依据所学知识和能力,设计程序能够实现依据指纹大小、形状等特征,识别出不一样指纹。2)利用按键标志目前指纹识别状态,比如录入状态,识别状态,清楚状态;利用液晶1602能够显示目前指纹识别状态信息。3)利用继电器,对目前信息判定,比如提醒目前指纹识别错误;利用蜂鸣器和LED等提醒目前指纹识别是否正确目录第一章 绪论.11、指纹识别中基础概念1.2 指纹识别发展前景1.3、指纹识别课题设计内容和意义.第二章 方案选择2.1 系统原理图设计2.2方案说明2.3 方案比较2.4 方案选择第三章 硬件设计31 AT89C52单片机设计3.2 电源电路设计3.3
2、 按键控制部分电路3.4 LED指示灯电路3.5 蜂鸣器电路3.6 指纹传感器模块第四章 软件程序设计.4.1程序步骤图4.2程序.第五章 调试5.1硬件调试.5.2软件调试摘 要伴随时代发展,社会越来越需要高效、可靠身份识别系统传统个人身份判别手段如钥匙、口令、密码、身份证件,甚至IC卡等识别方法,因为它们含有可假冒、可伪造、可盗用、可破译弱点,已不能完全满足现代社会经济活动和社会安全防范需要。伴随识别技术不停成熟和计算机技术飞速发展,多种基于人体生理特征身份识别系统如:指纹、手掌、声音、视网膜、瞳孔和面纹等识别技术纷纷从试验室中走出来。现在,从实用角度看,指纹识别技术是优于其它生物识别技术
3、身份判别方法。此次设计我们利用指纹识别传感器进行指纹采集和识别,在单片机中对指纹进行处理, 用按键标志目前指纹识别状态,录入状态,识别状态,清除状态,用液晶1602能够显示目前指纹识别状态信息;用继电器对目前信息进行判定,比如提醒目前指纹识别错误;利用蜂鸣器和LED等提醒目前指纹识别是否正确关键词:指纹识别;单片机;指纹识别传感器;液晶1602;继电器第一章 绪论进入二十一世纪后,因为国际反恐、互联网应用等原因推进,在全球范围内,指纹识别技术得到了愈加广泛应用,指纹识别市场进入高速发展阶段。利用人生理特征,比如像指纹等来识别个人身份,将成为以后几年IT产业关键革新。指纹在全部生物特征中,相对稳
4、定、不随年纪而改变和采集较为便捷,同时它研究历史最长、相对更为成熟。和现有智能卡、身份证号码和密码身份识别系统相比,指纹识别性价比最高,也更适于应用到大众生活中。所以指纹识别以其革命性便捷和安全性成为一个理想卓越处理方案。11、指纹识别中基础概念指纹识别是成熟生物识别(Biometric)技术,因为人体身体特征含有不可复制特点,大家把眼光转向了生物识别技术,期望能够籍此技术来应付现行系统安全所面临挑战。要把人体特证用于身份识别,这些特征必需含有唯一性和稳定性。研究和经验表明,人指纹、掌纹、面孔、发音、虹膜、视网膜、骨架等全部含有唯一性和稳定性特征,即每个人这些特征全部和她人不一样、且终生不变,
5、所以就能够据此识别出人身份。基于这些特征,大家发展了指纹识别、面部识别、发音识别等多个生物识别技术,现在很多技术全部已经成熟并得以应用,其中指纹识别技术更是生物识别技术热点。1.2 指纹识别发展前景指纹行业是一个新兴行业,本身含有很高科技含量,相对利润高发展前景宽广。经教授估计,指纹产品将是未来IT产业新增加点:利润率最高、发展潜力最大。于是,世界顶尖指纹识别技术得到了全球范围内高度重视,指纹识别技术应用如火如荼地快速发展起来。现在,中国已经有不少企业在参与指纹识别技术开发和应用。指纹技术在现代生活和工作中应用已越来越普遍,比如:指纹考勤、指纹社保、指纹银行、指纹商场、指纹接送幼儿等等生活和工
6、作新现象已广为人知,指纹技术正在日益刷新着我们现代化生活方法。1.3、指纹识别课题设计内容和意义指纹识别技术相对于其它识别方法有很多独到之处,含有很高实用性和可行性。所以,指纹识别成为最流行、最方便、最可靠身份认证方法,己经在社会生活很多方面得到广泛应用。这是因为指纹是独一无二,两人之间不存在着相同指纹,指纹是独一无二,两人之间不存在着相同指纹,同时指纹样本易于采集,难以伪造,便于开发,实用性强,能够利用多个指纹组成多重口令,提升系统安全性。本文关键经过对MCS-51系列单片机结构和功效进行分析,来研究基于单片机指纹识别系统内部结构特点和功效叙述和工作原理,愈加好了解了指纹识别系统未来前景。第
7、二章 方案选择2.1系统原理图设计2.2方案说明2.1.1方案一:摄像头采集、飞思卡尔单片机处理这种方案由指纹图像采集、指纹图像预处理、指纹特征提取、指纹特征匹配、特征数据库等几部分组成。指纹识别系统原理框图图1所表示。 图2-1、指纹识别系统框图 该系统首先由数字摄像头ov6620采集指纹,并将指纹图像转化为数字图像;然后用16位飞思卡尔X128单片机对指纹数字图像进行预处理,再经过图像增强、分割、平滑、细化等处理过程得到便于指纹特征提取数字图像:接着提取细化后图像细节特征点; 然后将指纹信息数据送入STC89C52单片机中,一块液晶1602和STC89C52单片机相连,液晶用于显示目前指纹
8、采集系统工作状态和经对比后指纹采集信息是否正确,用一个蜂鸣器和LED指示灯指示目前采集指纹信息正确。当采集到指纹信息正确,蜂鸣器发出响声而且LED指示灯点亮。2.1.2方案二 指纹识别传感器替换第一个方案中摄像头和飞思卡尔单片机,我们利用一个指纹识别传感器来对指纹进行采集,识别和部分处理,然后将信息输送到AT89C52单片机中,利用按键控制目前指纹识别状态,用LED灯进行显示,即录入状态,识别状态,清除状态;利用液晶1602能够显示目前指纹识别状态信息,即录入指纹编号和目前指纹;利用继电器,对目前信息判定,比如提醒目前指纹识别错误;利用蜂鸣器提醒目前指纹识别是否正确,假如指纹录入正确,蜂鸣器发
9、出响声。2.3 方案比较1)复杂性:方案一采取用数字摄像头ov6620采集指纹图像,然后用16位飞思卡尔X128单片机进行图像处理,还要进行图像增强、分割、平滑、细化等处理过程才能得到便于指纹特征提取数字图像;而这些过程在方案二中只用一个指纹传感器模块就能够替换,所以方案二设计简单。2)正确性:方案一中所采集摄像头分辨率有限,所以采集指纹信息有一定误差,方案二中指纹传感器模块是利用集成光学头进行处理,比较正确。3)不足:因为方案一中使用飞思卡尔单片机处理程序比较复杂,超出了我们学习范围,而方案二传感器就使程序简单化了。2.4 方案选择鉴于多种原因,我们最终选择第二种方案,使用指纹传感器模块来设
10、计系统。第三章 硬件设计31 AT89C52单片机设计3.1.1 关键性能有12k字节Flash闪速存放器,1024字节内部RAM,32个I/O口线,两个16位定时/计数器,5个中止向量,一个全双工串行通信口,片内振荡器立即钟电路。3.1.2引脚结构图(图3-1) 图3-1 AT89C52管脚图3.1.3 部分端口介绍:P30口:RXD(串行输入口)P31口:TXD(串行输出口)XTAL1:振荡器反相放大器及内部时钟发生器输入端。XTAL2:振荡器反相放大器输出端。3.1.4 单片机最小系统1)外部晶振设计STC89C52内部有一个用于组成振荡器高增益反相放大器,经过XTAL1,ATAL2外部
11、接上一片作为反馈元件晶体,和C1和C2组成了并联谐振电路,使其组成自激振荡器,电容值含有微调作用,我们取30PF,具体接法图3-2外部晶振电路。图3-2 外部晶振电路STC89C52工作频率范围在 0-24MHZ。我们选择是11.0592MHZ晶振,振荡周期约为1us机器周期约为0.1us,所以这个晶振能够满足这个系统要求。而且晶振不能离单片机太远,不然使用外部晶振进行软件调试时就会发觉找不到信号。2)复位电路设计MCS51单片机通常采取上电自动复位和按钮复位两种方法,本系统采取简单自动复位电路图2-2所表示。单片机在上电瞬间,RC电路充电,RST引脚端出现正脉冲,只要RST端保持两个机器周期
12、以上高电平,就能使单片机有效复位。其中电容选10uF、电容选10K。图3-3复位电路3.2 电源电路设计本系统采取5V电源关键采取两种方法,第一是直接用9V电池然后经过一个变压电路,利用7805将转化成5V供单片机和液晶显示部分使用;其二是用220V经过变压器等将其转化成5V。两种方法全部能够,不过因为第一个方法便于携带、而且成本相对较低所以我们选择第一个方案。图3-4 电源电路3.3 按键控制部分电路1)消除抖动按键闭合是否反应在电压上就是展现出高电平或低电平,假如高电平表示断开,那么低电平则表示闭合,经过电平高低状态检测可确定键按下是否。为了确保CPU对一次按键动作只确定一次,而且预防干扰
13、信号影响,必需加入消除电平抖动方法,下图3-5为按键抖动示意图:图3-5按键闭合及断开前后电压 消除抖动通常有硬、软硬两种方法,硬件消除抖动可采取双稳态电路或滤波消抖电路;软件消抖是在第一次检测到有键按下时,实施一段延时程序再确定该键是否仍闭合,假如还是闭合状态则确定该键按下,从而消除抖动和干扰影响。当按键较多时,我们多采取硬件件消抖法。本系统中按键少直接采取直接接入方法。2)按键接口设计按键接口设计有两种方法,独立式按键和矩阵式键盘。独立式按键各键相独立,每个按键各接入一根输入线,只要检测输入线电平就能够识别按键状态。这种方法电路配置灵活,软件结构简单,但每个按键需占用一根输入口。因为该设计
14、方案IO资源浪费大。故此方法只适适用于按键少或其它控制功效很简单场所。因为本设计中按键只有3个,考虑系统可靠性和键盘设计简单所以采取独立式按键。本系统按键电路图3-6所表示:图3-6独立按键电路按键按下是呈低电平,我们采取软件消抖来降低正确单片机影响。3.4 LED指示灯电路图3-7 LED灯指示电路当k2键按下时,录入模式指示灯red亮;当k1键按下时,识别模式指示灯green亮。3.5 蜂鸣器电路图3-8蜂鸣器电路3.6 指纹传感器模块1)指纹模块电路以下所表示:图3-9指纹识别模块指纹模块里面关键是DSP芯片,型号为PS1802,加上外面CMOS芯片,CMOS芯片关键是对指纹进行“摄影”
15、,生成指纹特征,图3-8所表示就是一个指纹模板,录入两次这么指纹特征就能生成一个指纹模板。具体工作过程是:扫描指纹(录入图像)、生成特征、合成模板(建立一个指纹库文件,成功录入一个指纹)。图 3-10 指纹模板指纹模板就是“照一次相”,指纹模块里面CMOS芯片采集一次指纹信息,然后进行模糊处理生成0和1两种统计信息,存入指纹模块FLASH芯片里面。当切换到识别模式时候,指纹模块就会先让CMOS芯片采集一次指纹,然后和FLASH芯片数据进行对比。看是不是存在,假如存在就能返回是几号指纹。这么我们就能经过单片机或电脑进行指纹识别和登记了。2)指纹传感器模块实物图指纹模块型号是:FM-180,此模块
16、上里面包含了:1、光学头 2、通信连接线 3、DSP芯片(在模块里面) 4、稳压芯片5、FLASH芯片 6、CMSO传感器(在模块里面) 等部件组成。3、DSP芯片2、通信连接线1、光学头6、CMOS传感器5、FLASH芯片4、稳压芯片图3-11指纹传感器模块实物图第四章 软件程序设计该设计关键经过设定3个按键来实现一定功效,3个按键分别为模式切换(识别模式和录入指纹模式)、指纹录入、删除全部指纹。 41程序步骤图4.1.1程序主步骤图(1)指纹录入: 优异行录入模式,然后按一下录入指纹,灯会闪烁,录入成功一次,蜂鸣器响一次,这时候拿开手指,1秒放入同一个手指,会再录入一次,假如两次全部成功,
17、就成功录入了一个指纹。蜂鸣器会响两次,同时显示录入指纹成功。假如不成功就会显示录入失败。录入完成后,能够进入识别模式,或接着录入下一个指纹。录入完成,按一次指纹转换,进入指纹识别开锁模式。单片机主程序步骤设计:4.2 系统关键代码引脚使用:sbit relay =P14; /继电器引脚sbit buzzer=P15; /蜂鸣器引脚sbit red= P27;/录入模式指示灯 在板子靠近单片机处sbit green= P20;/识别模式指示灯 在板子远离单片机处sbit k2=P34; /录入一次指纹sbit k1=P33; /模式识别转换sbit k3=P32; /清除全部指纹(10个指纹清除
18、)部分主函数代码:void main(void)/主函数unsigned char i=0;ET0=1; /定时器0开中止TL0=0x97; /17ms初值TH0=0xBD; delay1ms(5); LcdRw=0; /只对液晶进行写操作,不进行读操作 delay1ms(5); LCD_Initial();/液晶初始化 delay1ms(5); GotoXY(0,0);/x,y Print(Identify); /串口初始化 SCON=0x50; /UART方法1:8位UART; REN=1:许可接收 PCON=0x00; /SMOD=0:波特率不加倍 TMOD=0x21; /T1方法2,用
19、于UART波特率 TH1=0xFD; TL1=0xFD; /UART波特率设置:9600 TR1=1; TR0=1;/ 开定时器0IT0=0;/中止0低电平中止IT1=1;/中止1低电平中止EX0=1;/开中止0EX1=1;/开中止1EA=1;mode();/看目前是什么模式for(i=0;i6;i+)/开始握手6次,假如没有一次成功,表示模块通信不正常。只要成功就跳出此循环if(VefPSW()/和模块握手经过,绿灯亮起。进入识别模式 green=0; /读一次buzzer=0;shownum(0); delay1ms(300); buzzer=1;break; else red=1; gr
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