基于STM-32指紋識(shí)別密碼鎖控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文.doc

本本 科科 生生 畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文 設(shè)計(jì) 文 設(shè)計(jì) 題目 基于 STM 32 指紋密碼鎖控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 學(xué)生姓名 岑孟杰 學(xué) 號(hào) 110104200201 指導(dǎo)教師 張后旗 二級(jí)學(xué)院 信息學(xué)院 專業(yè)名稱 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí) 11 計(jì)算機(jī) 2 班 2015 年 5 月 此處為論文中文 題目 要求居中填寫 主標(biāo)題不超過 24 個(gè)漢字 可加副標(biāo)題 副標(biāo)題前加破折號(hào) 副標(biāo)題與主標(biāo)題間空 一行的位置 主標(biāo)題 黑體 小二 居中 副標(biāo)題 楷體 GB2312 四號(hào) 居 中 閱后刪除此文本 框 聲明及論文使用的授權(quán) 本人鄭重聲明所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立 完成的 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外 論文中不包 含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果 論文作者簽名 年 月 日 本人同意浙江財(cái)經(jīng)大學(xué)有關(guān)保留使用學(xué)位論文的規(guī)定 即 學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件 允許論文被查閱和借閱 學(xué) ?？梢陨暇W(wǎng)公布全部內(nèi)容 可以采用影印 縮印或其他復(fù)制手 段保存論文 論文作者簽名 年 月 日 浙江財(cái)經(jīng)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) I 基于 STM 32 指紋密碼鎖控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘 要 本文首先介紹了指紋密碼鎖控制系統(tǒng)的開發(fā)背景和意義 簡單介紹了一 些國內(nèi)外常見的指紋識(shí)別裝置和指紋識(shí)別密碼鎖 并指出了當(dāng)前指紋識(shí)別控制系統(tǒng)存 在的問題 再根據(jù)完整的指紋識(shí)別模塊指令確定了本系統(tǒng)的目標(biāo)和要求 以戰(zhàn)艦 STM 32 為開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 闡述了系統(tǒng)的軟 硬件組成 并重點(diǎn)探討 了指紋識(shí)別模塊 鍵盤模塊 LCD 液晶顯示模塊和報(bào)警模塊等幾個(gè)主要功能模塊的設(shè)計(jì) 與實(shí)現(xiàn) 最后 對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)做相應(yīng)總結(jié) 關(guān)鍵詞 指紋識(shí)別 戰(zhàn)艦 STM32 模式識(shí)別 Design and Implementation of STM32 based fingerprint combination lock control System Abstract This paper introduces the fingerprint lock control system development background and significance simply introduced some common fingerprint identification device and fingerprint identification combination lock at home and abroad and points out the problems existing in the current fingerprint identification control system according to the complete fingerprint identification module instruction to determine the objectives and requirements of this system the warship STM 32 as a development platform for the overall structure of the system design this paper expounds the hardware and software of the system and probes into the input fingerprint identification module keyboard module LCD liquid crystal display module and alarm module etc Several main function module design and implementation Finally summarizes the design and implementation of the system Key words Fingerprint identification Warship STM32 Pattern recognition 浙江財(cái)經(jīng)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) II 目目 錄錄 1 緒 論 1 1 1 開發(fā)背景和意義 1 1 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1 2 1 總體研究現(xiàn)狀 1 1 2 2 指紋采集技術(shù)的研究現(xiàn)狀 2 1 2 3 指紋識(shí)別技術(shù)的研究現(xiàn)狀 3 1 3 本文主要研究內(nèi)容和章節(jié)安排 3 2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 2 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體要求 4 2 2 硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 2 3 軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 3 系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 6 3 1 指紋識(shí)別模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 6 3 2 LCD 液晶顯示模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 7 3 3 鍵盤模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 8 3 4 報(bào)警模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 9 4 系統(tǒng)軟件模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 10 4 1 鍵盤模塊程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 10 4 2 報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 10 4 3 LCD 液晶顯示模塊程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 11 4 4 指紋識(shí)別模塊程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 12 4 4 2 指紋識(shí)別模式 12 4 4 2 指紋識(shí)別模式 13 5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)果 14 5 1 系統(tǒng)總體框架 14 5 2 指紋錄入模式 15 5 3 指紋識(shí)別模式 17 浙江財(cái)經(jīng)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) III 5 4 結(jié)果分析 19 6 總結(jié)與展望 19 參考文獻(xiàn) 21 致謝 22 浙江財(cái)經(jīng)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 1 1 緒 論 1 1 開發(fā)背景和意義 指紋就是我們?nèi)祟愂种改┒酥父股嫌砂纪沟钠つw所形成的紋路 是人類在進(jìn)化過 程中自然形成的 1 指紋具有唯一性 遺傳性和不變性 它的復(fù)雜程度足以提供用于 鑒別的足夠特征 到目前為止 尚未發(fā)現(xiàn)有不同的人擁有相同的指紋 所以每個(gè)人的 指紋也是獨(dú)一無二 由于指紋是每個(gè)人所特有的標(biāo)記 指紋逐漸成為警方追捕疑犯的 重要線索 1 隨著現(xiàn)代信息化的大潮流 指紋識(shí)別已經(jīng)不僅僅運(yùn)用于追捕嫌犯 更多 的也走向大眾化 現(xiàn)代科技的高速發(fā)展 光電傳感器應(yīng)運(yùn)而生 以指紋識(shí)別技術(shù)作為 橋梁與指紋生理特征相結(jié)合 便產(chǎn)生了指紋識(shí)別為核心的各種指紋識(shí)別儀器 指紋密碼鎖就是其中比較典型的一種 指紋的唯一性和多樣性使得這種生理特征 與現(xiàn)代科技相結(jié)合運(yùn)用使我們的信息安全 經(jīng)濟(jì)安全 人身安全的保障相比較于傳統(tǒng) 的鎖具更加具有可靠性和多樣性 科技的不斷革新使得指紋密碼鎖的研究和設(shè)計(jì)開發(fā) 也依然在不斷地革新完善中 隨著舊問題的解決 新問題也會(huì)不斷的出現(xiàn) 因此研究和開發(fā)以指紋識(shí)別技術(shù)為核心的指紋密碼鎖能夠更好的了解當(dāng)前科技與 生物生理特征有效結(jié)合的程度 對(duì)于當(dāng)前指紋密碼鎖的研究所存在的問題和研究程度 以及之后的發(fā)展方向有更深入的了解 同時(shí) 在開發(fā)和設(shè)計(jì)過程中 我們也能夠更好 的運(yùn)用和鞏固所學(xué)到的計(jì)算機(jī)知識(shí) 1 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 2 1 總體研究現(xiàn)狀 現(xiàn)在國內(nèi)外指紋識(shí)別技術(shù)基本上都是采用基于細(xì)節(jié)點(diǎn)特征的指紋識(shí)別技術(shù) 從研 究角度來說 國內(nèi)外的差距并不明顯 由于具有廣闊的市場前景 也受到了越來越廣 泛的重視 國外很多著名的 IT 廠商 電子廠商都在積極推進(jìn) AFIS 技術(shù)的研究工作 1 國內(nèi)對(duì)于指紋識(shí)別鎖的研究正在不斷提升 也在不斷的向廣大百姓普及 目前指 紋鎖產(chǎn)品正逐步走向中國家庭 中國消費(fèi)者對(duì)指紋鎖的認(rèn)知已經(jīng)越來越廣泛 但是國 內(nèi)對(duì)于 AFIS 主要側(cè)重于研究角度 很長一段時(shí)間沒有在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)踐 所以 這些 技術(shù)和實(shí)際的市場需求間還有不少差距 2 而實(shí)際從事指紋應(yīng)用的公司沒有自己的技 術(shù) 在技術(shù)上依然有著很大的提升和改善空間 浙江財(cái)經(jīng)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 2 指紋應(yīng)用到計(jì)算機(jī)信息安全加密應(yīng)用是目前國際公認(rèn)未來最有前途的新興市場 凡是用密碼方式驗(yàn)證的都可以統(tǒng)統(tǒng)采用指紋驗(yàn)證模式 指紋識(shí)別密碼鎖 指紋識(shí)別技 術(shù)的發(fā)展得益于現(xiàn)代電子集成制造技術(shù)和快速可靠的算法的研究 盡管指紋只是人體 皮膚的一小部分 但用于識(shí)別的數(shù)據(jù)量相當(dāng)大 對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)也不是簡單的相 等與不相等的問題 而是使用需要進(jìn)行大量運(yùn)算的模糊匹配算法 現(xiàn)代電子集成制造 技術(shù)使得我們可以制造相當(dāng)小的指紋圖象讀取設(shè)備 同時(shí)飛速發(fā)展的個(gè)人計(jì)算機(jī)運(yùn)算 速度提供了在微機(jī)甚至單片機(jī)上可以進(jìn)行兩個(gè)指紋的比對(duì)運(yùn)算的可能 另外 匹配算 法可靠性也不斷提高 指紋識(shí)別技術(shù)經(jīng)已經(jīng)常實(shí)用 3 1 2 2 指紋采集技術(shù)的研究現(xiàn)狀 指紋識(shí)別技術(shù)實(shí)際上包括了 指紋采集技術(shù) 和 指紋識(shí)別技術(shù) 指紋采集技術(shù)經(jīng)過了較長時(shí)間的發(fā)展 其過程也隨著傳感技術(shù)的發(fā)展而受到影響 以及推動(dòng) 第一代 指紋采集技術(shù) 主要采用的就是 按壓留痕 的方式 通過 油 墨 指紋圖像 的方式進(jìn)行采集 2 存在不完整 不安全的一些缺點(diǎn) 那么第二代 指 紋采集技術(shù) 在傳感器的發(fā)展帶動(dòng)下 開始采用自動(dòng)化和數(shù)字化的采集方式 指紋的 信息以數(shù)字信息的形式進(jìn)行表示和存儲(chǔ) 比較有代表性的采集儀器就有光學(xué)指紋采集 儀 半導(dǎo)體壓感指紋采集儀 溫感指紋采集儀以及電容式指紋采集儀 這種采集方式 比較方便 安全性 完整性和可處理性較高 指紋采集技術(shù) 的原理就是根據(jù)嵴和 峪的幾何特性 物理特性和生物特性的不同 得到不同的反饋信號(hào)值 3 再根據(jù)不同 的反饋信號(hào)值繪成指紋圖像 現(xiàn)在國內(nèi)外的指紋采集流程主要有分割 二值化 增強(qiáng) 濾波 細(xì)化 其中分割方法現(xiàn)在主要采用方向法 方差法 以及改進(jìn)的方差法 其中 改進(jìn)的方差法 在方差分割的基礎(chǔ)上進(jìn)行開閉運(yùn)算 是較為成熟的分割方法 二值化 方法主要有方向圖 靜態(tài)閾值二值化以及基于方向場的二值化 增強(qiáng)濾波則是基于上 述的方向圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行平均濾波 細(xì)化現(xiàn)在主要運(yùn)用快速細(xì)化算法和改進(jìn)的 OPTA 算 法 上述這些過程雖然能夠形成較為完善的指紋圖像 但是依然存在問題 在圖像的 分割細(xì)化處理中 會(huì)減少指紋的特征 從而降低指紋采集的有效性和真實(shí)性 目前國 內(nèi)外對(duì)于這個(gè)問題正在不斷的研究和完善新的算法 1 2 3 指紋識(shí)別技術(shù)的研究現(xiàn)狀 指紋識(shí)別技術(shù) 其實(shí)是屬于模式識(shí)別的范疇 它通過特定的數(shù)學(xué)算法分析指紋 特征 然后判定兩枚指紋特征的相似度 主要通過指紋特征分析和匹配兩個(gè)過程進(jìn)行 實(shí)現(xiàn) 浙江財(cái)經(jīng)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 3 其中指紋特征分析是對(duì)指紋采集之后的圖像的整體特征和細(xì)節(jié)特征進(jìn)行提取和鑒 別 3 現(xiàn)在國內(nèi)外對(duì)于圖像特征的提取主要是對(duì)特征點(diǎn)的提取和處理來實(shí)現(xiàn) 主要對(duì) 細(xì)化圖端點(diǎn)和交叉點(diǎn)進(jìn)行處理 匹配是指指紋圖案的整體和細(xì)節(jié)特征按照模式識(shí)別的原理進(jìn)行比對(duì) 是指已經(jīng)錄 入注冊(cè)的指紋和尚需驗(yàn)證的指紋之間進(jìn)行比對(duì) 是對(duì)已經(jīng)處理好的特征值進(jìn)行比較 4 現(xiàn)在國內(nèi)外對(duì)于匹配主要從兩個(gè)方面進(jìn)行特征的判斷 對(duì)于整體特征的匹配主要進(jìn)行 指紋紋形的分類判斷以及指紋嵴密度的判斷 局部匹配則是對(duì)于細(xì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行類型 坐 標(biāo) 質(zhì)量以及方向上的匹配 也有包括一組指紋特征值之間所形成的拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)行比 對(duì)和匹配 其中特征點(diǎn)的匹配現(xiàn)在采有嵴線長度的匹配 三角形邊長匹配以及點(diǎn)類型 匹配 當(dāng)然這些匹配方法并不是最完善的 存在著一定的匹配盲區(qū) 不能說很完整很 正確的進(jìn)行匹配 目前國內(nèi)外正在不斷的研究和完善新的指紋特征匹配算法 1 3 本文主要研究內(nèi)容和章節(jié)安排 本文主要以戰(zhàn)艦 STM 32 作為開發(fā)平臺(tái)通過對(duì)指紋錄入識(shí)別模塊 鍵盤模塊 LCD 液晶顯示模塊和報(bào)警模塊等幾個(gè)主要功能模塊的設(shè)計(jì)和整合來模擬實(shí)現(xiàn)指紋密碼鎖的 控制 這一設(shè)計(jì)通過對(duì)完整的指紋模塊的指令研究以及指紋的識(shí)別處理 熟悉簡單的 圖像處理以及 STM32 系列 ARM 單片機(jī)的使用 本文研究的內(nèi)容主要包括六章 第一章是緒論 主要說明了本設(shè)計(jì)的開發(fā)背景和意義 還有這個(gè)項(xiàng)目在國內(nèi)外的 當(dāng)前研究狀況 第二章是系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)的總體要求設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟硬件的總體結(jié)構(gòu) 第三章是系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 主要闡述系統(tǒng)的硬件模塊的設(shè)計(jì)以及具體實(shí) 現(xiàn)方法 第四章是系統(tǒng)軟件模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 主要闡述了系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的軟件設(shè)計(jì)以及 具體實(shí)現(xiàn)方法 第五章是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)果 主要展示了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)的功能和結(jié)果 第六章是總結(jié)與展望 總結(jié)本次設(shè)計(jì)所取得的成果和依舊存在的問題并對(duì)下一步 改進(jìn)工作做了展望 浙江財(cái)經(jīng)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 4 2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體要求 基于 STM 32 的指紋密碼鎖控制系統(tǒng)是以 戰(zhàn)艦 STM32 開發(fā)板為開發(fā)平臺(tái) 配合 FM 180 指紋識(shí)別模塊和開發(fā)板自帶的 2 8 寸 TFT 彩色 LCD 液晶顯示屏幕 利用 keil uvision4 開發(fā)軟件環(huán)件開發(fā) 通過軟硬件模塊的整合和控制模擬實(shí)現(xiàn)控制指紋密碼鎖 熟悉數(shù)據(jù)的讀寫功能實(shí)現(xiàn) 本次設(shè)計(jì)通過完整的指紋識(shí)別模塊實(shí)現(xiàn)指紋的錄入和識(shí)別 根據(jù)戰(zhàn)艦 STM 32 開發(fā) 板的按鍵實(shí)現(xiàn)錄入和識(shí)別模式的轉(zhuǎn)換 并通過 LCD 液晶顯示屏顯示當(dāng)前的模式狀態(tài)和 錄入和識(shí)別狀態(tài) 同時(shí)通過蜂鳴器發(fā)出不同間隔和次數(shù)的蜂鳴聲對(duì)應(yīng)相應(yīng)的狀態(tài) 一 設(shè)計(jì)的具體功能要求如下 1 通過按鍵控制指紋錄入模式和指紋識(shí)別模式的轉(zhuǎn)換 2 錄入模式下再次按錄入鍵能夠繼續(xù)錄入指紋 3 通過按鍵能夠清除所有內(nèi)部存儲(chǔ)的指紋 4 蜂鳴器針對(duì)成功或失敗不同結(jié)果下發(fā)出不同間隔和次數(shù)的蜂鳴 5 錄入成功生成的指紋號(hào)和識(shí)別成功對(duì)應(yīng)的指紋號(hào)在 LCD 上顯示 6 LCD 顯示不同的模式以及錄入和識(shí)別成功或失敗不同結(jié)果進(jìn)行顯示 二 開發(fā)工具 以戰(zhàn)艦 STM32 V3 0 開發(fā)板為主控模塊 用 FM 180 指紋識(shí)別模塊作為從屬模塊對(duì) 其發(fā)出相應(yīng)的指令進(jìn)行指紋的采集和識(shí)別處理 用 2 8 寸 TFT 彩屏作為顯示模塊 以 Keil uVision4 為開發(fā)環(huán)境 J Link 仿真工具和串口調(diào)試工具作為輔助工具 2 2 硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的硬件由以下幾個(gè)部分組成 如圖 2 1 圖 2 1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 指紋 FM 180 指 紋識(shí)別模 塊 主控器 鍵盤模塊 LCD 液晶顯示 模塊 報(bào)警模塊 浙江財(cái)經(jīng)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 5 由硬件結(jié)構(gòu)圖可以看出 指紋通過 FM 180 指紋識(shí)別模塊采集處理 并將處理后的 指紋特征值等以數(shù)據(jù)包的形式發(fā)給主控模塊 主控模塊發(fā)送指令包對(duì) FM 180 指紋識(shí)別 模塊進(jìn)行控制以及對(duì)鍵盤模塊 報(bào)警模塊 LCD 液晶顯示模塊進(jìn)行控制 在 LCD 液晶顯 示屏上顯示錄入和識(shí)別成功的指紋號(hào)碼 報(bào)警模塊中以開發(fā)板自帶的蜂鳴器為主 在 不同的狀態(tài)和結(jié)果下進(jìn)行不同間隔和次數(shù)的蜂鳴 鍵盤模塊主要通過三個(gè)按鍵分別實(shí) 現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換 錄入 清除等功能 2 3 軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的軟件由以下幾個(gè)部分組成 如圖 2 2 圖 2 2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖 由系統(tǒng)軟件機(jī)構(gòu)圖可以看出 主控制器作為主要的控制中心對(duì)其他四個(gè)模塊進(jìn)行 控制 其中指紋識(shí)別主要接收主控制器的指令并發(fā)送數(shù)據(jù)給主控制器并且對(duì)輸入指紋 進(jìn)行采集處理 顯示屏顯示各個(gè)狀態(tài)特別是錄入的指紋號(hào)和識(shí)別的指紋號(hào) 按鍵主要 實(shí)現(xiàn)模式切換 指紋錄入 指紋清除三個(gè)功能 報(bào)警程序以蜂鳴器為主 通過驅(qū)動(dòng)程 序?qū)崿F(xiàn)不同狀態(tài)下不同次數(shù)和間隔的蜂鳴 浙江財(cái)經(jīng)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 6 3 系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 3 1 指紋識(shí)別模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 指紋識(shí)別模塊選用 FM 180 指紋識(shí)別設(shè)備實(shí)現(xiàn) FM 180 亮背景光學(xué)頭指紋識(shí)別設(shè)備 采用光學(xué)指紋傳感器 由高性能 DSP 處理器和 FLAH 等芯片構(gòu)成 供電電壓 3 6 6 0V 供電電流LCD REG CMD 和 LCD LCD RAM DATA 來對(duì) LCD 寫命令和寫數(shù)據(jù) 反過來就可以進(jìn)行讀 寄存器和讀數(shù)據(jù) LCD 的 CS WR RD 和 IO 都是由 FSMC 控制 就不需要手動(dòng)設(shè)置 這些都是對(duì)液晶顯示屏的初始化 在本次設(shè)計(jì)中 LCD 液晶顯示屏要實(shí)現(xiàn)的功能的程序 流程圖如圖 4 3 所示 圖 4 3 LCD 液晶顯示屏程序流程圖 從 4 3 圖可以看出 在剛啟動(dòng)設(shè)備的時(shí)候如果外部設(shè)備與 CPU 握手成功 CPU 通 過 LCD ShowString 函數(shù)對(duì) LCD 液晶顯示屏執(zhí)行顯示操作 使得屏幕顯示準(zhǔn)備就緒 同樣的 在指紋錄入模式下 當(dāng) CPU 接收到錄入成功的信號(hào)時(shí) 也通過 LCD ShowString 函數(shù)顯示錄入成功狀態(tài) 生成并顯示當(dāng)前錄入的指紋號(hào) 在指紋識(shí) 別狀態(tài)下 識(shí)別成功則通過 LCD ShowString 函數(shù)顯示對(duì)應(yīng)的指紋號(hào) 識(shí)別失敗則顯 示識(shí)別失敗 指紋號(hào)歸零 浙江財(cái)經(jīng)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 13 4 4 指紋識(shí)別模塊程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 4 4 2 指紋識(shí)別模式 本次設(shè)計(jì)采用的是 FM 180 指紋識(shí)別設(shè)備 是較為完善的指紋識(shí)別模塊 主要通過 CPU 對(duì)設(shè)備發(fā)送規(guī)定格式的數(shù)據(jù)包或者命令包來實(shí)現(xiàn)指紋的錄入和識(shí)別 指令 數(shù)據(jù)包 一共分三類 包標(biāo)識(shí) 01 為命令包 包標(biāo)識(shí) 02 為數(shù)據(jù)包 并且允許有后續(xù)數(shù)據(jù)包傳入 包標(biāo)識(shí) 08 是最后數(shù)據(jù)包 作為結(jié)束包 所有的數(shù)據(jù)包都要加包頭 0 xEF01 其中指紋錄入的關(guān)鍵在于兩次采集指紋生成的特征值并存于 flash 指紋庫 其程序 流程圖如圖 4 4 所示 圖 4 4 指紋錄入程序流程圖 在發(fā)送指令以及生成指令中都會(huì)有等待接收應(yīng)答包 只有接受到應(yīng)答包才能發(fā)送 下一步指令 其中產(chǎn)生特征 1 就是使得標(biāo)識(shí)參數(shù) BufferID 1 通過 unsigned char GENT1 函數(shù)發(fā)送 12 個(gè)字節(jié)給傳感器作為指令生成特征 1 并將特征值 1 存儲(chǔ)于 ModleBufferA 在第一次采集成功之后 進(jìn)行第二次采集的過程中 生成特征 2 就是 BufferID 2 通過 unsigned char GENT1 函數(shù)發(fā)送 12 個(gè)字節(jié)給傳感器作為指令生成 特征 2 將特征值存儲(chǔ)于 ModleBufferB 兩次采集均成功的狀態(tài)下 進(jìn)入注冊(cè) 通過 unsigned char MERG 函數(shù)發(fā)送 12 個(gè)字節(jié)合并兩個(gè)特征值的指令并且將兩個(gè)特征值 進(jìn)行合并之后存入指定存儲(chǔ)器 ModleBuffer 完成指紋的兩次采集 生成兩個(gè)特征值 浙江財(cái)經(jīng)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 14 合并之后的特征值更具準(zhǔn)確性 同時(shí)錄入成功之后會(huì)通過自動(dòng)計(jì)數(shù)生成指紋號(hào) Number 并顯示 通過這個(gè)程序的設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)指紋的兩次采集并且錄入 4 4 2 指紋識(shí)別模式 由于 FM 180 指紋識(shí)別設(shè)備是較為完善的指紋識(shí)別模塊 通過 CPU 對(duì)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù) 包或者命令包來實(shí)現(xiàn)指紋的錄入和識(shí)別 有三類數(shù)據(jù)包和命令包 包標(biāo)識(shí) 01 為命令包 包標(biāo)識(shí) 02 為數(shù)據(jù)包 并且允許有后續(xù)數(shù)據(jù)包傳入 包標(biāo)識(shí) 08 是最后數(shù)據(jù)包 作為結(jié) 束包 所有的數(shù)據(jù)包都要加包頭 0 xEF01 其中指紋識(shí)別的關(guān)鍵在于現(xiàn)場采集指紋和已有指紋庫之間的比對(duì) 其中要對(duì)已有 指紋庫進(jìn)行搜索 然后進(jìn)行特征值的比對(duì) 其程序流程圖如圖 4 5 所示 圖 4 5 指紋識(shí)別程序流程圖 根據(jù)指紋識(shí)別程序流程圖可以看到 從現(xiàn)場獲取的指紋需要通過 CPU 發(fā)送圖像獲 取以及特征獲取的指令才能生成最后的特征值 然后對(duì) flash 存儲(chǔ)模板中的已有指紋 特征值進(jìn)行搜索 這是通過 PS Search 指令實(shí)現(xiàn) 通過 SearchBuf Searchfinger 進(jìn)行比對(duì) 根據(jù) SearchBuf 1 的返回值來確定現(xiàn)場指紋在錄入的指紋庫中是否有匹配 的指紋 同時(shí)將識(shí)別成功對(duì)應(yīng)的指紋號(hào) Searchnum 返回給 CPU 或者返回 65535 的值表 示指紋識(shí)別失敗 這樣 CPU 的能夠根據(jù)不同的識(shí)別狀態(tài)及時(shí)的將識(shí)別結(jié)果顯示在 LCD 液晶顯示屏上 浙江財(cái)經(jīng)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 15 5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)果 5 1 系統(tǒng)總體框架 本系統(tǒng)由戰(zhàn)艦 STM32 為主要控制中心 同時(shí)外接 FM 180 指紋識(shí)別模塊以及戰(zhàn)艦 STM32 開發(fā)板自帶的鍵盤 LCD 液晶顯示屏和蜂鳴器 通過對(duì)這些組成模塊的程序控制 實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)計(jì) 下圖 5 1 是總體實(shí)物圖 圖 5 1 系統(tǒng)總體實(shí)物圖 5 2 指紋錄入模式 按下按鍵 KEY0 從系統(tǒng)默認(rèn)的識(shí)別模式轉(zhuǎn)換到指紋錄入模式 按下 KEY1 鍵開始錄 入指紋 錄入成功之后就會(huì)生成并顯示一個(gè)指紋號(hào)對(duì)應(yīng)你現(xiàn)在的指紋 再次按 KEY1 鍵 繼續(xù)錄入指紋 成功之后按照加 1 的計(jì)數(shù)順序繼續(xù)生成新的指紋號(hào)碼 具體實(shí)現(xiàn)如圖 5 2 圖 5 3 圖 5 4 所示 浙江財(cái)經(jīng)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 16 圖 5 2 指紋錄入模式開始 LCD 顯示圖 圖 5 3 指紋錄入成功 LCD 顯示圖 浙江財(cái)經(jīng)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 17 圖 5 4 指紋繼續(xù)錄入成功 LCD 顯示圖 5 3 指紋識(shí)別模式 系統(tǒng)初始默認(rèn)為指紋識(shí)別模式 因此進(jìn)入系統(tǒng)就可以進(jìn)行指紋識(shí)別的操作 當(dāng)然 如果通過按鍵 KEY0 切換到了指紋錄入模式 同樣可以切換回來 LCD 液晶顯示屏顯示 當(dāng)前的模式 如果識(shí)別成功 LCD 顯示識(shí)別成功并顯示匹配的指紋號(hào) 如果識(shí)別失敗 顯示紅色的識(shí)別失敗 并且將指紋號(hào)歸零即當(dāng)前無指紋 具體實(shí)現(xiàn)結(jié)果如圖 5 5 圖 5 6 圖 5 7 所示 浙江財(cái)經(jīng)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 18 圖 5 5 指紋識(shí)別開始 LCD 顯示圖 圖 5 6 指紋識(shí)別成功 LCD 顯示圖 浙江財(cái)經(jīng)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 19 圖 5 7 指紋識(shí)別失敗 LCD 顯示圖 5 4 結(jié)果分析 根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出 基本實(shí)現(xiàn)了指紋錄入和識(shí)別兩個(gè)基本功能 并且在 按下按鍵 KEY2 的情況下 清除所有指紋 指紋號(hào)顯示為零 模式自動(dòng)轉(zhuǎn)換到錄入模式 通過 LCD 液晶顯示頻顯示當(dāng)前模式和指紋輸入和處理狀態(tài) 鍵盤模塊的按鍵功能也基 本實(shí)現(xiàn) 蜂鳴器也能夠按照預(yù)想的設(shè)定進(jìn)行不同狀態(tài)下不同次數(shù)和間隔的蜂鳴 指紋 錄入能夠在上一個(gè)指紋錄入成功的狀態(tài)下繼續(xù)進(jìn)行指紋的錄入 指紋識(shí)別也能夠顯示 與當(dāng)前現(xiàn)場指紋相匹配的指紋號(hào) 也存在一些問題 指紋的錄入沒有對(duì)錄入失敗狀態(tài) 在 LCD 液晶顯示屏上顯示出來 指紋識(shí)別失敗沒有自動(dòng)轉(zhuǎn)換到指紋識(shí)別開始界面 6 總結(jié)與展望 在本次設(shè)計(jì)中探索了國內(nèi)外的指紋密碼鎖的研究現(xiàn)狀和背景 并對(duì)指紋采集和指 紋識(shí)別兩個(gè)技術(shù)以及現(xiàn)在的一些通用算法有了比較深入的了解 浙江財(cái)經(jīng)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 20 本次設(shè)計(jì)主要先通過對(duì)系統(tǒng)的軟硬件的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與構(gòu)想 然后對(duì)軟件 模塊和硬件模塊分別進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 從而達(dá)到了初期的目標(biāo) 這次設(shè)計(jì)以 功能強(qiáng)大的戰(zhàn)艦 STM32 開發(fā)板作為開發(fā)平臺(tái)以及 keil uvision4 開發(fā)軟件 運(yùn)用戰(zhàn)艦 STM32 開發(fā)板自帶的蜂鳴器 按鍵和 LCD 液晶顯示屏并通過對(duì)這些自帶設(shè)備的程序控制 和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了報(bào)警模塊 鍵盤模塊和 LCD 液晶顯示模塊的基本功能 完成初期的設(shè)想 目標(biāo) 采用功能較為完善的 FM 180 指紋識(shí)別設(shè)備 通過戰(zhàn)艦 STM32 開發(fā)板的 CPU 對(duì)指 紋識(shí)別設(shè)備發(fā)送指令以及數(shù)據(jù)并進(jìn)行程序的判斷和實(shí)現(xiàn) 從而實(shí)現(xiàn)了指紋的錄入 識(shí) 別兩個(gè)核心功能 以及指紋的清除 模式切換 液晶顯示等其他功能 在設(shè)計(jì)過程中也遇到一些問題和困難 比如在使用較為完善的 FM 180 指紋識(shí)別模 塊進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳送時(shí) 要特別注意指令包和數(shù)據(jù)包的格式 特別是一些標(biāo)識(shí)碼 的獲取和判斷 設(shè)計(jì)過程中 經(jīng)常出現(xiàn)格式的錯(cuò)誤或者使用錯(cuò)誤導(dǎo)致命令包和數(shù)據(jù)包 的發(fā)送接收出現(xiàn)錯(cuò)誤 從而無法實(shí)現(xiàn)功能 再比如在指紋的識(shí)別和錄入過程中 要對(duì) 發(fā)來的數(shù)據(jù)包進(jìn)行包頭字節(jié)的提取和判斷 并且對(duì)數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)字節(jié)部分要進(jìn)行數(shù)據(jù) 的提取和存儲(chǔ) 之后也要進(jìn)行校驗(yàn)和的計(jì)算 這樣才是對(duì)一次數(shù)據(jù)包接收的完整過程 在這次設(shè)計(jì)中尚且存在的問題有 LCD 液晶顯示屏沒有顯示讀取的指紋圖像 清除 指紋時(shí)是一次性清除 不能有選擇性的進(jìn)行清除 沒有對(duì)指紋錄入失敗進(jìn)行報(bào)警和顯 示 功能較少僅限于錄入 識(shí)別 清除 用戶與系統(tǒng)的交互主要通過 LCD 液晶顯示屏 這點(diǎn)尚顯單調(diào) 本次設(shè)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)初期的目標(biāo) 但是依然在今后的開發(fā)中從以下幾方面進(jìn) 行改進(jìn) 1 通過對(duì)指紋識(shí)別設(shè)備 Flash 存儲(chǔ)模板中調(diào)取已經(jīng)讀取的指紋圖像并通過 LCD 液 晶顯示屏顯示 這樣也會(huì)使得交互界面較為充實(shí) 2 通過對(duì)指紋識(shí)別設(shè)備的特征值存儲(chǔ)單元和 Flash 存儲(chǔ)模板的地址的選取 然后 根據(jù)地址 使用按鍵 KEY2 進(jìn)行有選擇性的刪除 3 對(duì)于指紋錄入失敗要設(shè)計(jì)相應(yīng)的報(bào)警形式和 LCD 顯示形式 4 可以嘗試設(shè)計(jì)增加指紋選取功能 通過按鍵能夠有選擇性的調(diào)取已經(jīng)錄入的指 紋圖像 并使用中英文兩種蚊子顯示 使界面更加充實(shí) 通過這次的設(shè)計(jì) 我了解了當(dāng)前國內(nèi)外對(duì)于指紋密碼鎖控制系統(tǒng)的開發(fā)和研究現(xiàn) 狀 并且從系統(tǒng)的軟硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到各個(gè)模塊的具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 這個(gè)過程中不 僅僅是對(duì)大學(xué)四年知識(shí)的一種回顧 也是對(duì)自己心智的一種歷練 遇到過困難和瓶頸 就要看自己的心態(tài) 耐心和堅(jiān)持尤其重要 多向老師和同學(xué)請(qǐng)教克服開發(fā)中的一個(gè)個(gè) 困難 之后就能體會(huì)到那種成就感 也是最為開心的 浙江財(cái)經(jīng)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 設(shè)計(jì) 21 參考文獻(xiàn) 1 柴曉光 岑寶熾 民用指紋識(shí)別技術(shù) M 北京 人民郵電出版社