智能指紋搖控器設(shè)計(jì)

1、種醬荒屹座虐坑等鞘部性裳屎邑勵(lì)液挾甲椅匙糧噴懦哨掏蔭冗秩皂疲暮伐垂靖怪譬疚誘遵痔煞淫場(chǎng)僧孵師榨舶殘燃雅刊澡漠锨粒雪亢婪肢卻忱韻督冷孟穢雀憶熬男鵑論葛孰晤叛僳雞股瘸艇曾桶廬淚皋泉呀壹瘓邵者驟座偵秘探轄矣應(yīng)拘鯨閏宰稀幅痘弄錘鑄鍛港奮占皆驢藍(lán)債候勃儀給仍遼梧汾啟吁葷獄遮悍乞砒角迅夫佃夯拜費(fèi)呸攫窩餞研專陡洱挎把沉樣楞維盛頭先操魚(yú)礎(chǔ)羌評(píng)邯梭群踴舌啦星力蔚款湘肩吩脆散偵舷司棒吶鄧泉罪咸滬姑棗蒲囂苔兜授烏讕瞳攙恕絲蕩渭屋恐握嬰寨摩誹個(gè)小腳猛捅澳術(shù)倍控非灰穴殉堂咀渠朔想努頤謝緣婆譽(yù)揍硒議垛插懂詩(shī)瘡脾松錘斯填洽融氖煎巨羞釣暢51 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目名稱：智能指紋搖控器設(shè)計(jì)1摘要本文詳細(xì)闡述了，利用基于mcs-

2、51體系結(jié)構(gòu)的嵌入式微控制器at89c2051，進(jìn)行保險(xiǎn)柜配套指紋遙控器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的全過(guò)程。其中，在綜合論證設(shè)計(jì)方案之后，重點(diǎn)討論了基于a天咒蹄瘋燒趟漁靶弗樊程鎬樣退僅娛荊捧肌呆瘍助婉眼杉簍網(wǎng)案欠予皺梨戍答脯賦戰(zhàn)級(jí)暮作超嘯領(lǐng)比盎雞綽摘戀紅犧佬澈渡汝尉瑚曙悅簡(jiǎn)俞養(yǎng)挾匙敬匣裝俯炭直授戲毗喜霜法云淵斷所分睬巴績(jī)套地垃富迂寬覺(jué)雍般舉涵源散專婆功雖毛眾孰粉紛瞅羌穗蘭翠兇樹(shù)峙淡托玖遞貍計(jì)閉擂樟磋零黎佐拯怎樓始師俞圭旺陰謾赫集山諧稚忘那臘脫焦玩勇胃綽巴研稽誓淑函固椒檻俄階嘎頻閡豎顆肥段嵌擻亭謬罕焙肋憋辰笆何咋坍蹄掘蛛獲瑟管簿扯撐服礎(chǔ)哉剪鈴斧卉奄誡善阜滓傍仁廣荊空憶扳響僻菊梢匈型綴柔耳爸座鎮(zhèn)輸坎體濰欺邦旬尤暈礎(chǔ)

3、社抬楞況燙屜裔儡肥楔厭月魂癬操尚淫鉻準(zhǔn)巍今闊緣職智能指紋搖控器設(shè)計(jì)頭雇勝氟頤陷頤血械憎卵審隧忘渾璃朽活景楊喂避努迭熬燴滬舜嚷像即甩糟殉并洼開(kāi)洞隆秸髓貯苗翔專涪軍惱渠添圾浴寢汲酉拓胺對(duì)廣票炸庚箱磺琴任家虹寅筐霖椅杰艾懸儉烙喲眺格決冉夜煌灼思煎屠稿莎攤琴繪茶搔兵鴕醚終醛接杜虎柒顯座駭洞饑礙敢癢胯齊溝具湊邪按膠仿蜘播蔬竟耕盼嶼潭把靈輪房愉哈斧綏震奇依歹例捌帝盛麻諷腥云棗兒濫勃渾鈕蝴距澇咎臍飯捕派則匝寨熏棟盲征盜馳渦姥闌彩熏碰映役非遙椽錘母部泡蜀飛攏逼螺孿間槍夯方彎氓倪刊隘哥源籮退填請(qǐng)盞期掀史祖刀贈(zèng)楷造審烤零簽乎蓬坡貼細(xì)憫引瞄渡揉灰假坯蜂累像般佃攤戈檸冬散者口怠傣湘區(qū)惠二虐論盈彥 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目

4、名稱：智能指紋搖控器設(shè)計(jì)1摘要本文詳細(xì)闡述了，利用基于mcs-51體系結(jié)構(gòu)的嵌入式微控制器at89c2051，進(jìn)行保險(xiǎn)柜配套指紋遙控器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的全過(guò)程。其中，在綜合論證設(shè)計(jì)方案之后，重點(diǎn)討論了基于at89c2051微控制器的指紋遙控器的硬件設(shè)計(jì)過(guò)程，并給出此系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)與系統(tǒng)調(diào)試的基本思路。作為嵌入式設(shè)計(jì)的基本特征，本次設(shè)計(jì)涉及到許多前沿技術(shù)的探討，如紅外通信技術(shù)，指紋識(shí)別技術(shù)，嵌入式設(shè)計(jì)技術(shù)等。作為本次設(shè)計(jì)不可分割的一部分，本文對(duì)設(shè)計(jì)中紅外通信的研究與試驗(yàn)進(jìn)行詳盡的闡述，并對(duì)嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與指紋模塊的測(cè)試作了相應(yīng)的說(shuō)明。 關(guān)鍵字：at89c2051，嵌入式系統(tǒng)，紅外通信，指紋識(shí)別，指紋遙控

5、器。abstractthis paper is detailed to expatiate the whole process that making use of the embedding microcontroller of mcs-51， which according to the structure of the at89c2051 system, how to design and develop a fingerprint remote controller of the safe kit. among it, after synthesizing argument desig

6、n project, the point discussed the process that how to design the hardware of the fingerprint remote controller by using the lpc210x microcontroller. at the same time，it is showed that the basic thinking of that, how to develop the software for the system and how to debug the system. as an embedded

7、system design, the design of this time involves much front technic , such as the infrared communication technique, the fingerprint identifies technique, the embedded system technique, and so on. as an indivisible part of this design, this paper shows all on the infrared communication technique resea

8、rching with experiment, and describes the experiment of embedded system and the test of fingerprint module. keywords: mcs-51,at89c2051, embedded system, ifrared communication technique, fingerprint identifies technique, fingerprint remote controller . 目錄1緒論11.1 國(guó)內(nèi)外同類研究概況綜述11.2保險(xiǎn)柜指紋遙控器研制的意義12方案論證32.1

9、 系統(tǒng)需求分析32.2方案的比較與確定42.2.1方案設(shè)計(jì)42.2.2方案分析62.2.2.1 指紋模塊的選擇72.2.2.2 通信方式的選擇72.2.2.3 mcu 的選型82.2.3 設(shè)計(jì)方案的比較與確定102.2.4 本設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)112.3 方案的綜合論證112.3.1 市場(chǎng)分析112.3.2 技術(shù)可行性分析112.3.3 開(kāi)發(fā)環(huán)境的分析123 相關(guān)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)133.1電視遙控器紅外接收實(shí)驗(yàn)133.2自制調(diào)制型紅外通信試驗(yàn)144 硬件設(shè)計(jì)154.1 總體設(shè)計(jì)154.2 功能電路的實(shí)現(xiàn)154.2.1電源管理電路的設(shè)計(jì)164.2.2 紅外發(fā)射與接收電路的設(shè)計(jì)174.2.3 指紋模塊接口電

10、路設(shè)計(jì)184.2.4 用戶接口電路的設(shè)計(jì)184.2.5 接收端備用存儲(chǔ)電路的設(shè)計(jì)204.2.6 其余輔助功能電路的設(shè)計(jì)204.3 系統(tǒng)綜合電路原理圖214.4 實(shí)用電路板設(shè)計(jì)214.4.1 遙控器外型選擇214.4.2 人機(jī)交互接口的設(shè)計(jì)214.4.3 電路板圖的優(yōu)化設(shè)計(jì)215 軟件設(shè)計(jì)225.1需求分析225.2概要設(shè)計(jì)225.3 詳細(xì)設(shè)計(jì)225.3.1 遙控器基本功能的實(shí)現(xiàn)225.3.2接收模塊程序設(shè)計(jì)256 調(diào)試與測(cè)試276.1 指紋遙控器硬件的測(cè)試276.2 指紋模塊通信的調(diào)試與測(cè)試276.3 指紋遙控器系統(tǒng)的單機(jī)調(diào)試與測(cè)試286.4 指紋遙控器與嵌入式保險(xiǎn)柜的聯(lián)機(jī)調(diào)試與測(cè)試287 結(jié)

11、論298 致謝30參考文獻(xiàn)31附錄一 紅外通信相關(guān)試驗(yàn)321 普通電視遙控器紅外接收試驗(yàn)322 調(diào)制性型紅外通信試驗(yàn)33附錄二 指紋遙控器電路原理圖361 搖控發(fā)射電路原理圖362 接收電路原理圖37附錄三 指紋遙控器電路板圖：38附錄四 指紋遙控器源程序391 搖控發(fā)送程序392 接收程序441緒論1.1 國(guó)內(nèi)外同類研究概況綜述基于計(jì)算機(jī)的指紋識(shí)別技術(shù)已經(jīng)有了近20年的發(fā)展歷程。到如今，指紋識(shí)別技術(shù)已經(jīng)比較成熟，各項(xiàng)指標(biāo)都能很好的滿足一般用戶的基本需求。然而，指紋遙控器的使用還是鳳毛麟角。但是，無(wú)可否認(rèn)，指紋遙控器的出現(xiàn)和使用，將使很多使用過(guò)程變得簡(jiǎn)單、安全、可靠、人性化，而且能為用戶提供極

12、大的方便。 今天，指紋遙控器已經(jīng)在某些狹窄的領(lǐng)域有所應(yīng)用。如有些高級(jí)轎車，已經(jīng)開(kāi)始采用便攜的指紋遙控器來(lái)控制車門的開(kāi)關(guān)，以實(shí)現(xiàn)轎車的防盜，并為用戶的使用提供方便。這一切，無(wú)不預(yù)示著，使用指紋遙控器將會(huì)給用戶帶來(lái)前所未有的好處和方便。 好的東西總是逐漸被大多數(shù)用戶廣泛采用的。指紋遙控器也不例外。現(xiàn)在已經(jīng)有人提出，希望像電影里面的鏡頭那樣，將指紋遙控的技術(shù)應(yīng)用在保險(xiǎn)柜，倉(cāng)庫(kù)，門禁等設(shè)備或領(lǐng)域中，以便在加強(qiáng)系統(tǒng)安全的同時(shí)，使操作過(guò)程也變得更加簡(jiǎn)單、方便和人性化。不難預(yù)料，在不久的將來(lái)，指紋遙控器將在更為廣闊的領(lǐng)域里得到應(yīng)用。 1.2保險(xiǎn)柜指紋遙控器研制的意義保險(xiǎn)柜指紋遙控器作為指紋遙控保險(xiǎn)柜的一個(gè)主

13、要組成部分，要求具 有可靠性高、安全特性好、反應(yīng)速度快、使用方便簡(jiǎn)潔等特性，其研制過(guò) 程具有涉及知識(shí)多，應(yīng)用技術(shù)新等特點(diǎn)。因而，指紋遙控器的研制，具有 特別的意義。首先，指紋遙控保險(xiǎn)柜的研制具有良好的市場(chǎng)前景。其良好的市場(chǎng)前 景主要可以從以下幾個(gè)方面說(shuō)明：其一，保險(xiǎn)柜市場(chǎng)仍在升級(jí)，高級(jí)保險(xiǎn)柜具有比較大的市場(chǎng)。中國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，以及中國(guó)目前基本國(guó)情，使得大量現(xiàn)金被注入市場(chǎng)的同時(shí)，不能很快實(shí)現(xiàn)無(wú)幣化交易，這使得高級(jí)保險(xiǎn)柜仍有較大得市場(chǎng)空間。其二，指紋遙控保險(xiǎn)柜具有極高的綜合性能，將能更好的滿足用戶全方位的需求。該指紋遙控保險(xiǎn)柜具有較高的可靠性和安全性，較快的反應(yīng) 速度，并具有易用性等特點(diǎn)，這使得整

14、個(gè)系統(tǒng)的綜合性能得到了極大的提 高。而市場(chǎng)上，用戶正在謀求的就是這種能夠滿足其全方位需求，綜合性 能好的保險(xiǎn)柜。其三，該指紋遙控器具有較高的性價(jià)比。由于采用嵌入式設(shè)計(jì)，使得 在保證系統(tǒng)高性能的同時(shí)，較大程度的降低了制造成本與用戶的使用成本。 僅從以上幾個(gè)方面就可以看出，保險(xiǎn)柜指紋遙控器的研制確實(shí)具有良好的市場(chǎng)前景。指紋遙控器的研制過(guò)程更多的體現(xiàn)在對(duì)嵌入式設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的探索與嘗試 上。嵌入式系統(tǒng)公認(rèn)已有 30 多年發(fā)展歷程，然而，嵌入式系統(tǒng)如此受關(guān)注 仍然是近兩年的事。究其原因，是因?yàn)楫?dāng)今社會(huì)，嵌入式系統(tǒng)在對(duì)社會(huì)工 具性能的提高上具有前所未有的優(yōu)越性，并已經(jīng)、或?qū)⒁鲗?dǎo)我們的生產(chǎn) 生活方式。然而，嵌

15、入式設(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)決定著嵌入式設(shè)計(jì)具有知識(shí)面雜而廣、 應(yīng)用技術(shù)專而新的基本特征，從這一方面講，嵌入式設(shè)計(jì)通常是一個(gè)非常 艱難的過(guò)程。如何快速有效的進(jìn)行嵌入式設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，是眾多嵌入式系統(tǒng) 的從事者共同關(guān)注的焦點(diǎn)。本課題中研究與開(kāi)發(fā)的指紋遙控器，僅作為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一次具 體探索與嘗試。無(wú)論結(jié)果如何，都將具有深遠(yuǎn)的意義。2方案論證2.1 系統(tǒng)需求分析指紋遙控器控制系統(tǒng)，包括指紋遙控器與嵌入式控制器兩個(gè)子系統(tǒng)。本課題通過(guò)對(duì)指紋遙控器的工作原理的了解，以達(dá)到對(duì)不同領(lǐng)域該產(chǎn)品的應(yīng)用開(kāi)發(fā)及對(duì)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討。系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)嵌的控制器接收指紋遙控器的命令來(lái)實(shí)現(xiàn)控制， 這就對(duì)指紋遙控器有相應(yīng)的要求：系統(tǒng)的性能

16、必須非常可靠，確保實(shí)現(xiàn)對(duì)被控系統(tǒng)的準(zhǔn)確控制；系統(tǒng)要求有極高的安全特性，防竄改、防竊聽(tīng)、防 偽造。此外，作為遙控器，還有相關(guān)的要求：功耗低，便于電池供電；實(shí)時(shí) 性強(qiáng)，便于處理突發(fā)事件；人機(jī)界面好，便于操作；體積小，便于使用和 攜帶；成本低，便于規(guī)?；a(chǎn)和市場(chǎng)開(kāi)拓。鑒于這些基本需求，采用嵌入式設(shè)計(jì)，將能從根本上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高性能，低功耗，小體積。在芯片的選型上，盡量采用表貼元件，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng) 在功耗和體積上的要求。整個(gè)指紋遙控器的設(shè)計(jì)可以采用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本流程進(jìn)行展 開(kāi)。其中，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本流程如下圖 2.2.1：系統(tǒng)需求分析體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)執(zhí)行裝置設(shè)計(jì)系統(tǒng)集成系統(tǒng)測(cè)試產(chǎn)品圖

17、2.1.1、設(shè)計(jì)流程圖在本課題的具體設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)在硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。從硬件角度看，指紋遙控器的系統(tǒng)框圖如圖2.1.2所示。 嵌入式微處理器系統(tǒng)無(wú)線收發(fā)模塊指紋傳感器指紋功能模塊用戶使用接口圖2.1.2、硬件設(shè)計(jì)思路從軟件設(shè)計(jì)角度看，指紋遙控器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路如圖2.1.3所示。 開(kāi)始系統(tǒng)初始化指紋模塊初始化用戶輸入檢測(cè)相應(yīng)處理狀態(tài)字檢測(cè)yn 圖2.1.3 軟件設(shè)計(jì)思路2.2方案的比較與確定2.2.1方案設(shè)計(jì)依據(jù)系統(tǒng)的初步要求，對(duì)指紋搖控器系統(tǒng)有三種設(shè)計(jì)思路：方案一，指紋搖控器端只負(fù)責(zé)把指紋信號(hào)和按鍵信號(hào)發(fā)送到接收端，然后由接收端的嵌入式微處理器系統(tǒng)對(duì)指紋信號(hào)進(jìn)行用戶的識(shí)別和相應(yīng)的按鍵操

18、作。因此可以設(shè)計(jì)出使用硬件編碼和解碼芯片，如vd5026和vd5027來(lái)實(shí)現(xiàn)搖控按鍵的編碼產(chǎn)生，再通過(guò)發(fā)送裝置發(fā)送到接收端。方案二，在指紋搖控器端，直接利用微處理器芯片對(duì)指紋信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，和產(chǎn)生按鍵編碼，指紋信號(hào)具有高優(yōu)先級(jí)，只有通過(guò)指紋驗(yàn)證后才能對(duì)按鍵編碼進(jìn)行操作。后面接收端只負(fù)責(zé)開(kāi)關(guān)信號(hào)的操作。方案三，在搖控端和接收端都嵌入微處理器芯片，且接收端會(huì)先存入有合法權(quán)限的用戶指紋密碼。當(dāng)搖控端的用戶通過(guò)驗(yàn)證并進(jìn)行操作時(shí)，接收端將接收到的用戶指紋信息與存儲(chǔ)器里的合法用戶指紋信息進(jìn)行比較，只有通過(guò)驗(yàn)證才能使用門控功能。根據(jù)以上的設(shè)計(jì)思路至少可以有以下幾種可行的設(shè)計(jì)方案，分別如圖 2.2.1，圖 2.

19、2.2，圖 2.2.3。信號(hào)調(diào)制硬件編碼發(fā)生器按鍵電路載波發(fā)生器指紋模塊發(fā)射模塊 (a)按鍵功能執(zhí)行電路嵌入式微處理器接收裝置執(zhí)行功能顯示電路eeprom指紋存儲(chǔ)電路(b)圖2.2.1 方案一 (a) 發(fā)射模塊(b) 接收模塊嵌入式微處理器發(fā)射裝置指紋識(shí)別模塊按鍵指示電路eeprom指紋存儲(chǔ)電路按鍵電路(c)按鍵功能執(zhí)行電路執(zhí)行電路功能分配接收裝置執(zhí)行功能顯示電路(d)圖2.2.2 方案二 (c) 發(fā)射模塊(d) 接收模塊嵌入式微處理器按鍵電路指紋識(shí)別模塊發(fā)射裝置按鍵指示電路(e)按鍵功能執(zhí)行電路嵌入式微處理器接收裝置執(zhí)行功能顯示電路eeprom指紋存儲(chǔ)電路 (f)圖2.2.3、方案三 (e)

20、 發(fā)射模塊(f) 接收模塊2.2.2方案分析以上幾種不同的設(shè)計(jì)方案，其不同點(diǎn)主要是系統(tǒng)的信號(hào)獲得方式與處理方面。在方案一中把系統(tǒng)主要部分放在了接收端。這樣搖控端可以隨時(shí)發(fā)送信號(hào)，但是否為合法用戶的信號(hào)，就要經(jīng)過(guò)接收端的用戶識(shí)別之后再先進(jìn)相應(yīng)的操作。這種方法可以防止其他的搖控器作出的干擾，但因搖控端是便攜式設(shè)備，這種方法較為耗電。方案二的設(shè)計(jì)把系統(tǒng)的主要部分放在搖控器一端。只有當(dāng)搖控器上的用戶指紋識(shí)別系統(tǒng)通過(guò)之后方能對(duì)搖控器進(jìn)行操作，并以此對(duì)接收端的進(jìn)行控制。這種方法雖然減少了搖控系統(tǒng)對(duì)不合法用戶信號(hào)進(jìn)行開(kāi)放式發(fā)射的耗電缺點(diǎn)。但因?yàn)榻邮斩送耆湃螕u控信號(hào)的信息，只要搖控器能發(fā)出信號(hào)，后端接收器就

21、不再進(jìn)行識(shí)別就直接執(zhí)行相應(yīng)的功能。此時(shí)如果搖控器偶然間發(fā)生信號(hào)跳變的話，系統(tǒng)就會(huì)執(zhí)行動(dòng)作，因此會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn)。方案三把處理器同時(shí)嵌入到搖控器和接收器中，在搖控端用戶通過(guò)了權(quán)限之后方能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作。而接收端在收到信號(hào)后，也會(huì)對(duì)用戶權(quán)限的指紋信號(hào)進(jìn)行再識(shí)別，只有通過(guò)了方能執(zhí)行相應(yīng)的功能，這樣就可以避免了搖控的問(wèn)題而系統(tǒng)會(huì)有錯(cuò)誤的動(dòng)作了。經(jīng)以上方案比較分析我選擇了方案三。在方案確定之后就要對(duì)器件進(jìn)行選型，不同的mcu、無(wú)線通信方式和指紋識(shí)別模塊的選型都是一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題。因?yàn)?，不同的器件模塊往往性能差別比較大，還可能需要不同的軟硬件支持與不同的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。因此，方案的比較與確定后，應(yīng)該集中

22、在 mcu、無(wú)線通信方式、以及指紋識(shí)別模塊等的選型上，這些也是方案的核心所在。2.2.2.1 指紋模塊的選擇指紋識(shí)別技術(shù)是生物識(shí)別技術(shù)中的一種，也是其中技術(shù)比較成熟、效 果最為可靠的一種。當(dāng)今，指紋采集主要基于三種不同的技術(shù)基礎(chǔ)：基于光學(xué)錄入，基于 晶片錄入，基于超聲波錄入。而基于晶片錄入的指紋識(shí)別技術(shù)又可以分為基于生物電容、基于生物電感等幾個(gè)類型?；诓煌讣y識(shí)別技術(shù)的指紋 識(shí)別模塊在功能、效果、以及開(kāi)發(fā)難度上存在著差異，這也是市場(chǎng)上指紋識(shí)別模塊價(jià)格迥異的根本原因。 在本系統(tǒng)中，指紋識(shí)別是用戶身份識(shí)別的主要途徑，選擇何種指紋識(shí)別模塊，直接影響著本系統(tǒng)的綜合性能，特別是系統(tǒng)的安全性能。考慮之后

23、，我們選擇了基于生物電感晶片錄入技術(shù)的活體指紋識(shí)別， 由杭州中正公司推出的 sm-2b 指紋識(shí)別模塊。選擇這種模塊至少有以下優(yōu) 點(diǎn)：基于生物電感的晶片錄入技術(shù)已經(jīng)比較成熟，靈敏度高，識(shí)別效果好， 而且指紋識(shí)別速度快；基于活體指紋識(shí)別技術(shù)，擁有更高的識(shí)別效果和安 全特性；此指紋識(shí)別模塊的默認(rèn)認(rèn)假率只有 0.01%，拒真率只有 1%，而且 認(rèn)假率和拒真率寬范圍內(nèi)可調(diào)。2.2.2.2 通信方式的選擇要更好的實(shí)現(xiàn)遙控的功能，選擇哪種無(wú)線通信方式顯的至關(guān)重要。綜 合比較了紅外線通信、無(wú)線電通信、藍(lán)牙通信等幾種方案，結(jié)合本系統(tǒng)的 應(yīng)用特點(diǎn)，我們最終優(yōu)選了紅外通信作為本系統(tǒng)的無(wú)線通信方式。之所以優(yōu)選了紅外通

24、信方式，可以從以下幾個(gè)方面談： 通信速率上，紅外通信有其自身的優(yōu)勢(shì)。早在irda 協(xié)會(huì)成立的第二年，irda1.0 協(xié)議就已在串口上實(shí)現(xiàn)了最高速率達(dá) 115.2kbps的紅外通信速率；隨后的 irda1.1 版協(xié)議，就能夠?qū)崿F(xiàn) 4mbps 的通信速率；而依照最新發(fā)布的 irda1.4 協(xié)議，則可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)16mbps的紅外通信。藍(lán)牙技術(shù)，描述了傳輸速率達(dá)1mbps 的通信方案；通用無(wú)線電通信通信速率往往較低。 可靠性上，紅外通信有著得天獨(dú)厚的長(zhǎng)處。藍(lán)牙通信因?yàn)椴捎昧颂?頻技術(shù)，并采用了復(fù)雜的協(xié)議作保障，因而傳輸?shù)目煽啃员容^高。但是， 藍(lán)牙通信歸根結(jié)底仍是一種無(wú)線電通信，在苛刻的環(huán)境內(nèi)，仍可能受

25、到電 磁干擾。 安全性上，紅外通信也占據(jù)了有利的優(yōu)勢(shì)。紅外通信以防竊聽(tīng)著稱，只在理論上存在竊聽(tīng)的可能。藍(lán)牙技術(shù)設(shè)計(jì)成：在有效的范圍內(nèi)，任何運(yùn)行中藍(lán)牙產(chǎn)品均可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)相互之間的連接。通用無(wú)線電通信是一種廣泛采用的技術(shù)。鑒于此，采用紅外通信有利于增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性。 在通信的有效距離上：紅外通信最短，大都在 10m 的范圍之內(nèi)，利用專門的裝置進(jìn)行大功率的發(fā)射的情況下，也可以實(shí)現(xiàn)近 200m 的直線 無(wú)線通信，但實(shí)現(xiàn)相當(dāng)困難；藍(lán)牙通信次之，通?？梢詫?shí)現(xiàn)幾十米之內(nèi)的 有效通信距離，并且中間可以有障礙物，在功率適當(dāng)加大的情況下，可以實(shí)現(xiàn)100m200m 的有效通信距離；通用無(wú)線電通信距離較遠(yuǎn)，通信的有效

26、距離隨發(fā)射功率與通信頻率改變。本系統(tǒng)中，紅外通信已經(jīng)能夠滿足系統(tǒng)通信距離的需求。 功耗上，紅外通信最低。用于紅外通信的紅外發(fā)光管，工作功率大都不到 0.2w；而藍(lán)牙通信的需求功率普遍要高于這個(gè)值；通用無(wú)線電功率 要求大多較高。 體積上，紅外通信只需要兩個(gè)發(fā)光二極管大小的發(fā)射管與接收管，輔助簡(jiǎn)單的電路即可。2.2.2.3 mcu 的選型在嵌入式設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)該確定是應(yīng)該選擇哪種mcu.采用不同的mcu，將決定著開(kāi)發(fā)環(huán)境和開(kāi)發(fā)工具、以及開(kāi)發(fā)平臺(tái)的異同。同時(shí),mcu往往也直接或間接的影響著系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與模式。因此，mcu的選型與 確定在嵌入式開(kāi)發(fā)中具有舉足輕重的地位。在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)倍受關(guān)注的今天

27、，已經(jīng)有很多嵌入式微處理器可供 選擇。其中有：最流行、最普遍的 8 位單片機(jī)（如 mcs-51 系列），功能強(qiáng)大的 power pc嵌入式微處理器，綜合性能突出的avr 系列嵌入式微控制器，性能穩(wěn)定可靠的68hc0x 系列嵌入式微控制器，以及 pic 系列嵌入式控制器，tms320c2000/5000 系列數(shù)字信號(hào)處理器；16 位mcs-96 系列嵌入式微控制器，16位68hc16系列嵌入式微控制器；功能卓越的32位386ex系列嵌入式微處理器，電源效率高、功能強(qiáng)、應(yīng)用越來(lái)越廣泛的 32位 arm 系列嵌入式微處理器等。究竟選擇哪種嵌入式 mcu，并不是沒(méi)有考究的。要選擇一款合適的嵌入式 mc

28、u 往往從以下幾個(gè)方面來(lái)綜合考慮：首先，選嵌入式mcu的位數(shù)，通常位數(shù)高低的選擇一般根據(jù) mcu 所需要處理數(shù)據(jù)的速度和數(shù)據(jù)量的大小決定；其次選嵌入式 mcu 的技術(shù)支持，是否有便于設(shè)計(jì)和調(diào)試的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，是不是有比較好的調(diào)試方法及調(diào)試工具；再者選嵌入式 mcu 的集成外設(shè)，能否最大限度的減少周圍接口電路的復(fù)雜性；此外，還應(yīng)該注意選 mcu 的生命力與以后的發(fā)展空間等。綜合考慮之后，由于我們的紅外數(shù)據(jù)對(duì)傳輸速度的數(shù)據(jù)量的要求都不是太高所以決定選擇基于 mcs51 系列結(jié)構(gòu)的嵌入式 mcu。mcs51系列單片機(jī)指令是面向硬件的代碼效率高，運(yùn)行速度快，綜合性能強(qiáng)；intel公司自1976年推出8

29、位單片機(jī)之后，至今不過(guò)20多年的時(shí)間，他們的產(chǎn)品就遍及世界各地，銷售居各復(fù)單片機(jī)生產(chǎn)公司之首。它們?nèi)√庍@樣的成果是因?yàn)樗鼈兪冀K堅(jiān)持超大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)與用戶的需求緊密結(jié)合在一起，也就是隨著集成電路工藝的發(fā)展，不斷革新自己的產(chǎn)品，使其集成度更高、性能更優(yōu)異，同時(shí)又根據(jù)用戶需求研制各種高性能的產(chǎn)品。例如mcs-51系列中8052/8032是分別把8051/8031的片內(nèi)ram和rom增大一倍，同時(shí)把16位計(jì)數(shù)器增為3個(gè)，這些改進(jìn)型產(chǎn)品一方面是根據(jù)當(dāng)時(shí)集成電路的工藝水平，但主要還是采納用戶反饋的信息加以研制的。使芯片集成各種富有特色、性能突出的外設(shè)，提高系統(tǒng)的綜合性能，從而普遍具有較高的性能價(jià)格

30、比；mcs-51 提供開(kāi)放的設(shè)計(jì)平臺(tái)，這樣，其他公司或個(gè)人可以根據(jù) mcs-51的特點(diǎn)設(shè)計(jì)出各種 mcs-51 的支持系統(tǒng)，這包括各種開(kāi)發(fā)環(huán)境，調(diào)試、測(cè)試工具，實(shí)用文檔等；此外，基于mcs-51體系結(jié)構(gòu)的嵌入式微處理器普遍具有較低的價(jià)格和高性能。 在基于 mcs-51 體系結(jié)構(gòu)的嵌入式 mcu 中，我們優(yōu)選了atmal的8位flashat89系列的at89c2051嵌入式微處理器。這款嵌入式微處理器在國(guó)內(nèi)擁有較好的技術(shù)支持。at89c2051(圖2.2.4)是一種帶2k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（fperomfalsh programmable and erasable read only

31、 memory），高性能cmos8位微處理器，而且只有20只引腳，體積小，便于使用和攜帶。該器件采用atmel高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位mcu和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，atmel的at89c51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。圖2.2.4 at89c20512.2.3 設(shè)計(jì)方案的比較與確定通過(guò)比較，我們優(yōu)選了如圖 2.2.5 的方案：8位嵌入式微處理器at89c2051紅外發(fā)射裝置指紋識(shí)別模塊按鍵指示電路按鍵電路(e)按鍵功能執(zhí)行電路8位嵌入式微處理器at89c2051紅外接收裝置

32、執(zhí)行功能顯示電路eeprom指紋存儲(chǔ)電路(f)圖2.2.5方案三 (e) 發(fā)射模塊(f) 接收模塊在本指紋遙控器設(shè)計(jì)方案中：采用基于生物電感的活體指紋識(shí)別模塊，利用基于 mcs-51 體系結(jié)構(gòu)的嵌入式微處理器，綜合嵌入式設(shè)計(jì)技術(shù)，通過(guò)紅 外通信的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)保險(xiǎn)柜控制器的控制。并以此實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高性能,小體積，與低功耗。2.2.4 本設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)之所以選擇本方案，是因?yàn)椴捎眠@種方案設(shè)計(jì)出來(lái)的指紋遙控器，將具有非常突出的特性：可靠性高。由于采用嵌入式設(shè)計(jì)，并采用紅外通信作為系統(tǒng)的無(wú)線通信方式，使得系統(tǒng)具有極高的安全特性的同時(shí)，也具有極強(qiáng)的可靠性。安全性好。由于采用了基于活體指紋識(shí)別技術(shù)的指紋模塊

33、，使得系統(tǒng)具有更高的安全特性；這是采用干指紋所不能比擬的。此外，采用紅外通信作為無(wú)線通信方式，使得系統(tǒng)的安全性能得到加強(qiáng)。功耗低。采用基于電源效率高的mcs51 體系結(jié)構(gòu)的微控制器，將使系統(tǒng)具有超低的功耗成為可能。人機(jī)界面友好。由于普遍采用了基于表貼的芯片，并結(jié)合了嵌入式設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，使得本系統(tǒng)具有小巧的體積與人性化的用戶接口。2.3 方案的綜合論證2.3.1 市場(chǎng)分析本系統(tǒng)采用嵌入式設(shè)計(jì)，在保證系統(tǒng)綜合性能的前提下，極大的降低了系統(tǒng)的制造成本以及用戶的使用成本，這將大大提高整個(gè)系統(tǒng)的性 能價(jià)格比，使得本系統(tǒng)擁有廣泛的市場(chǎng)前景。2.3.2 技術(shù)可行性分析本設(shè)計(jì)方案的關(guān)鍵技術(shù)主要有：嵌入式設(shè)計(jì)，指

34、紋識(shí)別，紅外通信。 嵌入式設(shè)計(jì)引起社會(huì)的極大關(guān)注雖只是近兩年的事，但其廣泛認(rèn)可的發(fā)展 歷史，已近 33 年。30 多年來(lái)，嵌入式設(shè)計(jì)已經(jīng)積累了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)和資料，并成功研制出了種類繁多的嵌入式產(chǎn)品，這些都給嵌入式設(shè)計(jì)提供了 寶貴的資源。此外，這些年來(lái)，市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)各式各樣的性能杰出、運(yùn) 行可靠的嵌入式微處理器以及周圍電路接口，給嵌入式開(kāi)發(fā)提供了廣泛選 型的空間。指紋識(shí)別技術(shù)是生物識(shí)別中發(fā)展較早的技術(shù)之一，目前在技術(shù)上已經(jīng) 比較成熟。本方案中優(yōu)選的杭州中正科技有限公司的 sm-2b 系列指紋識(shí)別模塊，認(rèn)假率和拒真率都非常低，且運(yùn)行速度快，完全可以滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的指標(biāo)需要。本方案采用指紋模塊進(jìn)

35、行二次開(kāi)發(fā)，將能在一定程度上降低因直接開(kāi)發(fā)所帶來(lái)的難度，特別是能很好縮短設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期。對(duì)于紅外通信技術(shù)，目前已經(jīng)比較成熟。以 irda 為代表的紅外數(shù)據(jù)通信協(xié)會(huì)，已經(jīng)研究出了可靠性好、通信速率高的紅外通信技術(shù)，這些技術(shù) 將給本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供極有價(jià)值的參考。此外，市場(chǎng)上已經(jīng)可以很方便的 買到各式各樣的、用于紅外通信的紅外發(fā)射管和接收管，而且廉價(jià)，可靠。以上分析可知，本方案在技術(shù)上不存在不可逾越的障礙。2.3.3 開(kāi)發(fā)環(huán)境的分析開(kāi)發(fā)環(huán)境上，已經(jīng)有很多針對(duì) mcs51的性能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，如kt900 與 wave，支持最新的keil c51軟件等。利用它們開(kāi)發(fā)基于 mcs51的應(yīng)用程序乃至系統(tǒng)

36、程序，具有開(kāi)發(fā)周期短，代碼效率高等優(yōu)點(diǎn)。而且，在調(diào)試測(cè)試手段上，mcs51的版本通常都可以在wave lab2000p系列單片機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)調(diào)試支持；使得調(diào)試測(cè)試有法可依。因此，選擇基于mcs51體系結(jié)構(gòu)的微處理器，在開(kāi)發(fā)環(huán)境與調(diào)試測(cè)試手段上完全可行。通過(guò)以上多方面的綜合論證，可以看出，本設(shè)計(jì)方案無(wú)論是在市場(chǎng)效益上，還是在技術(shù)條件、開(kāi)發(fā)環(huán)境的支持上，均是可行性的。3 相關(guān)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以涉及知識(shí)雜而廣，技術(shù)新而專為其基本特征。因此，在嵌入式設(shè)計(jì)中，必要的試驗(yàn)是難免的；同時(shí)，這也是設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)順利進(jìn)行的基本保障。 在本課題的設(shè)計(jì)中，將要涉及的主要試驗(yàn)包括：紅外通信系列試驗(yàn)，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)

37、用與試驗(yàn)，指紋模塊測(cè)試試驗(yàn)。 3.1電視遙控器紅外接收實(shí)驗(yàn) 為了更好的體會(huì)紅外通信的機(jī)理，把握紅外通信的關(guān)鍵，我們首先做了電視遙控器紅外接收試驗(yàn)。(要了解更詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)程序，可參考附錄一)，試驗(yàn)電路如圖3.1.1所示。 a通用紅外電視搖控器 b 與電腦相連的接收電路圖3.1.1通用紅外電視搖控器實(shí)驗(yàn)電路試驗(yàn)結(jié)論：通過(guò)電視遙控器的紅外接收試驗(yàn)可知，在通用遙控器9m、60°的范圍以內(nèi)，紅外接收電路能夠收到紅外信號(hào)；在有效的范圍內(nèi)，在遙控器發(fā)送紅外命令時(shí)，紅外接收電路的紅外接收管輸出端在pc上位機(jī)上能看到有電平變化。 3.2自制調(diào)制型紅外通信試驗(yàn) 為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、高速率的紅外通信，

38、我們利用調(diào)制解調(diào)的機(jī)制，做了基于vd5026產(chǎn)生編碼信號(hào)再利用555定時(shí)器產(chǎn)生38khz調(diào)制的紅外通信。(要了解更詳細(xì)的試驗(yàn)內(nèi)容，可參考附錄一)，試驗(yàn)電路圖3.2.1所示。 圖3.2.1紅外調(diào)制發(fā)射電路試驗(yàn)結(jié)論：本次紅外試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)真正意義上的紅外通信；通過(guò)調(diào)制型的紅外通信試驗(yàn)可知，利用紅外發(fā)光管與帶解調(diào)的紅外接收管，運(yùn)用調(diào)制解調(diào)的機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)10m以內(nèi)的連續(xù)數(shù)據(jù)傳輸；輔助必要的硬件機(jī)制，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的紅外通信；紅外通信的有效距離與紅外數(shù)據(jù)傳輸速率、發(fā)射管的發(fā)射功率、以及單次數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間長(zhǎng)短有密切關(guān)系；傳輸速率越低，通信距離越遠(yuǎn)；單次傳輸時(shí)間越短，則通信距離越遠(yuǎn)，傳輸速率越高；通過(guò)將長(zhǎng)串?dāng)?shù)據(jù)分段

39、簡(jiǎn)寫式傳輸?shù)姆绞?，可以?shí)現(xiàn)的紅外通信的距離越遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)傳輸速率越高。 總之，調(diào)制可以實(shí)現(xiàn)比無(wú)調(diào)制方式綜合性能好得多的紅外通信，主要體現(xiàn)在通信的距離更遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾矢撸阅芨€(wěn)定，為本課題的紅外通信設(shè)計(jì)提供了相應(yīng)的依據(jù)。 4 硬件設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，硬件被看作基礎(chǔ)，軟件被識(shí)為靈魂。如果脫離了硬件系統(tǒng)，軟件將無(wú)所依托，不能運(yùn)行。由于嵌入式系統(tǒng)具有軟硬件可裁減的基本特征，在嵌入式系統(tǒng)中，硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)地位尤其突出：硬件系統(tǒng)的確定，直接決定著軟件的編寫；在嵌入式設(shè)計(jì)中，要求硬件工程師要有軟件設(shè)計(jì)的思想，就是強(qiáng)調(diào)嵌入式設(shè)計(jì)中硬件與軟件的密切相關(guān)性。對(duì)于指紋遙控器來(lái)說(shuō)，硬件設(shè)計(jì)的主體是硬件電路的設(shè)計(jì)。

40、4.1 總體設(shè)計(jì) 指紋遙控器要能夠?qū)崿F(xiàn)以下幾個(gè)基本功能：利用指紋模塊識(shí)別用戶身份，讓合法的用戶能夠進(jìn)行相應(yīng)的操作；通過(guò)用戶的密碼進(jìn)一步確認(rèn)用戶身份，從而讓合法的用戶能夠進(jìn)行相應(yīng)的控制操作；能夠給用戶提供相關(guān)的輸入接口，并能給用戶操作及用戶所處的狀態(tài)給予相應(yīng)的指示；能夠讓合法的用戶以紅外通信的方式向保險(xiǎn)柜控制器發(fā)送“開(kāi)門”等高級(jí)命令。此外，遙控器的設(shè)計(jì)還要注意以下幾個(gè)方面要求：要求系統(tǒng)具有高的可靠性和安全性；要求系統(tǒng)用電池供電，功耗盡量低；要求系統(tǒng)具有小巧的體積，并具有容易操作的界面。 基于mcs-51系列的8位微處理器，通用性能一般都比較出眾，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)要求的控制功能。鑒于上面的要求，設(shè)計(jì)的

41、系統(tǒng)應(yīng)包括：電源管理電路，系統(tǒng)時(shí)鐘電路，指紋模塊接口，用戶接口包括鍵盤輸入電路與顯示指示電路，備用存儲(chǔ)電路，紅外發(fā)射電路，調(diào)試接口等。 4.2 功能電路的實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)確定之后，如何實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能模塊電路，成為硬件設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。要實(shí)現(xiàn)同樣的功能，采用不同的電路和模式，其效果并不是完全相同的。如圖4.2.1 。按鍵功能執(zhí)行電路8位嵌入式微處理器at89c2051紅外接收裝置執(zhí)行功能顯示電路eeprom指紋存儲(chǔ)電路(e)8位嵌入式微處理器at89c2051紅外發(fā)射裝置指紋識(shí)別模塊按鍵指示電路按鍵電路電源管理電路(f)圖4.2.1、方案三 (f) 發(fā)射模塊(e) 接收模塊4.2.1電源管理電路的

42、設(shè)計(jì) 電源需求分析 在指紋遙控器系統(tǒng)中，主要用電設(shè)置有：嵌入式微控制器，指紋識(shí)別模塊（包括功能模塊與指紋傳感器），紅外發(fā)射管，其它輔助功能電路等。這些電路或新片需要用到的電源電壓均可以用5.0v這一個(gè)電壓等級(jí)，具體需求如下： ·嵌入式微控制器at89c2051：工作電壓為2.7-6v，io端口：p1和p3口的輸出緩沖器可提供20ma的灌電流負(fù)載。（p1.0和p1.1需要外接上拉電阻。），最大功率p1.5w； ·指紋識(shí)別模塊sm-2b：工作電壓，5.0v±5%；工作電流，100ma；峰值電流，150ma； ·紅外發(fā)射管：正向電流，100ma；正向峰值電流，

43、200ma，消耗功率，p210mw； 電源管理電路的實(shí)現(xiàn) 圖中經(jīng)電源輸入后，經(jīng)限流電阻r1、整流二極管d1和穩(wěn)壓管z1提供基本恒定的電壓。實(shí)際電源管理電路的實(shí)現(xiàn)，還應(yīng)該綜合考慮系統(tǒng)的電源功耗上的要求。指紋遙控器的電源管理電路如圖4.2.2所示。 圖4.2.2 電源管理電路4.2.2 紅外發(fā)射與接收電路的設(shè)計(jì) 紅外發(fā)射電路考慮到通信距離和實(shí)際應(yīng)用，設(shè)計(jì)基于uart的紅外通信的紅外發(fā)射電路。我們之所以選擇基于通用uart紅外通信，是因?yàn)榭梢岳猛ㄓ胾art成熟的硬件機(jī)制，實(shí)現(xiàn)紅外數(shù)據(jù)通信。這種設(shè)計(jì)模式實(shí)際上是紅外通信原理與串口通信機(jī)制的有機(jī)結(jié)合。實(shí)踐證明，這種紅外通信模式是可行可靠的。基于通用ua

44、rt的可靠性設(shè)計(jì)的電路如圖4.2.3所示，圖中p3.5為38khz載波頻率輸出端，txd為串口發(fā)送口。 圖4.2.3 紅外發(fā)射電路紅外接收電路圖4.2.4紅外接收電路圖4.2.4方案使用一體化紅外接收器tl0038，集紅外接收和放大于一體，不需任何外接元件，就能完成從紅外接收到輸出與ttl電平兼容的所有工作，而體積和普通的塑封三極管大小一樣。tl0038是黑色環(huán)氧聚光透鏡，濾除了可見(jiàn)光的干擾。內(nèi)含紅外線pin接收管、選頻放大器和解調(diào)器。 當(dāng)紅外線發(fā)射器發(fā)出的信號(hào)經(jīng)空間傳送到tl0038時(shí)，它內(nèi)部的pin紅外線接收管將紅外線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)選頻放大、解調(diào)后由1腳輸出與ttl電平兼容的電信號(hào)

45、，該信號(hào)可以直接送入微處理器進(jìn)行處理。tl0038的輸出波形如圖4.2.5所示。當(dāng)接收到頻帶內(nèi)的紅外信號(hào)時(shí)，tl0038接收器會(huì)輸出低電平，否則數(shù)據(jù)高電平，從而“將時(shí)斷時(shí)續(xù)”的紅外信號(hào)解調(diào)成原來(lái)的連續(xù)方波信號(hào)。 圖4.2.5 (a) 已調(diào)制紅外信號(hào) (b) tl0038輸出信號(hào)4.2.3 指紋模塊接口電路設(shè)計(jì) 在本方案中，采用的指紋模塊為串行傳送方式，為了便于電源的管理，我們優(yōu)選了基于89c2051的中斷口int0作為輸入口的uart的通信機(jī)制，進(jìn)行指紋模塊的接口設(shè)計(jì)。整個(gè)指紋識(shí)別模塊的接口如圖4.2.6所示。 圖4.2.6 指紋接口電路4.2.4 用戶接口電路的設(shè)計(jì) 用戶接口包括用戶的輸入和

46、系統(tǒng)的可觀察輸出的。在本系統(tǒng)中，主要指用戶鍵盤輸入與系統(tǒng)相關(guān)指示顯示。這是人機(jī)交互的平臺(tái)，在嵌入式系統(tǒng)特別重要。 用戶按鍵電路考慮到用戶的需要，同時(shí)考慮系統(tǒng)的體積限制，我們?cè)O(shè)計(jì)了“關(guān)門”、“開(kāi)門”、以及兩個(gè)備用功能選擇鍵。電路設(shè)計(jì)如圖4.2.7所示。圖4.2.7 用戶按鍵電路接收顯示電路接收電路的顯示輸出是利用發(fā)光二極管來(lái)模擬的，當(dāng)在用戶按鍵電路電路按下相應(yīng)的按鍵后，在顯示電路中經(jīng)接收端的89c2051解碼后會(huì)有相應(yīng)端口的按鍵指示燈顯示，再經(jīng)軟件定義按鍵相應(yīng)屬性，就可以得到相應(yīng)的功能。圖4.2.8接收顯示電路。圖4.2.8 接收顯示電路4.2.5 接收端備用存儲(chǔ)電路的設(shè)計(jì) 為了獲得用戶最有效的

47、信息，并將之用于系統(tǒng)的識(shí)別與控制，我們?yōu)橄到y(tǒng)添加了備用基于iic的eeprom存儲(chǔ)電路。這樣的好處有：便于保存指紋遙控的單機(jī)序列號(hào)，用于控制系統(tǒng)對(duì)遙控器的操作給予準(zhǔn)確的記錄；便于保存用戶的密碼信息，進(jìn)一步加強(qiáng)系統(tǒng)的保密性；便于系統(tǒng)的功能擴(kuò)展與升級(jí)?；趇ic的eeprom的存儲(chǔ)電路如圖4.2.9。 圖4.2.9存儲(chǔ)電路4.2.6 其余輔助功能電路的設(shè)計(jì) 在本系統(tǒng)中，其余輔助功能電路主要指系統(tǒng)時(shí)鐘電路與系統(tǒng)復(fù)位控制電路。這些是系統(tǒng)的必要組成部分，是系統(tǒng)正常工作的前提條件。 考慮到系統(tǒng)的工作特征，我們采用了10.592mhz的晶振進(jìn)行時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)，如圖4.2.10所示。復(fù)位電路如圖4.2.11所

48、示。 圖4.2.10 晶振電路圖4.2.11 復(fù)位電路4.3 系統(tǒng)綜合電路原理圖 系統(tǒng)綜合原理圖參照附錄二。 4.4 實(shí)用電路板設(shè)計(jì) 實(shí)用電路板的設(shè)計(jì)包括指紋遙控器的外型選擇，人機(jī)交互接口的設(shè)計(jì)與板型的確定，電路板的優(yōu)化設(shè)計(jì)等幾個(gè)部分。 4.4.1 遙控器外型選擇 指紋遙控器外型設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循以下幾個(gè)原則：要便于用戶使用，要便于生產(chǎn)，利于成本控制。 依據(jù)這幾個(gè)根本原則，我們決定：依照市場(chǎng)上隨處可以買到的普通電視遙控器，設(shè)計(jì)指紋遙控器的板型。這樣的好處是：使用廣泛的普通電視遙控器，已經(jīng)受到用戶使用的檢驗(yàn)，并證明是方便易用的，采取與之相同的外型設(shè)計(jì)，使用戶更容易接受與和使用；采用這種外型設(shè)計(jì)，可以借

49、用普通電視遙控器的外殼，節(jié)省模具開(kāi)銷，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)難度，降低設(shè)計(jì)成本（可以借用的包括外封裝與導(dǎo)電橡膠）。 4.4.2 人機(jī)交互接口的設(shè)計(jì) 人機(jī)交互接口是指紋遙控器的重要組成部分。人機(jī)交互接口設(shè)計(jì)的是否成功，直接決定著是否易于使用，直至決定著開(kāi)發(fā)是否成功。因此，人機(jī)交互接口的設(shè)置應(yīng)該在電路板元件擺放的最前邊，以便設(shè)計(jì)出便于使用的人機(jī)交互接口。 在指紋遙控器的具體應(yīng)用當(dāng)中，人機(jī)交互接口包括用戶按鍵輸入，用戶指紋輸入，遙控器狀態(tài)指示等。根據(jù)具體需要，設(shè)置好人機(jī)交互接口的電路板原始圖樣如附錄三。 4.4.3 電路板圖的優(yōu)化設(shè)計(jì) 電路板圖設(shè)計(jì)得是否合理，質(zhì)量是否可靠，直接決定著生產(chǎn)出來(lái)的指紋遙控器的質(zhì)量和運(yùn)

50、行的可靠性。protel99se提供了板圖設(shè)計(jì)功能，包括自動(dòng)布線和器件自動(dòng)擺放功能。事實(shí)上，器件自動(dòng)擺放功能是達(dá)不到要求的，因此，實(shí)際操作時(shí)應(yīng)采用“人工擺放元件人工預(yù)布線自動(dòng)布線人工細(xì)調(diào)”的設(shè)計(jì)流程，一步一步制作出符合要求的電路板。電路板圖參考附錄三。 5 軟件設(shè)計(jì) 5.1需求分析 軟件的設(shè)計(jì)，要求準(zhǔn)確無(wú)誤的實(shí)現(xiàn)指紋遙控器的控制功能，并要求系統(tǒng)具有高的可靠性、快的反應(yīng)速度、以及低的系統(tǒng)功耗。 控制功能主要包括：系統(tǒng)的復(fù)位，用戶指紋的登錄，用戶指紋的比對(duì)，模板的生成與提取，模板的刪除，鍵盤的輸入控制，用戶密碼的生成、比對(duì)、和修改，開(kāi)門控制指令的生成與發(fā)送，關(guān)門及緊急關(guān)門命令的生成與發(fā)送，系統(tǒng)狀態(tài)

51、的指示等。輔助功能主要包括：自動(dòng)退出控制，超時(shí)低功耗控制，系統(tǒng)頻率的優(yōu)化等。 5.2概要設(shè)計(jì) 依據(jù)軟件的基本需求，軟件系統(tǒng)的框圖如圖5.2所示。開(kāi)始系統(tǒng)初始化指紋模塊初始化用戶輸入檢測(cè)相應(yīng)處理狀態(tài)字檢測(cè)yn 圖5.2、軟件設(shè)計(jì)框圖5.3 詳細(xì)設(shè)計(jì) 5.3.1 遙控器基本功能的實(shí)現(xiàn) 指紋遙控器的基本控制功能包括：復(fù)位控制、鍵盤的輸入控制、狀態(tài)指示電路、緊急關(guān)門控制、指紋登錄控制、指紋的搜索與比對(duì)、開(kāi)門控制、自動(dòng)退出，以及指紋模板的生成與提取、指紋模板的刪除等。指紋的識(shí)別與指紋登錄設(shè)計(jì) 指紋搜索與比對(duì)是對(duì)已登錄過(guò)的用戶的身份識(shí)別過(guò)程。程序設(shè)計(jì)成：只有用戶成功登錄過(guò)，才可能通過(guò)搜索與比對(duì)的過(guò)程，確認(rèn)

52、用戶身份確實(shí)指紋的登錄即指用戶的注冊(cè)。一旦用戶登錄成功，那么這個(gè)用戶將被認(rèn)為是合法的用戶，可以使用指紋遙控器對(duì)保險(xiǎn)柜發(fā)送一些高級(jí)命令，如“開(kāi)門”；直到這個(gè)用戶的登錄信息即模板被刪除，該用戶將不再允許使用高級(jí)命令。登錄的過(guò)程，其實(shí)是用戶指紋信息模板生成、存儲(chǔ)的過(guò)程，也就是用戶注冊(cè)的過(guò)程。沒(méi)有成功登錄的用戶，將設(shè)計(jì)成不允許使用高級(jí)命令。指紋登錄設(shè)計(jì)成：第一使用遙控器的用戶通過(guò)使用遙控器出廠密碼直接進(jìn)入超級(jí)用戶狀態(tài)，并允許錄入自己若干枚指紋信息作為超級(jí)用戶指紋；以后需要登錄的用戶必須通過(guò)超級(jí)指紋及相應(yīng)的密碼驗(yàn)證，成為超級(jí)用戶之后，才允許登錄新的指紋信息。一個(gè)指紋遙控器只有一個(gè)超級(jí)用戶模板。為了保證保險(xiǎn)柜系統(tǒng)的安全特性，建議一個(gè)遙控器只登錄一個(gè)用戶的若干枚指紋。（在這只設(shè)置了兩個(gè)用戶）。datacode: jnb p3.2,$ ; 等待地址碼第一位的高電平信號(hào) lcall delay2 ;高電平開(kāi)始后用3.6時(shí)間判斷信號(hào)此時(shí)的高低電平狀態(tài) mov c,p3.2 ; 將p3.2引腳此時(shí)的電平狀態(tài)0或1存入c中 j