指紋密碼鎖畢設之開題報告材料

1、南京工程學院畢業(yè)設計開題報告課題名稱：基于單片機的指紋密碼鎖設計姓名：毛仲義班級：電科技121指導教師：劉勤所在系部：計算機工程學院專業(yè)名稱：電子信息科學與技術南京工程學院2016 年 3 月1日說明1 根據(jù)南京工程學院畢業(yè)設計(論文 )工作管理規(guī)定，學生必須撰寫畢業(yè)設計（論文）開題報告，由指導教師簽署意見、教研室審查，系教學主任批準后實施。2開題報告是畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。學生應當在畢業(yè)設計（論文）工作前期內完成，開題報告不合格者不得參加答辯。3畢業(yè)設計開題報告各項內容要實事求是，逐條認真填寫。其中的文字表達要明確、 嚴謹，語言通順，外來語要同時用原文和

2、中文表達。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。4本報告中，由學生本人撰寫的對課題和研究工作的分析及描述，應不少于 2000 字，沒有經(jīng)過整理歸納，缺乏個人見解僅僅從網(wǎng)上下載材料拼湊而成的開題報告按不合格論。5 開題報告檢查原則上在第2 4 周完成，各系完成畢業(yè)設計開題檢查后，應寫一份開題情況總結報告。畢業(yè)設計 (論文 )開題報告學生姓名毛仲義學 號202120621專 業(yè)電子信息科學與技術指導教師姓名劉勤職 稱講師所在系部計算機工程學院課題來源自擬課題課題類型工程設計課題名稱基于單片機的指紋密碼鎖設計畢業(yè)設計的內容和意義一.畢業(yè)設計的內容本課題以單片機為核心采用C 語言來開發(fā)一指紋電子密碼鎖。系統(tǒng)擬

3、在Altium Designer9開發(fā)平臺上設計原理圖，并繪制PCB 并制成單片機開發(fā)板，然后根據(jù)原理圖將相關元器件焊接到開發(fā)板上。軟件部分在KeiluVision4開發(fā)平臺上進行相關代碼的編寫和調試。然后利用串口助手工具將代碼下載到開發(fā)板進行運行，觀察硬件各模塊是否可以正常運行。以及測試結果是否能夠滿足需求，便于及時調整設計。課題的主要任務是設計出一個可以錄入指紋，并可對錄入指紋進行匹配比較，如果正確即可開鎖，同時設計系統(tǒng)也支持鍵盤輸入解鎖的系統(tǒng)。二.畢業(yè)設計的意義在日常的生活和工作中,住宅、物業(yè)、單位、銀行的財產(chǎn)以及一些重要的資料的安全都會選擇用加鎖的辦法來保證其安全。但使用傳統(tǒng)的機械鎖，

4、需要攜帶多把鑰匙，而且一旦丟失、 被盜或遺忘， 不僅配置相當麻煩，而且可能被他人復制冒用，造成極大的安全隱患，甚至財產(chǎn)損失?，F(xiàn)代社會對安全的認證方式標準是簡單、快捷和高效。 生物特征識別技術具有不易遺忘、 防偽性能好、 隨時隨地可用等優(yōu)點比之傳統(tǒng)的方法更安全、方便和保密。本次畢業(yè)設計采用的便是其中的指紋識別技術。除此之外，此次畢業(yè)設計需要熟練掌握單片機技術和軟件編程方面的知識，之前學習的知識都是碎片化的，沒有作為一個系統(tǒng)來考慮系統(tǒng)中各個模塊如何部署，如何分工協(xié)作，所以畢業(yè)設計過程也是一個知識融合，系統(tǒng)化的過程，這會為本人日后的學習和工作打下良好基礎。一實際應用方面的價值隨著人們生活的節(jié)奏越來越

5、快，人們對處理日常生活和工作中事情的效率要求也越來越高。 顯然當人們帶著各種各樣的身份識別的證件、 卡、密碼和鑰匙出入各種場合時，顯然是相當麻煩的，而且還面臨著證件偽造、卡片遺失、密碼泄露等等的危險。 隨著科學技術的發(fā)展，生物特征識別技術逐漸受到人們的青睞， 其中由于指紋識別具有使用方便， 價格低廉而且安全系數(shù)極高而在現(xiàn)代生活和工作中的應用已越來越普遍，如單位考勤、駕校打卡、手機解鎖、移動支付等酷炫技術都離不開指紋傳感器的貢獻。二國內外的研究現(xiàn)狀隨著社會的進步和科學技術的發(fā)展，逐漸興起的數(shù)字密碼鎖，IC 卡進入人們的視野，較之傳統(tǒng)的物理機械鎖，安全系數(shù)有所提高，但依然存在密碼遺忘、遺失、泄露及

6、上述的缺陷， 不再能滿足人們需求。人們對安全性能要求越來越高，但對安全的認證方式的要求卻變得越來越簡單、快捷以及高效。人類的生物特征通常具有唯一性、可測量、可識別、可驗證、遺傳性及終身不變等特點，因此生物特征識別技術具有不易遺忘、防偽性能好、不易偽造或被盜、隨身“攜帶”和隨時隨地可用等優(yōu)點而受到人們的青睞。比之傳統(tǒng)的方法更安全、文獻綜述方便和保密。目前生物特征有手形、指紋、臉形、虹膜、手指靜脈等，基于這些特征，發(fā)展出了手形識別、指紋識別、面部識別、虹膜識別等多種生物識別技術。早在1997年比爾 .蓋茨就曾預言：“生物識別技術即利用人的生理特征，如指紋、虹膜等來識別個人的身份，將成為未來幾年IT

7、 產(chǎn)業(yè)的重要革新”，并且有專家曾做過推論，若全球以 60 億人口計算， 300年內都不會有兩個相同的指紋出現(xiàn)。所以，毋庸置疑指紋密碼鎖的安全性能還是相當高的。雖然我國在手指靜脈、虹膜、視網(wǎng)膜等生物特征識別領域要比國外的晚一點，但指紋識別技術卻差不多和國外是同一時期開始的，所以無論在技術研究還是在市場上相關產(chǎn)品的普及都絲毫不比國外差。一般來講， 指紋識別的原理基本上包括指紋采集、指紋特征提取、 指紋特征匹配三大部分。 其實指紋是比較復雜的， 許多開發(fā)指紋識別的公司并不直接存儲指紋圖像，而是將采集到的圖像進行數(shù)字化，來表示指紋圖形的。在應用方面，比較前沿的國內像華為的Mate 系列、三星、 viv

8、o 、樂視、酷派等手機都有通過識別指紋來解鎖的功能。國外的近日有蘋果公司的Apple Pay ，在2 月 18 日正式進入中國后， 吸引了眾多眼球， 迅疾在全球多個國家掀起一股ApplePay 熱潮。但在技術方面歸根結底還是通過手機上的指紋傳感器采集用戶數(shù)據(jù)準確匹配后來完成免接觸支付功能的。三相關技術與研發(fā)基礎在本系統(tǒng)中使用的編程開發(fā)語言是一門通用計算機編程語言-C 語言，因其具有良好的跨平臺性能，可以在許多硬件平臺上進行編譯運行而得到了廣泛的應用，成為大多數(shù)人學習編程的經(jīng)典入門編程語言。由于 C 語言具可以直接訪問硬件地址，對硬件進行操作的特性，使得代碼的運行效率極高，因而在靠近底層的開發(fā)中

9、成了首選的編程語言，如驅動，內核等，也正因為 C 語言具有這種低級語言的特點，而一度引發(fā)人們關于C 語言到底屬于高級語言還是低級語言的爭議。但是 C 語言同時還有指針，結構體， 豐富的數(shù)據(jù)類型、運算符， 結構化的語句和極強的表達力，而更多的是高級語言的特性，所以不妨認為它是高級語言中的低級語言。 本次設計在Keil uVision4開發(fā)平臺上進行，使用 C 語言來進行各個模塊的函數(shù)代碼的編寫，編譯和調試工作，可以正常運行后，使用串口助手工具下載到單片機開發(fā)板。硬件設計部分主要采用單片機作為控制器，因為單片機技術已經(jīng)相當成熟，性能良好且穩(wěn)定，功耗低，價格便宜，而且可供參考的文獻資料較多，完全可以

10、滿足本次畢業(yè)設計的需求，因此本系統(tǒng)選用單片機來開發(fā)，不僅可以實現(xiàn)需求，同時也降低了成本。單片機作為作為一個廣泛使用的微控制器，和許多的處理器一樣基本由運算器，控制器和寄存器三個部分組成，運算器對數(shù)據(jù)進行處理，控制器進行分工協(xié)調，而寄存器作為高速緩存可以大大提高處理器從內存抓取數(shù)據(jù)的速度，進而提高數(shù)據(jù)處理能力?，F(xiàn)在市場上許多加強版的單片機性能不容小覷，加大了RAM 空間，有的甚至可以可以移植操作系統(tǒng)，因此完全可以滿足我們大多數(shù)的開發(fā)需求。本次設計中比較重要的模塊便是指紋傳感器了，指紋識別技術的概念已經(jīng)比較普遍，簡單來說， 是通過比較指紋上不同的細節(jié)特征點來進行身份的鑒別。這些細節(jié)特征點主要是手指

11、上凹凸不平的紋路的起點、終點、結合點和分叉點等。這就好像每個人手上都有一個獨一無二的“迷宮”，而每個迷宮的起點、終點、拐點都不同，正是這些不同的“特征點”決定了我們每個人身份的唯一性。目前，傳感器的指紋采集技術主要分為兩種：光學識別、半導體識別。光學識別是通過光學發(fā)射器發(fā)射的光線射在手指上后再反射回機器來獲取數(shù)據(jù)，并與資料庫對比看是否一致，光學識別只能到達皮膚表層，所以準確度受到手指是否干凈的影響。半導體中的電容傳感器使用交替命令的并排列和傳感器電板，交替板的形式是兩個電容板， 以及板指紋的山谷和山脊成為板之間的電介質。兩者之間的恒量電介質的傳感器檢測變化來生成指紋圖像。指紋傳感器采集好圖像之

12、后，使用指紋算法來實現(xiàn)指紋特征的提取、匹配、計算之后的特征點就是指紋模板庫，每次都會把連個指紋的模板進行匹配，計算他們的相似度，來確定是不是同一個指紋。四. 主要參考文獻01廖雷 C 語言程序設計基礎M 北京：高等教育出版社，20122 孫育才 MCS-51 系列單片機及其應用 M 南京：東南大學出版社， 201203 美 Stephen Prata C Primer PlusM北京：人民郵電出版社，201204 美 Peter Van Der Linden Expert C ProgrammingM 北京：人民郵電出版社， 2008.02.05 美 Kenneth A.ReekPointer

13、s On CM北京：人民郵電出版社，2008.04.6 蔡振江 .單片機原理及應用 M 北京：電力工業(yè)出版社 2008:176-2087 謝宜仁 .單片機實用技術問答 M. 北京：人民郵電出版社 , 20028 李全 ,遲榮強 .單片機原理及接口技術 M. 高等教育出版社 ,2004.19 美Colin Keogh,Kyle Keogh. FINGERPRINT BIOMETRIC LOCKJ. 200310 戴佳,苗龍,陳斌.51 單片機應用系統(tǒng)開發(fā)典型實例M. 中國電力出版社,2005.911陳明熒 .8051 單片機課程設計M. 清華大學出版社,2003.9本系統(tǒng)以片機為核心，擴展了電源

14、電路， 晶振電路， 復位電路作為最小系統(tǒng)板，保證單片機可以正常啟動，同時又擴展了顯示電路，報警電路，矩陣按鍵電路，指紋傳感器電路等，構成整個系統(tǒng)的基本框架，系統(tǒng)框圖如圖1 所示：晶振電路顯示電路按鍵電路電源電路單片機復位電路指紋傳感器報警電路圖 1系統(tǒng)框圖1系統(tǒng)硬件設計本次設計的硬件部分主要單片機為核心，同時多個模塊相互協(xié)作來共同實現(xiàn)功研究內容能。1）單片機最小系統(tǒng)復位、電源、晶振電路被稱為單片機正常工作的三要素。復位電路的基本功能是：單片機在上電啟動時都需要進行復位，對CPU 和各個模塊的硬件進行初始化，使其從初始狀態(tài)進行運行。如果在運行過程中程序運行錯誤導致需要引導單片機從重新開始運行時可

15、以使用復位的方式來達到。常用的復位方式有高電平復位和低電平復位，在本次設計中使用高電平復位方式，即正常工作時復位引腳為低電平，按下復位按鍵時，復位腳為高電平。采用阻容式復位，和一個獨立的按鍵來完成設計，連接方便，成本低廉。電源電路為整個電路提供動力，采用 +5v直流電壓來給電路供電，要求電源紋波小，電壓恒定， 所以主要的設計任務就是設計電源的濾波電路來減小紋波，以及電源電壓上電或斷電的一瞬間對整個電路造成較大的沖擊，本次設計使用電容的通直流阻交流的特性來完成電源電路的濾波電路設計。晶振是整個單片機的心臟，晶振在單片機系統(tǒng)中為單片機運行提供時鐘源，任何指令的執(zhí)行都必須依靠時鐘源的存在，所以為所有

16、的操作提供了一個統(tǒng)一的節(jié)拍，這個節(jié)拍便是晶振的頻率，本次設計會使用兩個小電容和一個晶振來完成晶振電路的設計。2）報警電路模塊設計報警電路使用的LED 燈， LED 其實就是一個二極管，利用它單向導電性設計的報警電路，同時還引入了蜂鳴器，配合 LED 達到聲光報警的效果。旨在提醒輸入的用戶密碼錯誤，如果連續(xù)輸入錯誤次數(shù)大于 3 次，將觸發(fā)報警電路。3）顯示電路模塊設計顯示電路使用LCD 顯示屏，提醒用戶輸入密碼，提示密碼輸入是否正確等信息來提供一個良好的用戶交互體驗，本次設計具體使用1602 還是 12864液晶屏會根據(jù)后續(xù)設計需要做調整。4）按鍵輸入電路設計按鍵電路使用4*4 的矩陣鍵盤， 來

17、完成密碼的輸入。密碼的輸入通過按鍵的按下來完成， 而單片機要采集鍵盤是否按下則需要通過掃描的方式來完成。掃面方式有行列掃描和中斷掃描，本次設計便使用中斷掃描，只有在按鍵按下時才進行掃描，平時去處理其他程序，所以中斷掃描可以有效節(jié)省cpu資源。除此之外，還要考慮到干擾， 即一個按鍵是否是有效的被按下，按下持續(xù)的時間長短以及按下后是否松開等，有個消抖的優(yōu)化設計，但是這個優(yōu)化本次設計放在軟件部分來實現(xiàn)，即軟件消抖。5）指紋模塊設計指紋模塊會在單片機開發(fā)板上留出接口，接口的設計必需嚴格依照指紋模塊的引腳及輸出的信號來設計，不同指紋模塊的接口都有存在差異，目前指紋模塊的型號還尚未確定，所以具體的實現(xiàn)方案

18、會根據(jù)需要來動態(tài)調整。2系統(tǒng)軟件設計軟件部分必須也進行模塊化設計，而不能將所有函數(shù)寫在一個文件里。建立一個工程，每個模塊單獨作為一個文件，這樣每個模塊代碼單獨編譯測試，及時調試 bug ，這樣在對整個工程進編譯時容易定位到問題所在，更多的考慮模塊的調用，邏輯結構方面存在的缺陷，而不是去解決一大堆語法，拼寫等等方面的錯誤。提高開發(fā)的效率。本軟件設計的基本流程如圖2 所示。圖 2 軟件設計的基本流程圖第 1 周（ 2.22 2. 28 ）：查閱資料，學習Keil uVision4開發(fā)平臺和技術第 2 周（ 2.29 3.6 ）：對功能需求進行分析, 硬件功能模塊劃分及軟件代碼設計第 3 周（ 3.7 3.13 ）：撰寫并提交畢業(yè)設計開題報告、英文資料翻譯第 4 周（ 3.14 3.20 ）：進行功能模塊的詳細設計第 5 周（ 3.