指紋密碼鎖畢設(shè)之開題報(bào)告材料

1、南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告課題名稱：基于單片機(jī)的指紋密碼鎖設(shè)計(jì)姓名：毛仲義班級(jí)：電科技121指導(dǎo)教師：劉勤所在系部：計(jì)算機(jī)工程學(xué)院專業(yè)名稱：電子信息科學(xué)與技術(shù)南京工程學(xué)院2016 年 3 月1日說(shuō)明1 根據(jù)南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 )工作管理規(guī)定，學(xué)生必須撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告，由指導(dǎo)教師簽署意見、教研室審查，系教學(xué)主任批準(zhǔn)后實(shí)施。2開題報(bào)告是畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。學(xué)生應(yīng)當(dāng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，開題報(bào)告不合格者不得參加答辯。3畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告各項(xiàng)內(nèi)容要實(shí)事求是，逐條認(rèn)真填寫。其中的文字表達(dá)要明確、 嚴(yán)謹(jǐn)，語(yǔ)言通順，外來(lái)語(yǔ)要同時(shí)用原文和

2、中文表達(dá)。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。4本報(bào)告中，由學(xué)生本人撰寫的對(duì)課題和研究工作的分析及描述，應(yīng)不少于 2000 字，沒(méi)有經(jīng)過(guò)整理歸納，缺乏個(gè)人見解僅僅從網(wǎng)上下載材料拼湊而成的開題報(bào)告按不合格論。5 開題報(bào)告檢查原則上在第2 4 周完成，各系完成畢業(yè)設(shè)計(jì)開題檢查后，應(yīng)寫一份開題情況總結(jié)報(bào)告。畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )開題報(bào)告學(xué)生姓名毛仲義學(xué) 號(hào)202120621專 業(yè)電子信息科學(xué)與技術(shù)指導(dǎo)教師姓名劉勤職 稱講師所在系部計(jì)算機(jī)工程學(xué)院課題來(lái)源自擬課題課題類型工程設(shè)計(jì)課題名稱基于單片機(jī)的指紋密碼鎖設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和意義一.畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容本課題以單片機(jī)為核心采用C 語(yǔ)言來(lái)開發(fā)一指紋電子密碼鎖。系統(tǒng)擬

3、在Altium Designer9開發(fā)平臺(tái)上設(shè)計(jì)原理圖，并繪制PCB 并制成單片機(jī)開發(fā)板，然后根據(jù)原理圖將相關(guān)元器件焊接到開發(fā)板上。軟件部分在KeiluVision4開發(fā)平臺(tái)上進(jìn)行相關(guān)代碼的編寫和調(diào)試。然后利用串口助手工具將代碼下載到開發(fā)板進(jìn)行運(yùn)行，觀察硬件各模塊是否可以正常運(yùn)行。以及測(cè)試結(jié)果是否能夠滿足需求，便于及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)。課題的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)出一個(gè)可以錄入指紋，并可對(duì)錄入指紋進(jìn)行匹配比較，如果正確即可開鎖，同時(shí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)也支持鍵盤輸入解鎖的系統(tǒng)。二.畢業(yè)設(shè)計(jì)的意義在日常的生活和工作中,住宅、物業(yè)、單位、銀行的財(cái)產(chǎn)以及一些重要的資料的安全都會(huì)選擇用加鎖的辦法來(lái)保證其安全。但使用傳統(tǒng)的機(jī)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(dāng)麻煩，而且可能被他人復(fù)制冒用，造成極大的安全隱患，甚至財(cái)產(chǎn)損失。現(xiàn)代社會(huì)對(duì)安全的認(rèn)證方式標(biāo)準(zhǔn)是簡(jiǎn)單、快捷和高效。 生物特征識(shí)別技術(shù)具有不易遺忘、 防偽性能好、 隨時(shí)隨地可用等優(yōu)點(diǎn)比之傳統(tǒng)的方法更安全、方便和保密。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的便是其中的指紋識(shí)別技術(shù)。除此之外，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)需要熟練掌握單片機(jī)技術(shù)和軟件編程方面的知識(shí)，之前學(xué)習(xí)的知識(shí)都是碎片化的，沒(méi)有作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)考慮系統(tǒng)中各個(gè)模塊如何部署，如何分工協(xié)作，所以畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程也是一個(gè)知識(shí)融合，系統(tǒng)化的過(guò)程，這會(huì)為本人日后的學(xué)習(xí)和工作打下良好基礎(chǔ)。一實(shí)際應(yīng)用方面的價(jià)值隨著人們生活的節(jié)奏越來(lái)越

5、快，人們對(duì)處理日常生活和工作中事情的效率要求也越來(lái)越高。 顯然當(dāng)人們帶著各種各樣的身份識(shí)別的證件、 卡、密碼和鑰匙出入各種場(chǎng)合時(shí)，顯然是相當(dāng)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(xiǎn)。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生物特征識(shí)別技術(shù)逐漸受到人們的青睞， 其中由于指紋識(shí)別具有使用方便， 價(jià)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(yīng)用已越來(lái)越普遍，如單位考勤、駕校打卡、手機(jī)解鎖、移動(dòng)支付等酷炫技術(shù)都離不開指紋傳感器的貢獻(xiàn)。二國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，逐漸興起的數(shù)字密碼鎖，IC 卡進(jìn)入人們的視野，較之傳統(tǒng)的物理機(jī)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(duì)安全性能要求越來(lái)越高，但對(duì)安全的認(rèn)證方式的要求卻變得越來(lái)越簡(jiǎn)單、快捷以及高效。人類的生物特征通常具有唯一性、可測(cè)量、可識(shí)別、可驗(yàn)證、遺傳性及終身不變等特點(diǎn)，因此生物特征識(shí)別技術(shù)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(shí)隨地可用等優(yōu)點(diǎn)而受到人們的青睞。比之傳統(tǒng)的方法更安全、文獻(xiàn)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(shí)別、指紋識(shí)別、面部識(shí)別、虹膜識(shí)別等多種生物識(shí)別技術(shù)。早在1997年比爾 .蓋茨就曾預(yù)言：“生物識(shí)別技術(shù)即利用人的生理特征，如指紋、虹膜等來(lái)識(shí)別個(gè)人的身份，將成為未來(lái)幾年IT

7、 產(chǎn)業(yè)的重要革新”，并且有專家曾做過(guò)推論，若全球以 60 億人口計(jì)算， 300年內(nèi)都不會(huì)有兩個(gè)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(dāng)高的。雖然我國(guó)在手指靜脈、虹膜、視網(wǎng)膜等生物特征識(shí)別領(lǐng)域要比國(guó)外的晚一點(diǎn)，但指紋識(shí)別技術(shù)卻差不多和國(guó)外是同一時(shí)期開始的，所以無(wú)論在技術(shù)研究還是在市場(chǎng)上相關(guān)產(chǎn)品的普及都絲毫不比國(guó)外差。一般來(lái)講， 指紋識(shí)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(shí)指紋是比較復(fù)雜的， 許多開發(fā)指紋識(shí)別的公司并不直接存儲(chǔ)指紋圖像，而是將采集到的圖像進(jìn)行數(shù)字化，來(lái)表示指紋圖形的。在應(yīng)用方面，比較前沿的國(guó)內(nèi)像華為的Mate 系列、三星、 viv

8、o 、樂(lè)視、酷派等手機(jī)都有通過(guò)識(shí)別指紋來(lái)解鎖的功能。國(guó)外的近日有蘋果公司的Apple Pay ，在2 月 18 日正式進(jìn)入中國(guó)后， 吸引了眾多眼球， 迅疾在全球多個(gè)國(guó)家掀起一股ApplePay 熱潮。但在技術(shù)方面歸根結(jié)底還是通過(guò)手機(jī)上的指紋傳感器采集用戶數(shù)據(jù)準(zhǔn)確匹配后來(lái)完成免接觸支付功能的。三相關(guān)技術(shù)與研發(fā)基礎(chǔ)在本系統(tǒng)中使用的編程開發(fā)語(yǔ)言是一門通用計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言-C 語(yǔ)言，因其具有良好的跨平臺(tái)性能，可以在許多硬件平臺(tái)上進(jìn)行編譯運(yùn)行而得到了廣泛的應(yīng)用，成為大多數(shù)人學(xué)習(xí)編程的經(jīng)典入門編程語(yǔ)言。由于 C 語(yǔ)言具可以直接訪問(wèn)硬件地址，對(duì)硬件進(jìn)行操作的特性，使得代碼的運(yùn)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(yǔ)言，如驅(qū)動(dòng)，內(nèi)核等，也正因?yàn)?C 語(yǔ)言具有這種低級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，而一度引發(fā)人們關(guān)于C 語(yǔ)言到底屬于高級(jí)語(yǔ)言還是低級(jí)語(yǔ)言的爭(zhēng)議。但是 C 語(yǔ)言同時(shí)還有指針，結(jié)構(gòu)體， 豐富的數(shù)據(jù)類型、運(yùn)算符， 結(jié)構(gòu)化的語(yǔ)句和極強(qiáng)的表達(dá)力，而更多的是高級(jí)語(yǔ)言的特性，所以不妨認(rèn)為它是高級(jí)語(yǔ)言中的低級(jí)語(yǔ)言。 本次設(shè)計(jì)在Keil uVision4開發(fā)平臺(tái)上進(jìn)行，使用 C 語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行各個(gè)模塊的函數(shù)代碼的編寫，編譯和調(diào)試工作，可以正常運(yùn)行后，使用串口助手工具下載到單片機(jī)開發(fā)板。硬件設(shè)計(jì)部分主要采用單片機(jī)作為控制器，因?yàn)閱纹瑱C(jī)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，性能良好且穩(wěn)定，功耗低，價(jià)格便宜，而且可供參考的文獻(xiàn)資料較多，完全可以

10、滿足本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的需求，因此本系統(tǒng)選用單片機(jī)來(lái)開發(fā)，不僅可以實(shí)現(xiàn)需求，同時(shí)也降低了成本。單片機(jī)作為作為一個(gè)廣泛使用的微控制器，和許多的處理器一樣基本由運(yùn)算器，控制器和寄存器三個(gè)部分組成，運(yùn)算器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，控制器進(jìn)行分工協(xié)調(diào)，而寄存器作為高速緩存可以大大提高處理器從內(nèi)存抓取數(shù)據(jù)的速度，進(jìn)而提高數(shù)據(jù)處理能力。現(xiàn)在市場(chǎng)上許多加強(qiáng)版的單片機(jī)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(shè)計(jì)中比較重要的模塊便是指紋傳感器了，指紋識(shí)別技術(shù)的概念已經(jīng)比較普遍，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)， 是通過(guò)比較指紋上不同的細(xì)節(jié)特征點(diǎn)來(lái)進(jìn)行身份的鑒別。這些細(xì)節(jié)特征點(diǎn)主要是手指

11、上凹凸不平的紋路的起點(diǎn)、終點(diǎn)、結(jié)合點(diǎn)和分叉點(diǎn)等。這就好像每個(gè)人手上都有一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的“迷宮”，而每個(gè)迷宮的起點(diǎn)、終點(diǎn)、拐點(diǎn)都不同，正是這些不同的“特征點(diǎn)”決定了我們每個(gè)人身份的唯一性。目前，傳感器的指紋采集技術(shù)主要分為兩種：光學(xué)識(shí)別、半導(dǎo)體識(shí)別。光學(xué)識(shí)別是通過(guò)光學(xué)發(fā)射器發(fā)射的光線射在手指上后再反射回機(jī)器來(lái)獲取數(shù)據(jù)，并與資料庫(kù)對(duì)比看是否一致，光學(xué)識(shí)別只能到達(dá)皮膚表層，所以準(zhǔn)確度受到手指是否干凈的影響。半導(dǎo)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(gè)電容板， 以及板指紋的山谷和山脊成為板之間的電介質(zhì)。兩者之間的恒量電介質(zhì)的傳感器檢測(cè)變化來(lái)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(lái)實(shí)現(xiàn)指紋特征的提取、匹配、計(jì)算之后的特征點(diǎn)就是指紋模板庫(kù)，每次都會(huì)把連個(gè)指紋的模板進(jìn)行匹配，計(jì)算他們的相似度，來(lái)確定是不是同一個(gè)指紋。四. 主要參考文獻(xiàn)01廖雷 C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)M 北京：高等教育出版社，20122 孫育才 MCS-51 系列單片機(jī)及其應(yīng)用 M 南京：東南大學(xué)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(jī)原理及應(yīng)用 M 北京：電力工業(yè)出版社 2008:176-2087 謝宜仁 .單片機(jī)實(shí)用技術(shù)問(wèn)答 M. 北京：人民郵電出版社 , 20028 李全 ,遲榮強(qiáng) .單片機(jī)原理及接口技術(shù) 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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)典型實(shí)例M. 中國(guó)電力出版社,2005.911陳明熒 .8051 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)M. 清華大學(xué)出版社,2003.9本系統(tǒng)以片機(jī)為核心，擴(kuò)展了電源

14、電路， 晶振電路， 復(fù)位電路作為最小系統(tǒng)板，保證單片機(jī)可以正常啟動(dòng)，同時(shí)又?jǐn)U展了顯示電路，報(bào)警電路，矩陣按鍵電路，指紋傳感器電路等，構(gòu)成整個(gè)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(jī)復(fù)位電路指紋傳感器報(bào)警電路圖 1系統(tǒng)框圖1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的硬件部分主要單片機(jī)為核心，同時(shí)多個(gè)模塊相互協(xié)作來(lái)共同實(shí)現(xiàn)功研究?jī)?nèi)容能。1）單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位、電源、晶振電路被稱為單片機(jī)正常工作的三要素。復(fù)位電路的基本功能是：?jiǎn)纹瑱C(jī)在上電啟動(dòng)時(shí)都需要進(jìn)行復(fù)位，對(duì)CPU 和各個(gè)模塊的硬件進(jìn)行初始化，使其從初始狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)行。如果在運(yùn)行過(guò)程中程序運(yùn)行錯(cuò)誤導(dǎo)致需要引導(dǎo)單片機(jī)從重新開始運(yùn)行時(shí)可

15、以使用復(fù)位的方式來(lái)達(dá)到。常用的復(fù)位方式有高電平復(fù)位和低電平復(fù)位，在本次設(shè)計(jì)中使用高電平復(fù)位方式，即正常工作時(shí)復(fù)位引腳為低電平，按下復(fù)位按鍵時(shí)，復(fù)位腳為高電平。采用阻容式復(fù)位，和一個(gè)獨(dú)立的按鍵來(lái)完成設(shè)計(jì)，連接方便，成本低廉。電源電路為整個(gè)電路提供動(dòng)力，采用 +5v直流電壓來(lái)給電路供電，要求電源紋波小，電壓恒定， 所以主要的設(shè)計(jì)任務(wù)就是設(shè)計(jì)電源的濾波電路來(lái)減小紋波，以及電源電壓上電或斷電的一瞬間對(duì)整個(gè)電路造成較大的沖擊，本次設(shè)計(jì)使用電容的通直流阻交流的特性來(lái)完成電源電路的濾波電路設(shè)計(jì)。晶振是整個(gè)單片機(jī)的心臟，晶振在單片機(jī)系統(tǒng)中為單片機(jī)運(yùn)行提供時(shí)鐘源，任何指令的執(zhí)行都必須依靠時(shí)鐘源的存在，所以為所有

16、的操作提供了一個(gè)統(tǒng)一的節(jié)拍，這個(gè)節(jié)拍便是晶振的頻率，本次設(shè)計(jì)會(huì)使用兩個(gè)小電容和一個(gè)晶振來(lái)完成晶振電路的設(shè)計(jì)。2）報(bào)警電路模塊設(shè)計(jì)報(bào)警電路使用的LED 燈， LED 其實(shí)就是一個(gè)二極管，利用它單向?qū)щ娦栽O(shè)計(jì)的報(bào)警電路，同時(shí)還引入了蜂鳴器，配合 LED 達(dá)到聲光報(bào)警的效果。旨在提醒輸入的用戶密碼錯(cuò)誤，如果連續(xù)輸入錯(cuò)誤次數(shù)大于 3 次，將觸發(fā)報(bào)警電路。3）顯示電路模塊設(shè)計(jì)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(lái)提供一個(gè)良好的用戶交互體驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)具體使用1602 還是 12864液晶屏?xí)鶕?jù)后續(xù)設(shè)計(jì)需要做調(diào)整。4）按鍵輸入電路設(shè)計(jì)按鍵電路使用4*4 的矩陣鍵盤， 來(lái)

17、完成密碼的輸入。密碼的輸入通過(guò)按鍵的按下來(lái)完成， 而單片機(jī)要采集鍵盤是否按下則需要通過(guò)掃描的方式來(lái)完成。掃面方式有行列掃描和中斷掃描，本次設(shè)計(jì)便使用中斷掃描，只有在按鍵按下時(shí)才進(jìn)行掃描，平時(shí)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(gè)按鍵是否是有效的被按下，按下持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)短以及按下后是否松開等，有個(gè)消抖的優(yōu)化設(shè)計(jì)，但是這個(gè)優(yōu)化本次設(shè)計(jì)放在軟件部分來(lái)實(shí)現(xiàn)，即軟件消抖。5）指紋模塊設(shè)計(jì)指紋模塊會(huì)在單片機(jī)開發(fā)板上留出接口，接口的設(shè)計(jì)必需嚴(yán)格依照指紋模塊的引腳及輸出的信號(hào)來(lái)設(shè)計(jì)，不同指紋模塊的接口都有存在差異，目前指紋模塊的型號(hào)還尚未確定，所以具體的實(shí)現(xiàn)方案

18、會(huì)根據(jù)需要來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整。2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件部分必須也進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，而不能將所有函數(shù)寫在一個(gè)文件里。建立一個(gè)工程，每個(gè)模塊單獨(dú)作為一個(gè)文件，這樣每個(gè)模塊代碼單獨(dú)編譯測(cè)試，及時(shí)調(diào)試 bug ，這樣在對(duì)整個(gè)工程進(jìn)編譯時(shí)容易定位到問(wèn)題所在，更多的考慮模塊的調(diào)用，邏輯結(jié)構(gòu)方面存在的缺陷，而不是去解決一大堆語(yǔ)法，拼寫等等方面的錯(cuò)誤。提高開發(fā)的效率。本軟件設(shè)計(jì)的基本流程如圖2 所示。圖 2 軟件設(shè)計(jì)的基本流程圖第 1 周（ 2.22 2. 28 ）：查閱資料，學(xué)習(xí)Keil uVision4開發(fā)平臺(tái)和技術(shù)第 2 周（ 2.29 3.6 ）：對(duì)功能需求進(jìn)行分析, 硬件功能模塊劃分及軟件代碼設(shè)計(jì)第 3 周（ 3.7 3.13 ）：撰寫并提交畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告、英文資料翻譯第 4 周（ 3.14 3.20 ）：進(jìn)行功能模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)第 5 周（ 3.