基于生物識別技術(shù)的門禁系統(tǒng) 2010.6 黑龍江大學(xué) 畢業(yè)論文

1、黑龍江大學(xué)學(xué)生畢業(yè)論文論文題目：基于生物識別技術(shù)的門禁系統(tǒng)學(xué)院：機(jī)電工程學(xué)院年級：2006級專業(yè)：電氣工程及其自動化姓名：陶東生學(xué)號：20062581指導(dǎo)教師：閆廣明2010年5月11日成生東陶名姓目題計(jì)設(shè)z(x指導(dǎo)教師評語月年答辯委員會評語年院學(xué)術(shù)委員會意見公院學(xué)日月年會員摘要隨著科技的進(jìn)步，人們對門禁系統(tǒng)的安全性要求越來越高，而與此同時一些傳統(tǒng)的門禁技術(shù)已經(jīng)不能滿足當(dāng)前社會對門禁安全性的要求，基于生物識別的指紋識別技術(shù)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)身份驗(yàn)證設(shè)備的不足，每個人的包括指紋在內(nèi)的皮膚紋路在圖案、斷點(diǎn)和交叉點(diǎn)上各不相同，是唯一的，并且終生不變。依靠這種唯一性和穩(wěn)定性，指紋識別與電子信息技術(shù)結(jié)合的

2、指紋門禁系統(tǒng)具有可靠性高、不可復(fù)制、操作簡易等特點(diǎn)。本文利用指紋模塊、單片機(jī)、門鎖驅(qū)動、LCD顯示構(gòu)成的門禁系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)指紋開門、指紋錄入、指紋管理等功能，在實(shí)際應(yīng)用中與傳統(tǒng)設(shè)備相比具有很大優(yōu)越性，傳統(tǒng)的機(jī)械鎖如有較多用戶使用，就需要有很多鑰匙給每個用戶，這樣即對安全性造成威脅同時鑰匙的管理也難度很大，而指紋鎖完全沒用這種問題，指紋具有唯一性，當(dāng)取消某人進(jìn)入門禁資格時刪除指紋庫中該人信息即可，本課題采用PIC16F877單片機(jī)作為主控器與指紋模塊串行通信同時驅(qū)動LCD與門鎖驅(qū)動實(shí)現(xiàn)了基于指紋識別門禁系統(tǒng)。關(guān)鍵詞指紋識別；指紋門禁；單片機(jī)控制指紋模塊；單片機(jī)門鎖AbstractWiththepr

3、ogressofscienceandtechnology,peoplerequirementforaccesssecuritysystemhasbecomeincreasinglydemanding.Whileatthesametime,sometraditionalaccesstechnologycannotsatisfytherequirementsofsocialsecurity.Theappearanceoffingerprintidentificationbasedonbiologicalrecognitionmakesuptheshortageofthetraditionalaut

4、henticationdevices.Everyoneskintexture,includingfingerprint,differinpattern,breakpointsandintersectionwhichareuniqueandlifelongunchangeable.Withthisuniquenessandstability,fingerprintdoorsystemfeaturingtheintegrationoffingerprintidentificationandelectronicinformationtechnologyhasthefeatureofhigherrel

5、iability,unsociablyandsimpleoperation,etc.Byusingfingerprintmodule,SCM,doorlocks,LCDdisplaydriverofentranceguardsystem,fingerprintdoor,fingerprints,fingerprintmanagementfunctioncanbeachieved.Ithasgreatadvantagesinactualapplicationscomparedtothetraditionalequipment.Whenthetraditionalmechanicallockisu

6、sedbymoreconsumers,itneedstohavemanykeystogiveeachuser,whichwillthreatenthesecurityandincreasethedifficultyofmanagement.Whilefingerprintlocksdonothavethiskindofproblemsbecauseoffingerprintuniqueness.Someonepermissionintothedoorcanbecanceledbydeletinghisinformationinthefingerprintstorehouse.Thissubje

7、ctofusingPIC16F877microcontrollerasthemasterandthefingerprintmoduleandserialcommunicationwhiledrivingLCDdriverrealizedthedooraccesscontrolsystembasedonfingerprintidentification.KeyWordsFingerprintAccessControl;MCUcontrolfingerprintmodule;microcontrollerlocks 目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 摘要I

8、AbstractII目錄1 HYPERLINK l bookmark18 第一章前言1 HYPERLINK l bookmark20 1.1課題研究背景及目的1 HYPERLINK l bookmark22 1.2指紋識別技術(shù)簡介21.2.1扌旨紋識別(Fingerprint)技術(shù)2 HYPERLINK l bookmark26 1.2.2指紋特征3 HYPERLINK l bookmark28 1.2.3旨紋應(yīng)用系統(tǒng)簡介4 HYPERLINK l bookmark52 1.2.4旨紋識別模塊SFG-3.1介紹5 HYPERLINK l bookmark54 1.3PIC系列單片機(jī)介紹7 HY

9、PERLINK l bookmark56 簡介7 HYPERLINK l bookmark58 產(chǎn)品特點(diǎn)7 HYPERLINK l bookmark60 第二章整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)9 HYPERLINK l bookmark62 2.1功能描述9 HYPERLINK l bookmark64 旨紋開門9 HYPERLINK l bookmark66 2.1.2錄入旨紋9 HYPERLINK l bookmark68 2.1.3刪除旨紋9 HYPERLINK l bookmark70 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)9 HYPERLINK l bookmark72 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)10 HYPERLINK l bookmark

10、74 系統(tǒng)職能模塊10 HYPERLINK l bookmark76 第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)11 HYPERLINK l bookmark78 硬件構(gòu)成11 HYPERLINK l bookmark80 設(shè)備通信11 HYPERLINK l bookmark82 模塊參數(shù)11 HYPERLINK l bookmark84 電路搭建11 HYPERLINK l bookmark86 3.3.1微控器與指紋模塊及LCD11 HYPERLINK l bookmark94 3.3.2微控器與鍵盤及門鎖驅(qū)動12 HYPERLINK l bookmark96 第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)13 HYPERLINK l b

11、ookmark98 4.1指紋模塊控制程序13 HYPERLINK l bookmark100 4.1.1指紋比對13 HYPERLINK l bookmark102 4.1.2指紋錄入15 HYPERLINK l bookmark104 4.1.3指紋刪除16 HYPERLINK l bookmark106 4.2其他模塊驅(qū)動17 HYPERLINK l bookmark108 LCD顯示程序17 HYPERLINK l bookmark110 鍵盤程序17 HYPERLINK l bookmark112 4.3系統(tǒng)主程序19 HYPERLINK l bookmark114 第五章仿真調(diào)試2

12、1 HYPERLINK l bookmark116 Proteus仿真環(huán)境介紹21 HYPERLINK l bookmark120 功能仿真22 HYPERLINK l bookmark122 5.2.1指紋開門22 HYPERLINK l bookmark124 5.2.2指紋錄入23 HYPERLINK l bookmark128 刪除數(shù)據(jù)24結(jié)論26參考文獻(xiàn)27致謝28基于生物識別技術(shù)的門禁系統(tǒng)基于生物識別技術(shù)的門禁系統(tǒng) 第一章前言1.1課題研究背景及目的當(dāng)前的門禁系統(tǒng)大多數(shù)還是采用傳統(tǒng)的機(jī)械門鎖，而傳統(tǒng)的機(jī)械門鎖僅僅是單純的機(jī)械裝置，無論結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多么合理，材料多么堅(jiān)固，人們總能通過各種

13、手段把它打開。例如大街上隨處可見的開鎖公司，在出入人很多的門禁鑰匙的管理很麻煩，鑰匙丟失或人員更換都要把鎖和鑰匙一起更換。而在人員較多且出入較頻繁卻對安全要求嚴(yán)格的半公共場所，如我院的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室，要求對出入人員的身份驗(yàn)證，而且出入人員也經(jīng)常更換，可能某個班級做完課程設(shè)計(jì)就不再來了，那么他的驗(yàn)證身份就要取消，可見如此復(fù)雜的門禁功能需求是傳統(tǒng)機(jī)械鎖無法實(shí)現(xiàn)的，我們不可能給每個人配一把鑰匙。門禁系統(tǒng)的安全性是許多系統(tǒng)要首先考慮的問題，盡管使用者一向都相當(dāng)討厭安全檢查機(jī)制介入他們的工作中，但管理者仍然需要這樣的一種檢查訪問與使用情形的手續(xù)與方法。如果沒有辦法清楚明確的辨認(rèn)使用者身分的話，那么你也將無

14、法確認(rèn)是那位使用者，以及他究竟操作了什么行動14?，F(xiàn)行的許多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，包括許多非常機(jī)密的系統(tǒng)，都是使用“用戶賬戶+密碼”的方法來進(jìn)行用戶的身份認(rèn)證和訪問控制的。實(shí)際上，這種方案隱含著一些問題。例如，密碼容易被忘一記，也容易被別人竊取。而且，如果用戶忘記了他的密碼，他就不能進(jìn)入系統(tǒng)，當(dāng)然可以通過系統(tǒng)管理員重新設(shè)定密碼來重新開始工作，但是一旦系統(tǒng)管理員忘記了自己的密碼，整個系統(tǒng)也許只有重新安裝后才能工作。密碼被別人盜取更是一件可怕的事情，為用心不良的人可能會進(jìn)一步竊取公司機(jī)密數(shù)據(jù)、可能會盜用別人的名義做不正當(dāng)?shù)氖虑?、甚至從銀行、“ATM”終端上提取別人的巨額存款。實(shí)際上，密碼的盜取比較容易，別

15、人只要留意你在計(jì)算機(jī)終端前輸入口令時的擊鍵動作就可以知道你的密碼，甚至可以通過你的生日、年齡、姓名或者其他一些信息猜出你的密碼許多人使用自己的生日作為密碼，密碼還可以被破解眾所周知，高度機(jī)密的美國一些軍事機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)曾不止一次被黑客侵入，黑客們實(shí)際上就是破解了這些計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的某一合法用戶的密碼來開始的。盡管現(xiàn)行系統(tǒng)通過要求用戶及時改變他們的口令來防止盜用口令行為，但這種方法不但增加了用戶的記憶負(fù)擔(dān)，也不能從根本上解決問題除了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用系統(tǒng)外，一些傳統(tǒng)的需要進(jìn)行身份驗(yàn)證的場合，也存在著類似的安全性問題。另一個例子是考勤機(jī)，它的使用方便了企業(yè)進(jìn)行職工的考勤管理，但使領(lǐng)導(dǎo)頭疼的是經(jīng)常有人弄

16、虛作假，代別人打卡。丟了鑰匙不僅打不開門，還要當(dāng)心壞人拾到你的鑰匙盜取你的家財(cái)，其他使用鑰匙的場合同樣也有如此的問題。這些問題都說明，現(xiàn)行的系統(tǒng)安全性技術(shù)己經(jīng)遭遇嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)!為了解決這些問題，就出現(xiàn)了射頻卡鎖，電子密碼鎖，這兩種鎖的出現(xiàn)從一定程度上提高了人們對出入口通道的管理程度，但隨著這兩種電子鎖的不斷應(yīng)用，它們本身的缺陷就逐漸暴露，射頻卡鎖的問題是信息容易復(fù)制，卡片與讀卡機(jī)具之間磨損大，故障率高，不能完全驗(yàn)證卡片所有人身份，安全系數(shù)低。密碼鎖的問題是密碼容易泄露，不確定開鎖人身份，又無從查起，安全系數(shù)很低。而基于生物識別的指紋識別技術(shù)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)身份驗(yàn)證設(shè)備的不足，每個人的包括指紋在內(nèi)

17、的皮膚紋路在圖案、斷點(diǎn)和交叉點(diǎn)上各不相同，是唯一的，并且終生不變。依靠這種唯一性和穩(wěn)定性，指紋識別與電子信息技術(shù)結(jié)合的指紋門禁系統(tǒng)具有可靠性高、不可復(fù)制、操作簡易等特點(diǎn)4。本課題將對基于嵌入式系統(tǒng)與指紋識別模塊開發(fā)的指紋門禁系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)如下功能：（1）對進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室人員進(jìn)行指紋身份驗(yàn)證人員進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室按入指紋，系統(tǒng)對錄入指紋與指紋庫已有指紋比對，如錄入指紋存在，則在提示通過并打開門鎖。（2）新人員指紋錄入系統(tǒng)驗(yàn)證管理人員管理權(quán)限后，可進(jìn)行指紋錄入，按入指紋，指紋圖像特征碼合格后錄入指紋庫。（3）已有指紋信息刪除管理。系統(tǒng)驗(yàn)證管理人員管理權(quán)限后，對已不再需要進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的人員的指紋信息進(jìn)行管理，

18、輸入指紋編號選擇刪除，提示成功后成功刪除該條指紋信息2。1.2指紋識別技術(shù)簡介121指紋識lj（Fingerprint技術(shù)每個人的包括指紋在內(nèi)的皮膚紋路在圖案、斷點(diǎn)和交叉點(diǎn)上各不相同，也就是說，是唯一的，并且終生不變。依靠這種唯一性和穩(wěn)定性，我們就可以把一個人同他的指紋對應(yīng)起來，通過比較他的指紋和預(yù)先保存的指紋進(jìn)行比較，就可以驗(yàn)證他的真實(shí)身份。這就是指紋識別技術(shù)。自動指紋識別技術(shù)的發(fā)展得益于現(xiàn)代電子集成制造技術(shù)和快速而可靠的算法研究。盡管指紋只是人體皮膚的一小部分，但用于識別的數(shù)據(jù)量相當(dāng)大，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行比對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

19、造技術(shù)使得我們可以制造相當(dāng)小的指紋圖像讀取設(shè)備，同時飛速發(fā)展的個人計(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)行兩個指紋的比對運(yùn)算的可能。另外，匹配算法可靠性也不斷提高。為此，指紋識別技術(shù)己經(jīng)非常簡單實(shí)用了。由于計(jì)算機(jī)處理指紋時，只是涉及了指紋的一些有限的信息，而且比對算法并不是精確匹配，其結(jié)果也不能保證100%準(zhǔn)確。指紋識別系統(tǒng)的特定應(yīng)用的重要衡量標(biāo)志是識別率。主要由兩部分組成，拒判率(FRR)和誤判率(FAR)。我們可以根據(jù)不同的用途來調(diào)整這兩個值。FRR和FAR是成反比的。盡管指紋識別系統(tǒng)存在著可靠性問題，但其安全性也比相同可靠性級別的用戶賬戶+密碼方案的安全性高得多3。1.2.2指紋特

20、征指紋其實(shí)是比較復(fù)雜的。與人工處理不同，許多生物識別技術(shù)公司并不直接存儲指紋的圖像。多年來在各個公司及其研究機(jī)構(gòu)產(chǎn)生了許多數(shù)字化的算法。紋形其他的指紋圖案都基于這三種基本圖案。僅僅依靠紋形來分辨指紋是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這只是一個粗略的分類，通過更詳細(xì)的分類使得在大數(shù)據(jù)庫中搜尋指紋更為方便快捷。如圖1-1所示。環(huán)形(loop)弓形(arch)螺旋形(whorl)圖1-1指紋特征紋形2)模式區(qū)模式區(qū)是指指紋上包括了總體特征的區(qū)域，即從模式區(qū)就能夠分辨出指紋是屬于那一種類型的。有的指紋識別算法只使用模式區(qū)的數(shù)據(jù)。指紋識別算法使用了所取得的完整指紋而不僅僅是模式區(qū)進(jìn)行分析和識別。（3）核心點(diǎn)核心點(diǎn)位于指紋紋

21、路的漸進(jìn)中心，它在讀取指紋和比對指紋時作為參考點(diǎn)。許多算法是基于核心點(diǎn)的，即只能處理和識別具有核心點(diǎn)的指紋。核心點(diǎn)對于指紋識別算法很重要，但沒有核心點(diǎn)的指紋它仍然能夠處理。（4）三角點(diǎn)三角點(diǎn)位于從核心點(diǎn)開始的第一個分叉點(diǎn)或者斷點(diǎn)、或者兩條紋路會聚處、孤立點(diǎn)、折轉(zhuǎn)處，或者指向這些奇異點(diǎn)。三角點(diǎn)提供了指紋紋路的計(jì)一數(shù)跟蹤的開始之處。（5）紋數(shù)紋數(shù)指模式區(qū)內(nèi)指紋紋路的數(shù)量。在計(jì)算指紋的紋數(shù)時，一般先在連接核心點(diǎn)和三角點(diǎn)，這條連線與指紋紋路相交的數(shù)量即可認(rèn)為是指紋的紋數(shù)5。1.2.3指紋應(yīng)用系統(tǒng)簡介應(yīng)用系統(tǒng)利用指紋識別技術(shù)可以分為兩類，即驗(yàn)證和辨識。如圖1-2所示，驗(yàn)證就是通過把一個現(xiàn)場采集到的指紋與

22、一個己經(jīng)登記的指紋進(jìn)行一對一的比對，來確認(rèn)身份的過程。作為驗(yàn)證的前提條件，他或她的指紋必須在指紋庫中已經(jīng)注冊。指紋以一定的壓縮格式存貯，并與其姓名或其標(biāo)識聯(lián)系起來。隨后在比對現(xiàn)場，先驗(yàn)證其標(biāo)識，然后，利用系統(tǒng)的指紋與現(xiàn)場采集的指紋比對來證明其標(biāo)識是合法的。驗(yàn)證其實(shí)是回答了這樣一個問題:“他是他自稱的這個人嗎？”這是應(yīng)用系統(tǒng)中使用得較多的方法6。圖例*登記*驗(yàn)證4*輸入怡出示掛紋計(jì)算持徉值曲嫁再川與特征值3取說梱應(yīng)的扌腎緞特征值&比對兩卒指統(tǒng)特眾佰圖1-2指紋應(yīng)用系統(tǒng)1.2.4指紋識別模塊SFG-3.1介紹光學(xué)式指紋識別模塊“SFG-301”光學(xué)式指紋識別模塊是圣非格科技有限公司根據(jù)門禁、門鎖、

23、考勤、保險(xiǎn)箱（柜）行業(yè)需求而推出的最新產(chǎn)品。它由高性能“DSP”處理器、大容量“FLASH”和彩色“CMOS”等芯片構(gòu)成，具有指紋錄入、圖像處理、模圖1-3SFG-301指紋模塊實(shí)物圖板存儲、指紋比對和指紋搜索等功能的智能型模塊。實(shí)物如圖1-3所示。（1）主要技術(shù)指標(biāo)指紋模塊主要技術(shù)指標(biāo)如表1-1所示表1T指紋模塊參數(shù)表序號項(xiàng)目參數(shù)備注1工作電壓DC3.67.0V2工作電流100mA3峰值電流150mA4安全等級51-5級5拒真率0.1%安全等級為3時6認(rèn)假率0.001%安全等級為3時7圖像處理時間0.4秒8搜索時間1秒9存儲容量120/375/800枚10UART波特率9600XN11USB

24、1.112溫度-20C50C2）串行通訊引腳定義如表1-2所示。表1-2引腳參數(shù)表引腳號名稱VINTDRDNCNCGND定義電源輸入數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)接收未定義未定義電源和信號地描述電源正輸入串行數(shù)據(jù)輸出串行數(shù)據(jù)輸入模塊通過串行通訊接口，可直接與采用3.3V或者5V電源的單片機(jī)進(jìn)行通訊；指紋模塊的數(shù)據(jù)發(fā)送端（TD）接上位機(jī)的數(shù)據(jù)接收端（RXD），指紋模塊的數(shù)據(jù)接收端（RD）接上位機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送端（TXD）。1.3PIC系列單片機(jī)介紹1.3.1簡介PIC單片機(jī)系列是美國微芯公司(Microchip)的產(chǎn)品，是當(dāng)前市場份額增長最快的單片機(jī)之一。CPU采用“RISC”結(jié)構(gòu)，分別有33、35、58條指令(視單

25、片機(jī)的級別而定),屬精簡指令集。而51系列有111條指令，AVR單片機(jī)有118條指令，都比前者復(fù)雜。采用Harvard雙總線結(jié)構(gòu)，運(yùn)行速度快(指令周期約160200nS)，它能使程序存儲器的訪問和數(shù)據(jù)存儲器的訪問并行處理，這種指令流水線結(jié)構(gòu)，在一個周期內(nèi)完成兩部分工作，一是執(zhí)行指令，二是從程序存儲器取出下一條指令，這樣總的看來每條指令只需一個周期(個別除外)，這也是高效率運(yùn)行的原因之一。此外，它還具有低工作電壓、低功耗、驅(qū)動能力強(qiáng)等特點(diǎn)。PIC系列單片機(jī)共分三個級別，即基本級、中級、高級。其中又以中級的PIC16F873(A)、PIC16F877(A)用的最多。1.3.2產(chǎn)品特點(diǎn)(1)精簡指令

26、使其執(zhí)行效率大為提高。PIC系列8位CMOS單片機(jī)具有獨(dú)特的RISC結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的哈佛總線結(jié)構(gòu)，使指令具有單字長的特性，且允許指令碼的位數(shù)可多于8位的數(shù)據(jù)位數(shù)，這與傳統(tǒng)的采用CISC結(jié)構(gòu)的8位單片機(jī)相比，可以達(dá)到2:1的代碼壓縮，速度提高4倍。產(chǎn)品上市零等待。采用PIC的低價(jià)OTP型芯片，可使單片機(jī)在其應(yīng)用程序開發(fā)完成后立刻使該產(chǎn)品上市。(3)PIC有優(yōu)越開發(fā)環(huán)境。OTP單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的實(shí)時性是一個重要的指標(biāo)，象普通51單片機(jī)的開發(fā)系統(tǒng)大都采用高檔型號仿真低檔型號，其實(shí)時性不盡理想。PIC在推出一款新型號的同時推出相應(yīng)的仿真芯片，所有的開發(fā)系統(tǒng)由專用的仿真芯片支持，實(shí)時性非常好

27、。就我個人的經(jīng)驗(yàn)看，還沒有出現(xiàn)過仿真結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行結(jié)果不同的情況。，其引腳具有防瞬態(tài)能力，通過限流電阻可以接至220V交流電源，可直接與繼電器控制電路相連，無須光電耦合器隔離，給應(yīng)用帶來極大方便。徹底的保密性。PIC以保密熔絲來保護(hù)代碼，用戶在燒入代碼后熔斷熔絲，別人再也無法讀出，除非恢復(fù)熔絲。目前，PIC采用熔絲深埋工藝，恢復(fù)熔絲的可能性極小。自帶看門狗定時器，可以用來提高程序運(yùn)行的可靠性。睡眠和低功耗模式。雖然PIC在這方面已不能與新型的“TIMSP430”相比，但在大多數(shù)應(yīng)用場合還是能滿足需要的1。本課題將采用SFG-301指紋模塊與PIC16f877單片機(jī)串行通信制作?；谏镒R別技術(shù)

28、的門禁系統(tǒng)基于生物識別技術(shù)的門禁系統(tǒng) 第二章整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1功能描述用于實(shí)驗(yàn)室的指紋門禁系統(tǒng)，主要功能就是用手指開門。用手指開門之前，指紋庫中必須要有指紋特征信息，所以就要有錄入指紋這一項(xiàng)功能。為了實(shí)現(xiàn)對指紋庫中的指紋進(jìn)行管理，因此要有刪除指紋這一項(xiàng)功能。2.1.1指紋開門根據(jù)每個人指紋的唯一性，以指紋作為鑰匙。通過在系統(tǒng)中的預(yù)先建檔，將個人的指紋通過指紋采集器存儲到存儲器中。當(dāng)用戶有訪問需要時，指紋采集器采集用戶指紋的特征信息，與指紋庫中信息比對，決定用戶是否有訪問的權(quán)限。如果用戶擁有需要的權(quán)限，那么，在驗(yàn)證通過之后，門禁系統(tǒng)輸出一個鎖控信號給門鎖設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對門的控制，如果用戶沒有相應(yīng)的權(quán)

29、限，驗(yàn)證后會給出驗(yàn)證失敗的信息。2.1.2錄入指紋要使用指紋庫中的信息，這就要求系統(tǒng)具有錄入指紋的功能，即將個人的指紋通過指紋采集器采集用戶指紋的特征信息，通過光電轉(zhuǎn)換后，將指紋特征值和對應(yīng)的編號存儲到存儲器中。而錄入指紋之前需要首先驗(yàn)證當(dāng)前用戶是否具有錄入管理權(quán)限，這里“SFG-301”模塊默認(rèn)1-5號指紋編號對應(yīng)的人員為管理員身份。2.1.3刪除指紋由于實(shí)驗(yàn)室的使用者有變更，所以要求該門禁系統(tǒng)具有刪除指紋的功能，即將個人的指紋的特征信息從存儲器中刪除。進(jìn)行刪除操作前需要驗(yàn)證管理員身份。刪除分為兩種操作：按照指紋刪除和按照編號刪除。第一種選擇刪除操作后按入要刪除的指紋，驗(yàn)證后確定操作。第二種

30、由管理員通過鍵盤輸入要刪除人員的編號執(zhí)行刪除操作。2.2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)根據(jù)上述功能，本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件部分主要包括指紋識別模塊、微控器、液晶顯示器、鍵盤、電控鎖。指紋識別模塊主要完成指紋的采集、識別，指紋特征信息的存儲、刪除等操作。微控器作為系統(tǒng)的上位機(jī)，控制整個系統(tǒng)，對各個部分發(fā)出指令和控制。液晶顯示器顯示時間和提示操作信息以及顯示管理操作菜單。和鍵盤一起組成人機(jī)交互界面。本次設(shè)計(jì)指紋門禁系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1系統(tǒng)硬件示意圖2.3系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)2.3.1系統(tǒng)職能模塊按操作流程或系統(tǒng)職能，軟件主要由以下幾部分構(gòu)成:（1）指紋開門，按入指紋信息，系統(tǒng)核對指紋庫是否存在匹配指紋，如果存

31、在則執(zhí)行開鎖命令，否則輸出開鎖失敗信息。（2）錄入指紋該部分的功能是采集并存儲指紋特征信息。在采集新的指紋特征信息之前必須要管理者授權(quán)，也就是管理者指紋比對通過后，輸入新指紋的功號，再采集新指紋的特征信息。（3）刪除指紋該部分的作用是刪除存儲過的指紋特征信息。該項(xiàng)功能只有管理者才有此權(quán)限，所以，再執(zhí)行刪除操作之前，現(xiàn)驗(yàn)證管理者指紋。該項(xiàng)操作包括兩種操作方式:按ID號刪除和按指紋刪除。第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1硬件構(gòu)成指紋門禁系統(tǒng)的硬件部分主要包括指紋識別模塊、微控器、液晶顯示器、鍵盤、電控鎖構(gòu)成。指紋識別模塊選用圣非格科技有限公司的指紋識別獨(dú)立模塊SFG-301。SFG-301是一款具有串行通信

32、接口的指紋識別系統(tǒng)獨(dú)立模塊，能方便自如地集成于各類識別應(yīng)用產(chǎn)品中。SFG-301由指紋處理模塊和指紋采集模塊組成。光學(xué)指紋采集模塊采用CMOS芯片采集高質(zhì)量的指紋圖像，自帶CPU處理器的指紋處理模塊采用斯瑪特優(yōu)異的指紋算法提取指紋圖像特征值用于完成指紋比對功能，指紋特征值加密數(shù)據(jù)后存儲于處理模塊的閃存中。處理模塊通過串口與外圍控制器通信。液晶顯示器選用SMC160IALCD顯示模塊。SMC1601A是標(biāo)準(zhǔn)西文字符型液晶顯示模塊，顯示16個字符。鍵盤為4X4鍵盤，微控器為PIC16F877。3.2設(shè)備通信3.2.1模塊參數(shù)SFG-301模塊外部接口是標(biāo)準(zhǔn)RS-232串口，在命令工作模式下，上位機(jī)

33、可以通過RS-232串口發(fā)送各種指令控制模塊。模塊通過串行通訊接口，可直接與采用3.3V或者5V電源的單片機(jī)進(jìn)行通訊；指紋模塊的數(shù)據(jù)發(fā)送端(TD)接上位機(jī)的數(shù)據(jù)接收端(RXD)，指紋模塊的數(shù)據(jù)接收端(RD)接上位機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)送端(TXD)。3.3電路搭建3.3.1微控器與指紋模塊及LCDSFG-301指紋識別模塊1(VIN),6(GND)分別接+5V電源與地，弓I腳2(TD),3(RD)分別連接PIC16F877上RC7與RC6。LCD模塊RD接單片機(jī)RC6(TX)并接電源、地。電路如圖3-1所示?；谏镒R別技術(shù)的門禁系統(tǒng)基于生物識別技術(shù)的門禁系統(tǒng) t2指紋識別g回顯RXDTKD指紋識別模塊S

34、FG-3Q1U1盂0SC1/CLKN0SC2/CLK0UTMCLR.Vpp)THVRE0/AN5JRDRE1/AN6jRE2/AN7/CSPIC16F877_2_4_|_RAO/ANORA1/AN1RA2/AN2/VREF-RA3/AN3/VREF+RA4.T0CKI_RA5/AN4/SSRBO/IMTRB1RB2RB3/PGMRB4RB5RB6/PGCRB7/PGDRCOJT1OSOJT1CKRC1JT1OSI/CCP2RC2/CCP1RC3/SCK/SCLRC4/SDI/SDARC5/SDORC6nX/CKRC7/RX/DTRDO/PSPORD1/PSP1RD2/PSP2RD3/PSP3R

35、D4/PSP4RD5/PSP5RD6/PSP6RD7/PSP7指紋模塊SFG-301SFG-301小3ND圖3-1指紋模塊及LCD部分電路圖3.3.2微控器與鍵盤及門鎖驅(qū)動微控器PIC16F877的RD0-RD7與鍵盤連接，“RB1”向門鎖驅(qū)動輸出開關(guān)量信號。低電平為關(guān)，高電平為開9。電路圖如圖3-2所示。去輟區(qū)動開關(guān)量信號指紋識別LCDIWLED-BJRY-;TE：OSCUCLklNRBQINTOSC2：LkOUTML叭BTHuRB1RB2RBn.TGl.1R.HNDRB4RAUftNIRB5RAaftNi-iiREFRHtVPGCFJAJMWFIEF+RB7/PGDRA4,TDZ：H尺A&

36、ftN右離RC1/T1OSICCP2RfflHNSffiDRC2CCP1REl.AN&ViJRRCJffiKQZiLRE2-ANi.CSRCSOLSDARC56DORC6/TXCKRCT.HXrtJTRDQTSPORD1.TSP1RD2TSP2RD3.TGP3RDi,TSPiRDSTSP5RD6.-PSP6RDT.PSPT292S22PC16F57T137TT-=TExT=-2619aHEEBcH0SHT-4E招試說耳幀塊呂陰：無1-=TD：t圖3-2完整電路圖第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1指紋模塊控制程序4.1.1指紋比對指紋比對即對當(dāng)前輸入指紋進(jìn)行驗(yàn)證，系統(tǒng)首先執(zhí)行錄入圖像命令，對指紋區(qū)域的圖像

37、驗(yàn)證是否為指紋，如是指紋則進(jìn)入下一步比對指紋系統(tǒng)發(fā)送比對指紋命令比對通過則執(zhí)行開門命令，開門10秒種后系統(tǒng)自動執(zhí)行鎖門動作命令。操作流程如圖4-1所示。（1）指紋模塊錄入圖像功能說明：探測手指，探測到后錄入指紋圖像存。指紋錄入指令如表4-1所示，指紋錄入應(yīng)答如表4-2所示。表4-1錄入指令2byte2byte2byte2byte2byte包頭模塊地址包標(biāo)識包長度指令碼0XEF01FFFFFF01H03H01H2byte校驗(yàn)和05H表4-2錄入應(yīng)答包格式2byte2byte2byte2byte2byte包頭模塊地址包標(biāo)識包長度確認(rèn)碼0XEF01FFFFFF07H03HxxH2byte校驗(yàn)和Sum

38、注：確認(rèn)碼=00H表示錄入成功；確認(rèn)碼=01H表示收包有錯；確認(rèn)碼=02H表示傳感器上無手指；確認(rèn)碼=03H表示錄入不成功；sum指校驗(yàn)和（2）精確比對兩枚指紋特征指紋特征比對指令如表4-3所示。指紋特征應(yīng)答如表4-4所示。表4-3比對指令2byte2byte2byte2byte2byte包頭模塊地址包標(biāo)識包長度指令碼0XEF01FFFFFF01H03H03H2byte校驗(yàn)和07H表4-4比對應(yīng)答包格式2byte2byte2byte2byte2byte2byte包頭模塊地址包標(biāo)識包長度確認(rèn)碼校驗(yàn)和0XEF01FFFFFF07H05HxxHSum注：確認(rèn)碼=00H表示指紋匹配；確認(rèn)碼=01H表示

39、收包有錯;確認(rèn)碼=08H表示指紋不匹配。3）流程圖圖4-1指紋開門流程圖基于生物識別技術(shù)的門禁系統(tǒng)基于生物識別技術(shù)的門禁系統(tǒng)基于生物識別技術(shù)的門禁系統(tǒng) 4.1.2指紋錄入錄入指紋程序的任務(wù)就是將沒有登錄的指紋采集特征信息到指紋庫。對錄入的指紋要給予相應(yīng)的ID號，用戶要將ID號和相對應(yīng)的指紋記錄下來。在錄入新指紋之前，必須先比對管理者的指紋，通過后認(rèn)為管理者已經(jīng)授權(quán)，這時才能錄入新指紋。然而對于一個新系統(tǒng)來說，指紋庫里沒有指紋特征信息，自然也沒有管理者，所以，對于一個新系統(tǒng)而言，錄入第一枚指紋時，不需要管理者指紋比對這個過程，錄入的第一枚指紋系統(tǒng)默認(rèn)管理者，并且他的ID號為01號，之后錄入指紋系

40、統(tǒng)自動按順序生產(chǎn)ID號。操作流程如圖4-2所示。圖4-2指紋錄入流程圖4.1.3指紋刪除選擇刪除指紋操作時，首先驗(yàn)證管理員身份，通過后選擇根據(jù)ID刪除或者根據(jù)指紋刪除。操作流程如圖4-3所示。圖4-3指紋刪除流程圖4.2其他模塊驅(qū)動4.2.1LCD顯示程序LCD顯示使用了RS232LCD模塊，模塊接單片機(jī)串行輸出口TX,模塊采用西文字符集，所以只能顯示英文。程序中調(diào)用“LcdWrite”，即可向LCD輸出信息10。例：LcdWrite(“pleaseinput:”)；調(diào)用LcdWrite函數(shù)輸出字符串voidLcdWrite(unsignedcharxi,unsignedchary)/定義Lc

41、dWrite函數(shù)For(i=0;ivy;i+)循環(huán)字符串個數(shù)writepoint(xi,i);調(diào)用寫點(diǎn)函數(shù)在LCD上生成對應(yīng)字符voidwritepoint(unsignedcharx,unsignedchary)定義寫點(diǎn)函數(shù)unsignedcharx_pt,y_pt;定義X，Y左邊變量unsignedintaddress;定義地址變量x_pt=x;y_pt=y;address=(y_pt&0 x7f)*width+x_pt/8+addr_t;寫地址4.2.2鍵盤程序鍵盤采用4X4鍵盤，程序每次循環(huán)都檢測按鍵是否有按鍵按下，當(dāng)有按鍵按下則繼續(xù)判斷是哪行、哪列得出鍵值，并根據(jù)鍵值輸出到對應(yīng)功能，

42、鍵位定義如圖4-4所示。6G0按ID密碼開門蠶圖4-4鍵盤鍵位示意圖voidDispaly(unsignedchark)按鍵放開子程序unsignedcharkeytemp,temp;定義變量while(1)delaylOms(l);延遲10毫秒keytemp=(PORTD&0 x0f);/RD低四位置1,高四位置0keytemp=0 x0f;temp=(PORTD&0 x0f);訐(keytemp=temp)break;4.3系統(tǒng)主程序主程序控制系統(tǒng)的主流程，當(dāng)有中斷操作如鍵盤按下、指紋模塊數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)進(jìn)入處理子程序12，系統(tǒng)主流程見圖4-5。#include#includeRs232LCD

43、.h!/加載LCD顯示子程序VoidPaypad();/按鍵子程序檢測按鍵voidSend(void);/向串口發(fā)送命令voidmain()PORTB=0;TRISB=0;TRISC7=1;TRISC6=0;TRISC1=1;SPBRG=25;/設(shè)置波特率為9600BPSTXSTA=0X24;/使能串口發(fā)送，選擇高速波特率RCSTA=0X90;/使能串口工作INTCON=0X00;/系統(tǒng)初始化SFGInt();/指紋模塊初始化SysInt();系統(tǒng)初始化,LCD初顯及指紋模塊接收Delay(500);/延時0.5秒等待模塊上電while(RCIF=1&!Rx_Flag);/等待指紋模塊發(fā)送數(shù)據(jù)

44、中斷if(RCIF=1&!Rx_Flag)/如有中斷發(fā)生并且接收標(biāo)志位為1時Rx_bufferRx_cnt=RCREG;DealRX();/處理指紋模塊信息子程序圖4-5系統(tǒng)主程序流程圖第五章仿真調(diào)試5.1Proteus仿真環(huán)境介紹Proteus軟件是EDA工具軟件，Proteus軟件除了具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB自動或人工布線及電路仿真的功能外，他的電路仿真是互動的，針對微處理器的應(yīng)用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實(shí)現(xiàn)軟件源碼級的實(shí)時調(diào)試，如有顯示及輸出，還以看到運(yùn)行后輸入輸出的效果，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等，完全具有了硬件開發(fā)的基礎(chǔ)。這個仿

45、真軟件可以最大限度的避免浪費(fèi)，當(dāng)仿真結(jié)果正確無誤后再進(jìn)行實(shí)物的制作。.此外，對于元件庫中沒有的器件，使用者也可依照需要自己創(chuàng)建.將用匯編和C語言編寫的程序編譯好之后，可以立即進(jìn)行軟、硬件結(jié)合的系統(tǒng)仿真，像使用仿真器一樣來調(diào)試程序15.Proteus組合了高級原理布圖、混合模式SPICE仿真、PCB設(shè)計(jì)以及自動布線來實(shí)現(xiàn)一個完整的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)。Proteus產(chǎn)品系列包含了VSM技術(shù)，用戶可以對基于微控制器的設(shè)計(jì)連同所有的周圍電子器件一起仿真。用戶可以實(shí)時采用諸如LED/LCD、鍵盤、RS232終端等動態(tài)外設(shè)模型來對設(shè)計(jì)進(jìn)行交互仿真，仿真電路單片機(jī)參數(shù)設(shè)置如圖5-1所示，仿真電路如圖5-2所示。本

46、課題中的軟件程序已經(jīng)在MPLAB編譯完成，生成為Finger.hex,在Proteus中將單片機(jī)加載程序Finger.hex即可，電路仿真設(shè)計(jì)在Proteus中完成，指紋識別模塊由串口調(diào)試器手動輸入發(fā)包信息，至此，仿真環(huán)境已經(jīng)建立完成。下面進(jìn)入功能測試仿真。元件薑考IB：|指紋門禁隱藏：元件值（V：|PIC16FS77隱藏：廠DIL40HideAllV|3|HideAllPCBPackage:ProgramFile:ProcessorClockFrequency:ProgramConfigurationWord:AdvancedProperties:jRadomizeProgramMemory

47、?HIlNo|Finger.HEX|HideAllV|HideAllV|圖5-1單片機(jī)設(shè)置參數(shù)指紋門禁仿真電路s指紋識別回顯:去rw壓II開關(guān)量信號:rLED-BIFT.-汀巳:丁A.UILF0RD-Z：23-BkP13TT7U1OSC1CLKINRBD/1NTOSC2CLkniJTRB111CL時/ffUTHdRB2R.nwNnRA1JWN1RA2WN2A/REF-RBlPGHRBiRB5RB6/PGCRA4,7DZ：kJ_RC1/T1OSICCP2RHIWN&FDRC2：l：P1REUWNaWJRRC3SCKGCLRE2mNTCSRC4DI6DARC56D0RCBHXCKRCT/RX/DT

48、RDEVPSPRD1/PSP1RD2/PSP2RD3/PSP3RD4/PSP4RDS/PSPSRD6/PSP6RDT/PSPT32925272221Z1PC16FBTTTABcDSS0H.SE0凹E0口TB：T=-VINGM!匸指紋識別模埃圖5-2仿真電路5.2功能仿真5.2.1指紋開門開始仿真后,LCD提示:“InputFinger：”圖5-3,此時在串口調(diào)試器輸入編號“0006”（指紋模塊仿真用串口調(diào)試器代替，指紋模塊與單片機(jī)的同學(xué)測試已經(jīng)通過，可接收、發(fā)送數(shù)據(jù)包，這里用指紋編號代替對應(yīng)的指紋碼，程序中調(diào)試標(biāo)志“TestFlag=l”），程序檢查是否存在“0006”編號存在則向開鎖位“RB1”輸出高電平同時LCD屏顯“Pass”。如圖5-4所示。圖5-3提示輸入指紋圖5-4指紋驗(yàn)證通過5.2.2指紋錄入開始仿真后，按鍵盤上指紋錄入