指紋識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

目錄摘要 IIIABSTRACT IV第一章緒論 １論文的背景及意義 １識(shí)別技術(shù)介紹 ２指紋特點(diǎn) ２指紋特性 ２指紋應(yīng)用系統(tǒng)介紹 ２指紋取像技術(shù)及其特點(diǎn) ３第二章指紋門(mén)禁系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) ５系統(tǒng)功效 ５系統(tǒng)性能指標(biāo) ５系統(tǒng)硬件構(gòu)造 ６系統(tǒng)軟件構(gòu)造 ７第三章指紋門(mén)禁系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ９SPCE061A單片機(jī)介紹 ９SPCE061A單片機(jī)的重要性能 ９指紋識(shí)別模塊OM-20的管腳闡明及性能指標(biāo) ９SPCE061A單片機(jī)與指紋識(shí)別模塊OM－20的接口電路設(shè)計(jì) １０SPCE061A單片機(jī)與液晶顯示模塊SPLC501的接口 １１第四章指紋門(mén)禁系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) １３指紋解決模塊 １３指紋識(shí)別模塊OM-20通訊合同 １３登記指紋模板程序設(shè)計(jì) １３刪除指紋模板程序設(shè)計(jì) １４清空指紋模板程序設(shè)計(jì) １４系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) １５指紋開(kāi)門(mén)程序設(shè)計(jì) １５第五章系統(tǒng)抗干擾方法 １７抗干擾設(shè)計(jì)的基本原則 １７系統(tǒng)硬件抗干擾方法 １７系統(tǒng)軟件抗干擾方法 １８第六章結(jié)束語(yǔ) １９參考文獻(xiàn) ２０致謝 ２１摘要隨著時(shí)代的發(fā)展，社會(huì)越來(lái)越需要高效、可靠的身份識(shí)別系統(tǒng)。生物識(shí)別是當(dāng)今數(shù)字化生活中最高級(jí)別的安全密鑰系統(tǒng)，而指紋識(shí)別是對(duì)人體最不構(gòu)成侵犯且方便、實(shí)用、可靠、價(jià)格便宜的一種生物識(shí)別技術(shù)。本文簡(jiǎn)要介紹了指紋門(mén)禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景、指紋識(shí)別技術(shù)的基本知識(shí)和幾個(gè)生物識(shí)別技術(shù)比較，并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種符合當(dāng)代安防規(guī)定的指紋門(mén)禁系統(tǒng)，該系統(tǒng)硬件重要由微解決器、指紋識(shí)別模塊、液晶顯示模塊、４＊４鍵盤(pán)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘／日歷芯片、電控鎖和電源等構(gòu)成；軟件重要由指紋解決程序模塊、液晶顯示程序模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘程序模塊和鍵盤(pán)掃描程序模塊等構(gòu)成。該系統(tǒng)是一套集成了先進(jìn)指紋識(shí)別算法的高科技產(chǎn)品，含有安全可靠、功效齊備、操作簡(jiǎn)便、價(jià)格適中檔優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于金融、保險(xiǎn)、公安、軍械庫(kù)、機(jī)要室等需要嚴(yán)格控制人員進(jìn)出的部門(mén)或場(chǎng)合。核心詞：指紋門(mén)禁;指紋識(shí)別;單片機(jī);液晶ABSTRACTWiththedevelopmentofTheTimes,thereisanincreasingneedformoreefficientandreliableidentificationsystem.Biologicalrecognitionisthedigitallifehighest-levelsecuritykeysystem,andthefingerprintidentificationisthemostdon'tconstituteaninfringementofthehumanbodyandconvenientandpractical,reliable,thepriceischeapabiometrictechnology.Thispaperbrieflyintroducesthefingerprintentranceguardsystemdesignofthebackground,thebasicknowledgeoffingerprintidentificationtechnologyandseveralkindsofbiometrics,compareanddesignrealizeasecurityrequirementsaccordswithmodernfingerprintentranceguardsystem,thissystemhardwaremainlybythemicroprocessor,fingerprintmodule,LCDmodule,4*4keyboard,real-timeclock/calendarchip,electroniclocksandpowersupplyetc;Softwareconsistsmainlyoffingerprintprocessingprogrammodule,liquidcrystaldisplayprogrammodule,real-timeclockprogrammodulesandkeypadscanningprogrammodule.Thissystemisasetofintegratedtheadvancedfingerprintidentificationalgorithmofhigh-techproducts,safeandreliable,functioncompletewith,simpleoperation,pricemoderateetc,andcanbewidelyappliedfinance,insurance,publicsecurity,thearmory,codemustbestrictlycontrolledroomandthedepartmentofpersonnelenteringandleavingorplace.KEYWORDS:FingerprintGuard；FingerprintRecognition；MCU；LiquidCrystal第一章緒論論文的背景及意義門(mén)禁系統(tǒng)是對(duì)出入口通道進(jìn)行管制的系統(tǒng)，是解決重要部門(mén)出入口安全防備的有效方法。安全系統(tǒng)中重要牽涉到的是身份認(rèn)證問(wèn)題。傳統(tǒng)的個(gè)人身份鑒別手段（如鑰匙、密碼、磁卡、IC卡等）含有可假冒、可偽造、可盜用、可破譯等缺點(diǎn)，已不能完全滿(mǎn)足當(dāng)代社會(huì)安全防備的需要。只有采用不易被別人替代、仿制、甚至其本人也無(wú)法轉(zhuǎn)讓的生物識(shí)別技術(shù)才干消除人為的不安全因素。生物識(shí)別技術(shù)是當(dāng)今數(shù)字化生活中最高級(jí)別的安全密鑰系統(tǒng)。生物識(shí)別技術(shù)根據(jù)人體的生物特性來(lái)進(jìn)行身份驗(yàn)證，它涉及虹膜識(shí)別技術(shù)、視網(wǎng)膜識(shí)別技術(shù)、面部識(shí)別技術(shù)、聲音識(shí)別技術(shù)和指紋識(shí)別技術(shù)等[1]。許多研究表明：在全部生物識(shí)別技術(shù)中，指紋識(shí)別是現(xiàn)在對(duì)人體最不構(gòu)成侵犯、方便、實(shí)用、可靠和價(jià)格便宜的一種技術(shù)手段，也是最含有代表性和最含有應(yīng)用前景的生物識(shí)別技術(shù)[2]?，F(xiàn)在指紋門(mén)禁系統(tǒng)有兩種慣用的類(lèi)型，即嵌入式系統(tǒng)和基于PC的桌面應(yīng)用系統(tǒng)[3]。嵌入式系統(tǒng)是一種相對(duì)獨(dú)立的完整系統(tǒng)，含有功耗低、體積小、集成度高等優(yōu)點(diǎn)，其功效較為簡(jiǎn)樸，應(yīng)用于特定的場(chǎng)合。而基于PC的桌面應(yīng)用系統(tǒng)功效更加完善，能夠建立大型的數(shù)據(jù)庫(kù)，但由于需要連接PC才干完畢指紋識(shí)別的功效，限制了這種系統(tǒng)在許多方面的應(yīng)用。國(guó)外指紋門(mén)禁產(chǎn)品市場(chǎng)能夠說(shuō)品牌眾多，競(jìng)爭(zhēng)激烈，比較出名的廠家，如美國(guó)AD公司、新加坡的ADC公司、以色列的DDS公司等，它們的產(chǎn)品技術(shù)含量大，但這些產(chǎn)品的價(jià)格昂貴?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)指紋門(mén)禁系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家眾多，但真正含有研發(fā)生產(chǎn)采集儀和算法技術(shù)的廠家并不多。國(guó)內(nèi)指紋門(mén)禁系統(tǒng)生產(chǎn)廠家基本分三個(gè)層次：第一級(jí)是具各研發(fā)生產(chǎn)采集儀和算法技術(shù)，如長(zhǎng)春方圓、長(zhǎng)春鴻達(dá)；第二級(jí)是運(yùn)用別人的采集儀，擁有自己的核心算法，這一級(jí)的廠家最多，如北京中控、上海同濟(jì)斯瑪特、上海一維、西安青松等；第三級(jí)重要運(yùn)用別人的模塊，做后端的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，如武漢數(shù)碼人、廈門(mén)寶利銘等。盡管現(xiàn)在的指紋門(mén)禁系統(tǒng)產(chǎn)品眾多，但普遍存在價(jià)格高和功效單一等缺點(diǎn)。因此針對(duì)上述的局限性提出了“指紋門(mén)禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”這一研究課題，其目的是開(kāi)發(fā)出含有良好的價(jià)格優(yōu)勢(shì)且功效完善的指紋門(mén)禁系統(tǒng)，方便顧客使用。識(shí)別技術(shù)介紹指紋特點(diǎn)相對(duì)于其它生物特性，指紋有下列2個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)：1.穩(wěn)定性：一種人從胎兒6個(gè)月時(shí)指紋完全形成到尸體腐爛，指紋的特性始終沒(méi)有明顯變化。2.獨(dú)特性：至今還找不出兩個(gè)指紋完全相似的人，即使同卵雙胞胎的指紋也是不相似的。這一特點(diǎn)，為指紋用于身份鑒定提供了客觀根據(jù)。指紋特性指紋特性普通分為兩類(lèi)：總體特性和局部特性。指紋識(shí)別算法最后都?xì)w結(jié)為在指紋圖像上找到并比對(duì)指紋的特性。英國(guó)學(xué)者認(rèn)為，在考慮局部特性的狀況下，只要比對(duì)13個(gè)特性點(diǎn)重疊，就能夠確認(rèn)是同一種指紋?？傮w特性：總體特性是指那些用肉眼直接就能夠觀察到的特性，涉及：紋形、模式區(qū)、核心點(diǎn)、三角點(diǎn)和紋數(shù)等五種。指紋應(yīng)用系統(tǒng)介紹指紋應(yīng)用系統(tǒng)能夠分為兩類(lèi)：驗(yàn)證（verification）和辨識(shí)（Identification）。驗(yàn)證就是把一種現(xiàn)場(chǎng)采集到的指紋與一種己經(jīng)登記的指紋進(jìn)行一對(duì)一的比對(duì)(one-to-onematching)，來(lái)確認(rèn)身份的過(guò)程[4]，如圖所示。作為驗(yàn)證的前提條件，他（或她）的指紋必須在指紋庫(kù)中已經(jīng)注冊(cè)，并與其姓名或其標(biāo)記（ID、PIN）聯(lián)系起來(lái)。隨即在比對(duì)現(xiàn)場(chǎng)，先驗(yàn)證其標(biāo)記，然后，運(yùn)用系統(tǒng)的指紋與現(xiàn)場(chǎng)采集的指紋比對(duì)來(lái)證明其標(biāo)記是正當(dāng)?shù)?。?yàn)證其實(shí)是回答了這樣一種問(wèn)題：“他是他自稱(chēng)的這個(gè)人嗎”這是應(yīng)用系統(tǒng)中使用得較多的辦法。辨識(shí)則是把現(xiàn)場(chǎng)采集到的指紋同指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中的指紋逐個(gè)對(duì)比，從中找出與現(xiàn)場(chǎng)指紋相匹配的指紋，如圖所示，這也叫“一對(duì)多匹配（one-to-manymatching）”。辨識(shí)其實(shí)是回答了這樣一種問(wèn)題：“他是誰(shuí)”。圖指紋驗(yàn)證示意圖圖指紋辨識(shí)示意圖驗(yàn)證和辨識(shí)在比對(duì)算法和系統(tǒng)設(shè)計(jì)上各有特點(diǎn)，例如驗(yàn)證系統(tǒng)普通只考慮對(duì)完整的指紋進(jìn)行比對(duì)，而辨識(shí)系統(tǒng)要考慮殘紋的比對(duì)；驗(yàn)證系統(tǒng)對(duì)比對(duì)算法的速度規(guī)定不如辨識(shí)系統(tǒng)高，但更強(qiáng)調(diào)易用性；另外在辨識(shí)系統(tǒng)中，普通要使用分類(lèi)技術(shù)來(lái)加緊查詢(xún)的速度。指紋取像技術(shù)及其特點(diǎn)現(xiàn)在的指紋取像技術(shù)按原理可分成兩類(lèi)：光學(xué)取像和非光學(xué)取像。光學(xué)取像設(shè)備根據(jù)的是光的全反射原理。光線照到壓有指紋的玻璃表面，反射光線由CCD去獲得，反射光的量依賴(lài)于壓在玻璃表面指紋的脊和谷的深度和皮膚與玻璃間的油脂和水分。光線經(jīng)玻璃射到谷的地方后在玻璃與空氣的界面發(fā)生全反射，光線被反射到CCD，而射向脊的光線不發(fā)生全反射，而是被脊與玻璃的接觸面吸取或者漫反射到別的地方，這樣就在CCD上形成了指紋的圖像。非光學(xué)取像技術(shù)現(xiàn)在重要有兩類(lèi)：半導(dǎo)體傳感器取像和超聲波掃描取像。常見(jiàn)的半導(dǎo)體傳感器是硅電容傳感器，硅電容傳感器在半導(dǎo)體金屬陣列上能結(jié)合大概100000個(gè)電容傳感器，其外面絕緣的表面，當(dāng)顧客的手指放在上面時(shí)，皮膚構(gòu)成了電容陣列的另一面指紋紋路深淺造成電容陣列的各個(gè)電容電壓不同，通過(guò)測(cè)量各點(diǎn)的電壓值可獲得灰度指紋圖像。另一種晶體傳感器是壓感式的，其表面的頂層是含有彈性的壓感介質(zhì)材料，他們根據(jù)指紋的外表地形（凸）轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的電子信號(hào)。其它的晶體傳感器尚有溫度感應(yīng)傳感器，它通過(guò)感應(yīng)壓在設(shè)備上的脊和遠(yuǎn)離設(shè)備的谷溫度的不同獲得指紋圖像。晶體傳感器技術(shù)最重要的弱點(diǎn)在于，它們?nèi)菀资艿届o電的影響，這使得晶體傳感器有時(shí)會(huì)取不到圖像，甚至?xí)粨p壞。超聲波掃描被認(rèn)為是指紋取像技術(shù)中非常好的一類(lèi)。很象光學(xué)掃描的激光，超聲波首先掃描指紋的表面，緊接著，接受設(shè)備獲取了其反射信號(hào)，測(cè)量它的范疇，得到脊的深度[5]。不像光學(xué)掃描，積累在皮膚上的臟物和油脂對(duì)超音速獲得的圖像影響不大，因此這樣的圖像是實(shí)際脊地形（凹凸）的真實(shí)反映，應(yīng)用起來(lái)更為方便。整個(gè)提取算法流程如圖所示。多個(gè)技術(shù)都含有它們各自的優(yōu)勢(shì)，也有各自的缺點(diǎn)，指紋取像技術(shù)比較如表所示。表指紋取像技術(shù)比較比較項(xiàng)目光學(xué)全反時(shí)技術(shù)硅晶體電容傳感器技術(shù)超聲波掃描技術(shù)體積大小中耐用性非常耐用容易損壞普通成像能力干手指差，但汗多的和稍脹的手指成像含糊干手指好，但汗多的和稍脹的手指不能成像非常好耗電較多較少較多成本低低很高圖在提取細(xì)節(jié)點(diǎn)的算法流程第二章指紋門(mén)禁系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)以手指取代傳統(tǒng)的鑰匙，使用時(shí)只需將手指平放在指紋采集儀的采集窗口上，即可完畢開(kāi)鎖任務(wù)，操作十分簡(jiǎn)便，避免了其它門(mén)禁系統(tǒng)（傳統(tǒng)機(jī)械鎖、密碼鎖、識(shí)別卡等）有可能被偽造、盜用、遺忘、破譯等弊端。系統(tǒng)功效 1.指紋開(kāi)門(mén)：顧客將手指按到指紋采集器上，指紋識(shí)別模塊提取指紋特性并與指紋特性庫(kù)中的指紋進(jìn)行比對(duì)，若指紋正當(dāng)，門(mén)禁系統(tǒng)發(fā)出開(kāi)門(mén)指令；若指紋不正當(dāng)，門(mén)禁系統(tǒng)不發(fā)出開(kāi)門(mén)指令。2.錄入、刪除指紋模板：錄入指紋模扳的功效是管理員將顧客的指紋通過(guò)指紋采集器采集指紋的特性信息，將指紋特性值和對(duì)應(yīng)的ID號(hào)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。當(dāng)顧客變更時(shí)，管理員能夠?qū)㈩櫩偷闹讣y特性信息從存儲(chǔ)器中刪除。3.密碼應(yīng)急開(kāi)門(mén)：當(dāng)顧客的手指出現(xiàn)異常狀況（如手指被劃傷），采集器無(wú)法采集到對(duì)的的指紋特性信息時(shí)，或者因電力局限性而指紋識(shí)別模塊無(wú)法正常工作時(shí)，可用密碼來(lái)開(kāi)門(mén)。為確保系安全，密碼開(kāi)門(mén)只供管理員使用，管理員能夠修改密碼。為理解決因引入密碼開(kāi)門(mén)而減少安全性問(wèn)題，本系統(tǒng)用6位密碼。特別是為避免別人惡意試探密碼，當(dāng)持續(xù)三次輸入密碼錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)嚴(yán)禁輸密碼，一小時(shí)后方可輸入密碼,從而減少密碼被破譯的可能。4.瀏覽開(kāi)門(mén)統(tǒng)計(jì)：當(dāng)顧客開(kāi)門(mén)成功后，系統(tǒng)自動(dòng)存儲(chǔ)顧客的ID號(hào)和開(kāi)門(mén)時(shí)間（月份、期、小時(shí)、分鐘）等信息。如果出現(xiàn)盜竊、丟失等意外狀況，管理員能夠很方便地查詢(xún)近來(lái)6次的開(kāi)門(mén)統(tǒng)計(jì)。5.中文菜單和實(shí)對(duì)時(shí)鐘顯示：系統(tǒng)全部采用中文菜單顯示，并能夠設(shè)立和顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘，界面和諧、直觀、便于使用。6.電源自動(dòng)切換：當(dāng)交流供電停止時(shí)，自動(dòng)切換到電池供電：交流電恢復(fù)后，自動(dòng)切換到交流供電。系統(tǒng)性能指標(biāo)經(jīng)測(cè)定本指紋門(mén)禁系統(tǒng)達(dá)成的性能指標(biāo)如表所示。表系統(tǒng)性能指標(biāo)項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)主電源220V交流電源后備電源1節(jié)9號(hào)電池開(kāi)門(mén)時(shí)間<2秒指紋庫(kù)容量184枚登記顧客時(shí)間<2秒刪除顧客時(shí)間<2秒拒真率<%認(rèn)假率<%系統(tǒng)硬件構(gòu)造指紋門(mén)禁系統(tǒng)的硬件重要由微解決器、指紋識(shí)別模塊、液晶顯示模塊、4*4鍵盤(pán)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘／日歷芯片、電控鎖和電源等構(gòu)成[6]。微解決器作為系統(tǒng)的上位機(jī)，控制整個(gè)系統(tǒng)。指紋識(shí)別模塊重要完畢指紋特性的采集、比對(duì)、存儲(chǔ)、刪除等功效。液晶顯示模塊用于顯示開(kāi)門(mén)統(tǒng)計(jì)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和操作提示等信息，和鍵盤(pán)一起構(gòu)成人機(jī)界面。指紋門(mén)禁系統(tǒng)的硬件構(gòu)造如圖所示。4*4鍵盤(pán)的按鍵分布如圖所示，按鍵涉及0-9鍵、刪除鍵、下翻鍵、上翻鍵、擬定鍵、取消鍵和開(kāi)門(mén)鍵。圖指紋門(mén)禁系統(tǒng)硬件構(gòu)造系統(tǒng)軟件構(gòu)造按系統(tǒng)功效，軟件重要由指紋解決模塊、液晶顯示模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊和鍵盤(pán)掃描模塊等構(gòu)成。指紋解決模塊重要負(fù)責(zé)微解決器與指紋識(shí)別模塊之間命令和返回代碼的信息解決；液晶顯示模塊根據(jù)液晶顯示模塊的時(shí)序，編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序，以實(shí)現(xiàn)顯示中文、字符的目的；實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊根據(jù)時(shí)鐘芯片的時(shí)序，編寫(xiě)通訊程序．實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)鐘芯片的讀寫(xiě)操作；鍵盤(pán)掃描模塊就是根據(jù)4*4鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)原理編寫(xiě)鍵盤(pán)程序來(lái)識(shí)別有無(wú)按鍵動(dòng)作和按下鍵的鍵號(hào)。圖鍵盤(pán)的按鍵分布按操作流程，軟件重要由指紋開(kāi)門(mén)程序、指紋管理程序、密碼管理程序和系統(tǒng)設(shè)立程序四部分構(gòu)成。其中指紋管理、密碼管理和系統(tǒng)設(shè)立三部分只有管理員才有此權(quán)限。指紋管理程序由登記指紋模板程序、刪除指紋模板程序、清空指紋模板程序和瀏覽開(kāi)門(mén)統(tǒng)計(jì)程序四部分構(gòu)成；密碼管理程序由密碼修改程序和密碼開(kāi)門(mén)程序兩部分構(gòu)成；系統(tǒng)設(shè)立程序由時(shí)間設(shè)立程序和日期設(shè)立程序兩部分構(gòu)成，其構(gòu)造框圖如圖所示。圖指紋門(mén)禁系統(tǒng)軟件構(gòu)造第三章指紋門(mén)禁系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)SPCE061A單片機(jī)介紹[7][8][9]SPCE061A單片機(jī)的重要性能SPCE061A單片機(jī)是凌陽(yáng)公司推出的一款16位構(gòu)造的微解決器，能夠非常容易地、快速地解決復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)，其重要性能以下：16位微解決器；工作電壓：VDD為～(cpu)，VDDH為～(I/O)；3CPU時(shí)鐘：32768KHz～；內(nèi)置2K字SRAM、內(nèi)置32K字FLASH；2個(gè)10位DAC（數(shù)-模轉(zhuǎn)換）輸出通道；7通道10位ADC（電壓模－數(shù)轉(zhuǎn)換器）和單通道語(yǔ)音模－數(shù)轉(zhuǎn)換器；14個(gè)中斷源；含有異步、同時(shí)串行設(shè)備接口；含有低電壓復(fù)位（LVR）功效和低電壓監(jiān)測(cè)（LVD）功效；內(nèi)置在線仿真電路接口ICE(In－Circuit－Emulator)；含有WatchDog功效。指紋識(shí)別模塊OM-20的管腳闡明及性能指標(biāo)指紋識(shí)別模塊OM-20重要由指紋采集頭和指紋解決板兩部分構(gòu)成，指紋采集頭采用光學(xué)指紋傳感器，指紋解決板由高性能DSP解決器和FLASH等芯片構(gòu)成。自帶DSP解決器的指紋解決模塊根據(jù)顧客的命令來(lái)完畢如指紋的錄入、刪除、比對(duì)等一系列的操作，并將指紋特性值加密后存儲(chǔ)于解決模塊的FLASH中。指紋識(shí)別模塊OM-20管腳闡明及性能指標(biāo)分別如表、表所示。表OM—20管腳闡明引腳功效闡明1系統(tǒng)電源5V2串口數(shù)據(jù)發(fā)送引腳3串口數(shù)據(jù)接受引腳4喚醒引腳5GND表OM—20性能指標(biāo)序號(hào)指標(biāo)項(xiàng)目技術(shù)參數(shù)1系統(tǒng)供電2休眠電流10μA3正常工作電流250mA4峰值電流300mA5指紋錄入時(shí)間<250ms61：1比對(duì)時(shí)間<200ms71：184搜索時(shí)間<2s8指紋數(shù)存儲(chǔ)數(shù)量184枚9認(rèn)假率<%10拒真率<%11外部接口原則RS—232串口SPCE061A單片機(jī)與指紋識(shí)別模塊OM－20的接口電路設(shè)計(jì)SPCE061A單片機(jī)[10]通過(guò)串行口與指紋識(shí)別模塊OM—20通信[11]。SPCE061A單片機(jī)內(nèi)部有一種原則全雙工的通用異步接受器／發(fā)送器UART（UniversalAsynchronousReceiverTransmitter）。UART的接受信號(hào)Rx和發(fā)送信號(hào)Tx分別與IOB7和IOB10共用，屬于B口的特殊功效。由于SPCE061A單片機(jī)串口采用TTL電平，而指紋識(shí)別模塊OM—20串口采用RS232電平，為了實(shí)現(xiàn)兩者之間的通訊必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。RS232原則是美國(guó)電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)正式公布的串行總線原則，RS232串行接口總線合用于設(shè)備之間的通訊距離不不不大于15ｍ，傳輸速率最大為20kBps。RS232采用負(fù)邏輯規(guī)定邏輯電平。TTL電平與RS232電平不同，兩者的邏輯電平比較如表所示。表RS232電平與TTL電平比較電平原則邏輯電平“0”邏輯電平“1”RS232+3V～+15V-3V～-15VTTL><實(shí)現(xiàn)RS232與TTL邏輯電平轉(zhuǎn)換可用分立元件，也可用集成電路芯片?，F(xiàn)在較為廣泛使用的集成電路轉(zhuǎn)換器件，如MC1488、SN75150芯片可完畢TTL電平到RS232電平的轉(zhuǎn)換，而MC1489、SN75154可實(shí)現(xiàn)RS232電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換。圖為SPCE061A單片機(jī)與指紋識(shí)別模塊OM—20的接口電路，MAX232對(duì)電源噪聲很敏感，因此Vcc加1μf去耦電容，電容C1,C2,C3,C4取1μf去耦電容，用于提高抗干擾能力。圖SPCE061A單片機(jī)與指紋識(shí)別模塊OM－20的接口電路設(shè)計(jì)SPCE061A單片機(jī)與液晶顯示模塊SPLC501的接口液晶顯示模塊SPLC501工作電壓為，最大工作電流，并行接口方式，其管腳闡明如表所示[12]。液晶顯示模塊SPLC501由液晶驅(qū)動(dòng)控制器SPLC501、LCD顯示屏和與外部設(shè)備的接口等幾部分構(gòu)成。液晶驅(qū)動(dòng)控制器SPLC501含有65個(gè)行驅(qū)動(dòng)輸出和132個(gè)列驅(qū)動(dòng)輸出[13]，內(nèi)置65×123位顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（DDRAM，DSPLAY,DATA,RAM），事實(shí)上只用到64個(gè)行驅(qū)動(dòng)輸出和128個(gè)列驅(qū)動(dòng)輸出和64×128位DDRAM，DDRAM的每1位數(shù)據(jù)控制液晶屏上一種像素的亮暗狀態(tài)（1：表達(dá)亮，0：表達(dá)暗）。表SPLC501接口端管腳闡明管腳名闡明／CS片選，低有效／RES復(fù)位腳AOP數(shù)據(jù)命令選擇腳R／W對(duì)于8080系列MPU的寫(xiě)信號(hào)對(duì)于6800系列MPU的讀/寫(xiě)信號(hào)EP對(duì)于6800系列MPU的時(shí)鐘信號(hào)使能腳對(duì)于8080系列MPU的讀信號(hào)DB0～DB78位數(shù)據(jù)總線Vcc邏輯電源～5V)Vdd地第四章指紋門(mén)禁系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)指紋解決模塊指紋識(shí)別模塊OM-20通訊合同通訊合同是指紋識(shí)別模塊OM-20與上位機(jī)進(jìn)行信息交換的一組商定和規(guī)則。參考原則7層通訊網(wǎng)絡(luò)模型，針對(duì)指紋識(shí)別模塊OM-20與上位機(jī)信息交互特點(diǎn)，提煉成4層通信模型，如圖所示。圖OM-20四層通信合同模型本合同假定物理層與鏈路層的數(shù)據(jù)傳輸可靠。數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?duì)的性，通過(guò)應(yīng)答包中的校驗(yàn)和反映。上位機(jī)根據(jù)模塊發(fā)來(lái)的應(yīng)答信息，來(lái)確認(rèn)模塊接受以及執(zhí)行指令的狀況。登記指紋模板程序設(shè)計(jì)登記指紋模板就是采集指紋特性并將指紋特性信息存儲(chǔ)到指紋庫(kù)，對(duì)登記的指紋予以對(duì)應(yīng)的ID號(hào)，以方便管理。每錄入一枚指紋，根據(jù)其ID號(hào)修改SPCE061A單片機(jī)FLASH中“占用／空閑”ID位對(duì)應(yīng)的值，表達(dá)該ID號(hào)已經(jīng)占用，登記指紋模板程序流程如圖所示。刪除指紋模板程序設(shè)計(jì)刪除指紋模板就是管理員刪除無(wú)用的指紋模板，即將無(wú)用的指紋特性信息從存儲(chǔ)器中刪除。管理員輸入要?jiǎng)h除指紋的ID號(hào)，確認(rèn)刪除存儲(chǔ)器中對(duì)應(yīng)ID號(hào)的指紋特性信息及ID號(hào)，刪除指紋模板程序流程如圖所示。圖登記指紋模板流程圖圖刪除指紋模板流程圖清空指紋模板程序設(shè)計(jì)清空指紋模板就是管理員刪除全部指紋模板程序流程如圖所示。圖清空指紋模板流程圖系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)主程序的任務(wù)重要是系統(tǒng)初始化、從消息隊(duì)列中獲取消息，轉(zhuǎn)向不同的子程序，系統(tǒng)主程序流程如圖所示。圖系統(tǒng)主程序流程圖指紋開(kāi)門(mén)程序設(shè)計(jì)開(kāi)門(mén)程序的任務(wù)重要是判斷開(kāi)門(mén)者與否有權(quán)開(kāi)門(mén)。首先，SPCE061A單片機(jī)向指紋識(shí)別模塊OM-20發(fā)出指紋比對(duì)的命令，指紋識(shí)別模塊OM-20采集指紋特性并對(duì)開(kāi)門(mén)者的指紋進(jìn)行比對(duì)，如果比對(duì)通過(guò)，則開(kāi)門(mén)；同時(shí)，讀取實(shí)時(shí)時(shí)鐘／日歷芯片DSL302中的月、日、小時(shí)、分鐘信息，將時(shí)間和開(kāi)門(mén)者的ID號(hào)，存入到實(shí)時(shí)時(shí)鐘／日歷芯片DSL302的開(kāi)門(mén)統(tǒng)計(jì)緩沖區(qū)中[14]。如果沒(méi)有通過(guò)，則提示錯(cuò)誤信息。指紋開(kāi)門(mén)程序流程如圖所示[15]。圖指紋開(kāi)門(mén)程序流程圖第五章系統(tǒng)抗干擾方法系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，系統(tǒng)工作的可靠性、安全性在很大程度上取決于抗干擾技術(shù)，形成干擾的基本要素有三個(gè)：1.干擾源：指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號(hào)，如：雷電、繼電器、可控硅、電機(jī)、高頻時(shí)鐘等都可能成為干擾源。2.傳輸途徑：指干擾從干擾源傳輸?shù)矫舾衅骷耐坊蛎浇?，典型的于擾傳輸途徑是通過(guò)導(dǎo)線的傳導(dǎo)和空間的輻射。3.敏感器件；指容易被干擾的對(duì)象，如：A/A、D/A變換器、單片機(jī)、數(shù)字IC等。抗干擾設(shè)計(jì)的基本原則抗干擾設(shè)計(jì)的基本原則[16]是：克制干擾源、切斷干擾傳輸途徑和提高敏感器件的抗干擾性能。1.克制干擾源：克制干擾源就是盡量的減少產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號(hào)，這是抗干擾設(shè)計(jì)中最優(yōu)先考慮和最重要的原則。減小干擾源重要是通過(guò)在干擾源兩端并聯(lián)電容或在干擾源回路串聯(lián)電感或電阻以及增加續(xù)流二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.切斷干擾傳輸途徑：按干擾的傳輸途徑可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩類(lèi)。所謂傳導(dǎo)干擾是指通過(guò)導(dǎo)線傳輸?shù)矫舾衅骷母蓴_。高頻于擾噪聲和有用信號(hào)的頻帶不同，能夠通過(guò)在導(dǎo)線上增加濾波器的辦法切斷高頻干擾噪聲的傳輸，有時(shí)也可加隔離光耦來(lái)解決。所謂輻射干擾是指通過(guò)空間輻射傳輸?shù)矫舾衅骷母蓴_。普通的解決辦法是增加干擾源與敏感器件的距離，用地線把它們隔離和在敏感器件上加蔽罩。3.提高敏感器件的抗干擾性能：提高敏感器件的抗干擾性能是指盡量減少敏感器件對(duì)干擾噪聲的拾取，以及從不正常狀態(tài)盡快恢復(fù)的辦法。系統(tǒng)硬件抗干擾方法本指紋門(mén)禁系統(tǒng)在印刷電路板設(shè)計(jì)過(guò)程中，從尺寸的選擇、元器件的布置、地線布置、電源線布置以及去耦電容的配備等各方面均充足考慮系統(tǒng)可靠性的規(guī)定，采用了以下的抗干擾方法：1.克制干擾源(1)單片機(jī)、指紋識(shí)別模塊等耗能較大芯片的電源端與接地端之間并接μf的獨(dú)石電容，以減少與電源間的耦合作用。(2)高頻電容的布線，連線靠近電源端并盡量粗短。(3)地線盡量加粗，系統(tǒng)中地線普通使用30mil（1mil＝），最粗達(dá)成了100mil。(4)布線時(shí)避免90度折線，減少高頻噪聲發(fā)射。2.切斷干擾傳輸路(1)電路板合理分區(qū)，用地線把數(shù)字區(qū)與模擬區(qū)隔離。(2)給單片機(jī)電源加SPY0029穩(wěn)壓器，給指紋識(shí)別模塊和液晶顯示模塊加降壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源控制器AE2596，以減小電源噪聲對(duì)系統(tǒng)的于擾。(3)晶振與SPCE061A單片機(jī)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DSL302引腳盡量靠近。(4)單片機(jī)和大功率器件（如繼電器）的地線單獨(dú)接地，以減小互相干擾。(5)大功率器件（如繼電器）放在電路板邊沿，與敏感元件（單片機(jī)）遠(yuǎn)離。3.提高敏感器件的抗干擾性能(1)SPCE061A單片機(jī)[7]自帶硬件看門(mén)狗電路?？撮T(mén)狗（WatchDog）在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中是一種最忠實(shí)的可信賴(lài)的硬件，用來(lái)確保系統(tǒng)長(zhǎng)久運(yùn)行。SPCE061A單片機(jī)的看門(mén)狗的去除時(shí)問(wèn)周期為，如果看門(mén)狗的計(jì)數(shù)在固定的時(shí)間間隔內(nèi)被程序指令不停地去除而不產(chǎn)生溢出，表明程序運(yùn)行正常。但若在規(guī)定的時(shí)間間隔里看門(mén)狗的計(jì)數(shù)未被去除而產(chǎn)生溢出，則表達(dá)程序運(yùn)行正常，CPU自動(dòng)使系統(tǒng)復(fù)位解決（相稱(chēng)于硬件復(fù)位）。(2)線路板上除SPCE061A、MAX232、DSL302等芯片考慮到更換外，其它元件均直接焊接，以減少由于接觸不良造成的不可靠現(xiàn)象。系統(tǒng)軟件抗干擾方法為提高系統(tǒng)軟件可靠性，在系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，采用了以下可靠性方法。1．重復(fù)設(shè)立多個(gè)工作方式控制字單片機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，如果受到較強(qiáng)的干擾，系統(tǒng)內(nèi)各芯片的工作方式控制字極易受到破壞，使各輸入/輸出口失去原來(lái)定義的功效，造成系統(tǒng)不能正常工作，針對(duì)這種狀況，在循環(huán)解決程序中定時(shí)地、有條件地對(duì)各方式控制單元進(jìn)行重復(fù)的初始化，這樣方式控制字一旦被破壞，還能夠及時(shí)得到修復(fù)[17]。2．采用軟件陷阱法單片機(jī)最易受干擾的是內(nèi)部程序計(jì)數(shù)器PC的值，在受到強(qiáng)電干擾時(shí)，PC的值會(huì)變化，使CPU誤將程序從對(duì)的位置跳到某些無(wú)意義的區(qū)域內(nèi)執(zhí)行，造成程序運(yùn)行跑飛。在程序模塊間和程序之后增設(shè)由若干個(gè)空操作指令和１條無(wú)條件跳轉(zhuǎn)指令構(gòu)成的陷阱。一旦程序跑飛跌落陷阱，便轉(zhuǎn)入對(duì)應(yīng)的失控解決程序，在進(jìn)行了工作單元的初始化及有關(guān)控制字的設(shè)定后，跳到正常的循環(huán)解決程序中，從而恢復(fù)程序的對(duì)的流程。第六章結(jié)束語(yǔ)本文重要設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種指紋門(mén)禁系統(tǒng)，具體地?cái)⑹隽酥讣y門(mén)禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)辦法，涉及系統(tǒng)功效的擬定、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)抗干擾方法。重要完畢了下列幾個(gè)方面的工作：1．回想和總結(jié)了指紋識(shí)別技術(shù)及其應(yīng)用，對(duì)指紋門(mén)禁系統(tǒng)的可行性進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了指紋門(mén)禁系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。2．配合該實(shí)現(xiàn)方案，調(diào)研并選擇了性?xún)r(jià)比較高的指紋識(shí)別模塊、微解決器、液晶顯示模塊和實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片等。3．結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)方案，進(jìn)行了硬件電路設(shè)計(jì)，并完畢了對(duì)應(yīng)各個(gè)模塊對(duì)應(yīng)程序的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和調(diào)試工作，在調(diào)試的過(guò)程中，根據(jù)出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)硬件和軟件作對(duì)應(yīng)的修改和完善，直至最后定型，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)所規(guī)定的功效。4．考慮系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)原則，最后設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了印刷電路板并進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。總之，本系統(tǒng)基本達(dá)成了預(yù)期目的功效，系統(tǒng)運(yùn)行可靠、操作簡(jiǎn)便，但該系統(tǒng)尚有某些不完善的地方，對(duì)該課題研究的后續(xù)工作能夠從下列幾方面繼續(xù)展開(kāi)：1．運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)門(mén)禁系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，例如主人遠(yuǎn)程授權(quán)開(kāi)門(mén)，遠(yuǎn)程監(jiān)控門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，這將使系統(tǒng)更加便捷。2．指紋門(mén)禁系統(tǒng)的人機(jī)界面須進(jìn)一步提高。將中文輸入法設(shè)計(jì)進(jìn)去，用使用者的名字替代ID號(hào)，省去ID號(hào)對(duì)應(yīng)顧客名字這樣一種過(guò)程，使用起來(lái)更加便捷。系統(tǒng)提示信息用中英文顯示，以滿(mǎn)足不同使用者的需求。在后來(lái)的學(xué)習(xí)工作中，我將繼續(xù)開(kāi)展這方面的工作，使指紋門(mén)禁系統(tǒng)更加完善。