毕业设计（论文）-指纹门禁系统的研究.doc

河南城建学院本科毕业设计（论文） 绪论摘要随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，家庭防盗这一问题也变的尤其突出，而且由于传统的机械锁构造简单、安全性能低、钥匙易于被复制，难以形成有效的保护，而指纹具有唯一性、稳定性、随身性、便于采集等优点，这使得指纹识别技术优于其他识别技术，这使得指纹取代钥匙成为锁具发展的必然趋势。针对目前机械锁所存在的安全问题，本文结合指纹识别技术和嵌入式技术，并运用单片机STC89C51微处理器，设计并实现一种门禁系统。本温首先分析了指纹识别系统的背景及意义，其次对指纹识别技术进行了概述，最后介绍了系统的设计及测试结果。该系统硬件主要由微处理器、指纹识别模块、液晶显示模块和电源等组成，并通过软件实现对指纹处理程序模块和液晶显示程序模块的控制。最终通过实验显示能得到这种比较安全的可应用的门禁系统。关键字：指纹识别；STC89C51；系统软硬件设计；系统测试 I河南城建学院本科毕业设计（论文） 绪论AbstractWith the development of science and technologyandthe improvement of peoples living standards,familysecurity issues that have becomeparticularly prominent,butbecause of the traditionalmechanical lockhas the advantages of simple structure,low safety performance,the keyis easy to copy,it is difficult to form an effectiveprotection,and thefingerprint is unique,stability,portability,convenient collectionetc.this makes thefingerprint recognition technologyis superior to otheridentification technology,which makes thefingerprintto replace the keyhas become the inevitable trend ofthe development ofthe lock.In view ofthe current security problemsexisted in themechanical lock,this combination offingerprint recognitiontechnology and embedded technology,andthe use of single-chip STC89C51microprocessor,the design and implementation ofanaccess control system.Thetemperatureat firstanalyzes the background and significanceof the fingerprint identification system,thensummarizes thefingerprint recognition technology,finally introduced the systemdesign and test results.The system consists ofa microprocessor,a fingerprint identification module,liquid crystal display moduleand power supply,andcontrol of thefingerprint processingprogram module andliquid crystal displaymoduleis realized by software.Finally getthe safeaccess control systemcan be usedtoshow through experiments.Keywords:fingerprint identification;STC89C51system;hardware design;testsystemI河南城建学院本科毕业设计（论文） 绪论目 录摘要IAbstractII1 绪论11.1课题的研究背景及意义11.2研究内容22 指纹识别技术32.1 指纹识别技术概述32.2 指纹识别技术算法及应用32.2.1 指纹识别算法32.2.2 指纹识别技术的应用52.2.3指纹识别发展趋势63 指纹门禁系统的系统设计73.1硬件设计73.1.1微处理器控制模块73.1.2指纹识别模块93.1.3液晶显示模块和电磁锁控制模块103.1.4电源控制模块113.1.5 ISP下载接口113.1.6同步异步串行通讯123.2 软件设计123.2.1系统实现的过程133.2.2指纹识别模块流程164 系统测试及分析185总结与展望215.1总结215.2展望21参考文献22致谢23附录A24附录B33I全套设计加扣 30122505821 绪论 1.1课题的研究背景及意义随着科学技术的发展，传统的机械锁其构造的简单，安全性能低，被撬的事件屡见不鲜，而且钥匙易于被复制，难以形成有效的保护，使如何加强家庭防盗这一问题变的尤其突出。为解决目前的问题,锁具发展到密码锁、磁性锁、电子锁、激光锁、声控锁等等。在传统钥匙的基础上，加了一组或多组密码，不同图像，不同声音，不同磁场，不同声波不同光束光波（如指纹、眼底视网膜等）来控制锁的开启1 。结合市场的需求、科学技术的发展及设计的复杂成度，指纹锁具成为社会发展的一种新技术。指纹门禁系统通过将用户的指纹特征与指纹特征数据库中的数据进行对比实现用户身份的鉴别，并不直接保存和使用用户的指纹图像信息，不会侵犯到用户的隐私信息，是当前技术最先进、应用最广泛的门禁系统2。对生物识别(指纹识别)技术来说，被广泛应用意味着它能在影响亿万人的日常生活的各个地方使用。通过取代个人识别码和口令，生物识别（指纹识别）技术可以阻止非授权“访问”，可以防止盗用ATM、蜂窝电话、智能卡、桌面PC、工作站及其计算机网络13；在通过电话、网络进行的金融交易时进行身份认证3；在建筑物或工作场所生物识别技术（指纹识别）可以取代钥匙、证件、图章等。生物识别尤其是指纹识别技术的飞速发展及其广泛应用将开创个人身份鉴别的新时代。指纹所具有的唯一性、不变性、易于获取、分类存储有规律等特性使其成为生物鉴定学中最为成熟的方式。目前，全球范围已建立了指纹数据库和鉴定机构，而且在国内外几十年的研究与应用中，其有关芯片模块的开发已达到了技术成熟、识别率高和价格低廉的要求4。国外方面，美国、日本早已研制和生产出多种指纹自动识别设备并投入使用，比如美国SECOM、日本嘉士通、松树株式会社等公司开发的指纹锁和指纹认证装置14。国内率先进入这一领域的高校是清华大学，在90年代中期开发出了指纹IC卡，其后又有广东粤安集团、浙江中正、北大高科等高科技集团纷纷进入该领域4。结合国内外指纹识别技术的研究针对目前机械锁所存在的安全问题，本文结合指纹识别技术和嵌入式技术，基于单片机STC89C52微处理器，设计并实现一种门禁系统。该系统运行流畅、操作简单、使用方便、价格低廉能够满足普通家庭用户的需要，还满足了用户对门禁系统的安全性、先进性和稳定性的要求，因此具有广阔的市场发展前景。 1.2研究内容本文通过研究并分析单片机技术及指纹识别技术，设计并实现了指纹门禁系统，本系统主要从两个方面研究：硬件设计及软件实现。其硬件设计主要包括由微处理器模块、指纹识别模块、液晶显示模块和电源管理模块等组成。然后在STC-ISP 下载软件和keil软件平台之上实现了微处理器对指纹模块的处理（即录入、存储、删除和识别）、对电源的控制、信息显示、继电器开锁和指示灯的提示等功能。本文研究的内容主要包括：指纹门禁系统的现状、介绍指纹识别技术、单片机处理器的研究以及如何基于单片机STC89C51和指纹识别技术设计并实现一个简单、适用、安全的指纹门禁系统。2全套设计加扣 30122505822 指纹识别技术2.1 指纹识别技术概述每个人包括指纹在内的皮肤纹路在图案、断点和交叉点上各不相同，呈现唯一性且终生不变5。据此，我们就可以把一个人同他的指纹对应起来，通过将他的指纹和预先保存的指纹数据进行比较，就可以验证它的真实身份，这就是指纹识别技术10。目前有很多的生物测定技术可用于身份认证，包括虹膜识别技术、视网膜识别技术面部识别、签名识别、声音识别技术、指纹识别等，具有安全、可靠的特点，其中自动指纹识别系统是目前研究最多、最有应用前景的生物识别系统19。指纹识别技术的应用十分广泛，指纹因具有终生不变性及稳定性,而且不同人指纹相同的概率几乎为零,因此指纹自动识别系统被广泛应用于案例分析、商业活动中的身份鉴别等领域5。指纹识别技术的发展得益于现代电子集成制造技术的进步和快速可靠的算法的研究5。已经开始走入我们的日常生活，成为目前生物检测学中研究最深入，应用最广泛，发展最成熟的技术。此技术主要涉及四个功能：读取指纹图象、提取特征、保存指纹和验证。其基本原理是通过指纹读取器读取到人体指纹的图象，然后对录入原始图象进行初步的处理，使之更清晰。接下来，指纹辨识软件建立指纹的数字表示特征数据，然后通过计算机模糊比较的方法，把两个指纹的模板进行比较，计算出它们的相似程度，最终得到两个指纹的匹配结果2。本文主要通过信号处理芯片DSP芯片(FM-180)来完成指纹门禁系统的指纹识别模块。并有指纹识别技术是比较成熟的技术，有比较成熟的算法来完成指纹识别，同时指纹识别是目前比较安全的技术，不同的人指纹都有不同的特征，因此指纹门禁系统的设计比较满足市场的需求。2.2 指纹识别技术算法及应用2.2.1 指纹识别算法（1）指纹图象预处理在指纹识别过程中，输入的指纹图像由于各种原因的影响，是一幅含噪声较多的灰度图像，预处理的目的就是去除图像中的噪声，使图像画面清晰，边缘明显，把它变成一幅清晰的点线图，以便于提取正确的指纹特征。指纹图像预处理环节在整个指纹识别系统中具有重要的地位和作用，它的好坏直接影响着指纹识别的效果6。预处理一般分为四步进行：图像分割、图像滤波、二值化和细化6。首先，对图像进行分割。由于有的原始图像跟其背景区域相混合，在背景和指纹图像之间存在一道白色区域，所以需要对原始指纹图像进行背景分离，消除最外面的边框。我们可以根据灰度的大小对图像进行初步处理，得到初步处理然后对指纹图像进行归一化及分割处理，消除剩下的背景区域7。其次，指纹预处理过程中最重要的一步就是对指纹图像进行滤波去噪，它是指纹图像预处理需要解决的核心问题。图像滤波的目的是在增强脊线谷线结构对比度的同时抑制噪声，连接断裂的脊线和分离粘连的脊线，按特定的需要突出一幅图像中的某些信息，同时削弱或去除某些不需要的信息8。再次，图像经滤波处理后，其中的纹线(脊)部分得到了增强，不过脊的强度并不完全相同，表现为灰度值的差异。二值化的目的就是使脊的灰度值趋向一致，使整幅图像简化为二元信息在指纹识别中，一方面对图像信息进行了压缩，保留了纹线的主要信息，节约了存储空间，另一方面还可以去除大量的粘连，为指纹特征的提取和匹配作准备9。最后，指纹图像二值化后，纹线仍具有一定的宽度，而指纹识别只对纹线的走向感兴趣，不关心它的粗细。细化的目的是为了删除指纹纹线的边缘像素，使之只有一个像素宽度，减少冗余的信息，突出指纹纹线的主要特征，从而便于后面的特征提取。细化时应保证纹线的连接性，方向性和特征点不变，还应保持纹线的中心基本不变。（2）特征提取目前的指纹识别普遍采用的指纹特征是细节点（minutiae），分为端点和分叉点。指纹的特征可以反映不同的指纹相互之间相似的程度。指纹的特征信息很多。这些所有的指纹特征信息构成了庞大的指纹特征集合。一组好的特征不仅要能达到身份识别的基本要求，而且对噪声、畸变和环境条件不敏感15。原始指纹图像经预处理后得到的是一幅细化的二值图像，下一步要做的工作就是对细化后的图像进行特征提取，得到可以识别不同指纹的关键特征16。特征提取把指纹图像的纹线走向，纹线端点、交叉点等能充分表示该指纹唯一性的特征用数值的形式表达出来。为了比对的准确性，要求特征提取算法尽可能多地提取有效特征，同时滤除由各种原因造成的虚假特征。一般在指纹识别技术中只使用两种细节特征点：端点和分叉点，其他类型特征点出现的机率很小，这两类特征点在指纹中出现的机会最多、最稳定，比较容易获取。如何准确高效的提取指纹特征是指纹细节特征提取要开展的工作，或者说是采取什么样的步骤和方法，是后面指纹匹配工作的基础10。（3）指纹匹配特征匹配主要是细节特征的匹配，将新输入指纹的细节特征值与指纹库中所存指纹的细节特征值进行比对，找出最相似的指纹作为识别的输出结果，也就是所说的指纹验证识别过程，它是指纹识别系统的最终目的。由于各种因素的影响，同一指纹两次输入所得的特征模板很可能不同12。因此，只要有输入指纹的特征模板与所存储的模板相似时，就说这两个指纹匹配10。于是产生了有关衡量标准的问题。通常，匹配结果用“匹配度”来表示。当匹配度大于某一阈值时，认为两指纹匹配；相反，当小于该阈值时，认为不匹配。阈值大小通常根据经验等因素人为设定。本文结合以上算法对指纹图像进行处理。2.2.2 指纹识别技术的应用作为生物识别技术中应用最广泛、价格最低廉的识别技术之一，指纹识别技术在2012年保持着良好的发展态势，预计未来几年指纹识别市场将会持续保持稳定的增长速度。目前指纹识别技术主要应用在企业考勤和智能小区门禁系统中，随着技术的成熟和成本的降低，指纹识别技术的应用领域也越来越广泛。1、企业考勤仍占主导考勤是现代企业管理的基础，也是衡量企业管理水平的重要标志。基于指纹识别的企业员工考勤系统能够彻底解决传统打卡钟、IC卡考勤方式所出现的代打卡问题,保证考勤数据的真实性,真正体现公开、公平和公正,因此能进一步提高企业管理的效率和水平。并且，由于指纹识别产品是目前最方便、可靠和价格最便宜的生物识别产品因而成为大多数中小企业考勤的首选。目前中国市场指纹考勤产品的销售数量就占据了整体生物识别产品销量的40%以上，高居榜首。2、智能小区成为普及热点由于智能小区在设计选型时要从功能、性能、成本等多方面进行综合考虑，因此，通常会选用技术发展较成熟、可靠性高、并且性价比较好的产品。指纹识别技术在众多生物识别技术中发展最为成熟，性能稳定，且成本较低，特别适合在智能小区中进行推广和普及。指纹识别技术在智能小区中的应用主要体现在实现小区居民在社区中进行停车收费、超市购物、图书借阅、楼宇出入等日常活动项目。有效解决居民使用证件繁多容易丢失，给生活带来很多不便的矛盾，并提升了社区的管理水平，促进管理手段现代化。如今指纹识别技术已经在智能小区中得到广泛应用，并向着更加广大的民用市场迈进。3、指纹锁市场发展迅猛把指纹识别技术应用于传统的门锁之中，是生物识别技术从专业市场走向民用市场的不二之选。指纹锁产品的出现宣告了新一代门锁时代的来临，指纹锁将会逐渐改变人类以往使用钥匙开门的生活方式。指纹锁的便捷、安全、低成本特性将会带来非常乐观的市场前景，新一轮门锁竞争将促使指纹锁市场迅猛向前发展。4、多元化应用遍地开花除了在企业考勤和智能小区中的应用外，目前，指纹识别技术在司法领域、金融领域等大型的公共项目中也有着非常广泛的应用。除此之外，指纹识别技术还被创新应用到护照、签证、身份证等十分重要的管理系统中，承担着基于大规模数据库的自动身份识别功能。2.2.3指纹识别发展趋势指纹识别技术的发展得益于现代电子集成制造技术和快速可靠的算法的研究。尽管指纹只是人体皮肤的一小部分，但用于识别的数据量相当大，对这些数据进行比对也不是简单的相等与不相等的问题，而是使用需要进行大量运算的模糊匹配算法。现代电子集成制造技术使得我们可以制造相当小的指纹图象读取设备，同时飞速发展的个人计算机运算速度提供了在微机甚至单片机上可以进行两个指纹的比对运算的可能。另外，匹配算法可靠性也不断提高，指纹识别技术己经非常实用。 指纹识别技术可以通过几种方法应用到许多方面。通过使用指纹验证来取代各个计算机应用程序的密码就是最为典型的实例。可以想象如果计算机上的所有系统和应用程序都可以使用指纹验证的话，人们使用计算机就会非常方便和安全，用户不再讨厌必要的安全性检查，而IT开发商的售后服务工作也会减轻许多。把指纹识别技术同IC卡结合起来，是目前最有前景的一个方向之一。该技术把卡的主人的指纹（加密后）存储在IC卡上，并在IC卡的读卡机上加装指纹识别系统，当读卡机阅读卡上的信息时，一并读入持卡者的指纹，通过比对卡上的指纹与持卡者的指纹就可以确认持卡者是否是卡的真正主人，从而进行下一步的交易。在更加严格的场合，还可以进一步同后端主机系统数据库上的指纹作比较。指纹IC卡可以广泛地运用于许多行业中，例如取代现行的ATM卡、制造防伪证件（签证或护照、公费医疗卡、会员卡、借书卡等）。目前ATM提款机加装指纹识别功能在美国已经开始使用。持卡人可以取消密码（避免老人和孩子记忆密码的困难）或者仍旧保留密码，在操作上按指纹与密码的时间差不多。目前，指纹识别主要应用在考勤、门禁、保险箱柜等领域，相信，随着指纹识别技术的完善，还会广泛的应用在身份证，机动车，家居等更多的领域。7河南城建学院本科毕业设计（论文） 指纹门禁系统的系统设计17全套设计加扣 30122505823 指纹门禁系统的系统设计3.1硬件设计根据系统的设计要求，本文应将设计主要包括微处理器模块、液晶显示模块、电子锁具的控制模块、指纹识别模块以及电源模块。其中图3-1门禁系统为硬件设计模块图，图3-2为功能介绍图。图3.1门禁系统硬件设计模块图图3.2功能介绍图3.1.1微处理器控制模块微处理器模块是系统设计的核心模块，此模块通过软硬件来控制整个门禁系统进行工作。基于本系统的需求，本文微处理器采用由STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器STC89C52芯片，具有 8K 在系统可编程Flash存储器，经典的MCS-51内核，具有传统51单片机不具备的功能，同时拥有灵巧的8 位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。微控制器STC89C52芯片还具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM， MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。引脚结构图如图3-3主要引脚功能概述：（1）P0口：为8位准双向I/O接口，它的每一位都可以分别定义为输入线或输出线（作为输入时，口锁存器必须置1），可启动4个TTL负载；（2）P1口：为8位准双向I/O接口，它的每一位都可以分别定义为输入线或输出线（作为输入时，口锁存器必须置1），可启动4个TTL负载；（3）P2口：为8位准双向I/O接口，当它作为I/O接口使用时，可直接连接外部I/O设备；在接有片外存储器或扩展I/O且寻址范围超过256字节时，P2口可用做高8位的地址总线。（3）P3口：为8位准双向I/O接口，还可以将每一位用于第二功能，第二功能的定义见表3-1.XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。图3.3引脚结构图表3.1 STC89C52 P3口的第二功能端口功能第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输入口）P3.2（外中断0）P3.3（外中断1）P3.4T0（定时/计数器0）P3.5T0（定时/计数器1）P3.6（外部数据存储器写）选）通）P3.7（外部数据存储器读）选）通）3.1.2指纹识别模块结合目前指纹识别技术，本文采用比较成熟的FM-180指纹识别模块，FM-180亮背景光学头指纹识别设备采用光学指纹传感器，由高性能DSP处理器和FLASH、CMOS芯片等芯片构成，具有指纹图像处理、模板提取、模板匹配、指纹搜索和模板存储等项功能。CMOS芯片主要是对指纹进行“照相”，生成指纹特征，录入两次这样的指纹特征就能生成一个指纹模板。具体的工作过程是：扫描指纹（录入图像）、生成特征、合成模板（建立一个指纹库文件，成功录入一个指纹）。此模块与微处理器进行通信通过UART接口。其中指纹识别模块电路连接图如下图3-4。指纹识别模块通过指纹传感器，收集指纹信息存放到FLASH存储器中，指纹数据通过断输入的指纹特征是否与FLASH存储器中存储的指纹信息特征相同，如果相同者启动电磁锁继电器进行开锁，如果三次输入不同将会把锁具进行锁闭，进而起到安全保护作用。指纹模块电路如下所示:图3.4指纹模块电路连接图3.1.3液晶显示模块和电磁锁控制模块液晶显示模块是为了便于用户了解当前的锁具信息，当首次使用锁具时，需要先对用户的指纹信息进行输入保存，输入信息要求每次输入两次，然后进行比较，如果相同进行保存作为以后开锁的凭据，如果不同重新输入。通过这种方法可以把家庭成员进行用户添加，不用钥匙，同时永远不会因为钥匙丢了，或忘了带钥匙而不能进入房间。同时，不是用户成员就无法破门而入。安全效果极好。本文的电磁锁控制模块是通过控制电磁继电器来控制锁具得开闭。其中电磁继电器的控制有微处理器软件控制来完成。本设所用的液晶显示屏为LCD1602，字符型显示就是根据需要显示基本字符，和传统的数码管显示器件相比较的话，它在体积、功耗、显示内容等有比较大的优势，并且最大的特点是不再需要外加驱动电路，是目前在单片机系统之中应用最为广泛的显示器件。可连接 16 脚兼容的液晶，比如图形点阵 LCD12232 等。1、2 两引脚是电源，1 负 2 正，工作电压 5V。3 脚是对比度控制，由可调电阻 RW2 调节 3 脚对地电阻值改变对比度。4-6 是控制引脚 RS、R/W 和 E，接 P10-P12。7-14 引脚是并行数据总线接 P0 口，这与数码管是共用脚。 （显示设备有一种就可以了，所以共用此接口，使用 LCD 时请将 JSM 断开，关闭数码管电路以减少电流对 P0 口的影响。）15、16 引脚是背光灯电源，15 正 16 负，工作电压 5V。其电路图如下：图3.5LCD显示屏电路图3.1.4电源控制模块电源部份采用两种输入接口（如下图3-6） 。1、 外电源供电，采用 2.1 电源座，可接入电源 DC5V，经单向保护 D1 接入开关 S1。2、 USB 供电，USB 供电口输入电源也经 D1 单向保护，送到开关 S1。（注：两路电源输入是并连的，因此只选择一路就可以了，以免出问题。S1 为板子工作电源开关，按下后接通电源，提供 VCC 给板子各功能电路。电路采用两个滤波电容，给板子一个更加稳定的工作电源。LED 为电源的指示灯，通电后 LED 灯亮。）图3.6 电源电路3.1.5 ISP下载接口ISP 是一种串行下载接口， AT89S 或 AVR 单片机可使用此接口通过下载器烧写程序， 接口比较简单，除电源外一条复位线和三条数据线直接连接 P1 相应接口。在使用 USB-ISP 下载器时，这里的 VCC 可由 USB-ISP 下载器供给，这时板子可不接外电源，但要注意一点，USB 电量有限，做扩展外围电路时负载不能过大，否则加外电源。图3-7为其电路图。图3.7 ISP接口电路图3.1.6同步异步串行通讯单片机的同步异步串行通信接口是 P3.0 和 P3.1，接口输出的是 TTL 电平。因 TTL 电平的通讯距离有限，因此就出现了 RS232 接口，此接口通讯距离大大提升。那么要使 TTL 电平转为 RS232电平，就必需通过电平转换电路，部份电路使用分立元件构成，现大部份使用 MAX232 芯片。电脑上的 COM 口就是 RS232 接口了，STC 单片机也是通过此 COM 口烧写程序的。如下图3-8：电路中的 MAX232 电平转换 IC 外接四个电容，有电压泵的作用，可以将输出电位差拉高，与接口 RS232 电平相符合。C35 是电源滤波电容，可有可无，这里只起到稳定电源的作用。双机通讯也可通过此接口，可大大加长连接距离。注意：10 脚和 9 脚不是直接连接到单片机的 P31 和 P30，而是在 P3 口位置设置了一个可断开的插针连接，记得两个短接帽是否接上。图3.8串行口通信电平转换3.2 软件设计 门禁系统软件设计的重点是单片机控制指纹识别模块来打开电磁锁。有硬件设计模块可知，指纹识别模块与单片机的通信是通过UART接口，而数据格式的定义及各种命令功能是在keil软件平台上实现。软件的实现过程指纹录入过程：指纹采集仪将采集到指纹通过串口发送给微处理器然，微处理器讲采集到指纹进行处理最终存储在内存中；指纹识别：将需要识别指纹通过指纹采集仪传送给微处理器，与已经录入的指纹进行指纹匹配，若匹配成功，则绿灯亮一下同时继电器开启，蜂鸣器响一次，然后继电器关闭。若匹配不成功即该指纹不存在指纹库中，则绿灯不亮，继电器不开启同时蜂鸣器响两次，纹识别仪一直闪烁。达到识别的目的；指纹删除：录入指纹过多或需重新采集指纹时，由于微处理内存有限需删除原有指纹，通过删除按钮将删除命令发送给微处理器，执行并完成删除操作。本系统的实现重点是开机检测及指纹模板的生产及识别。3.2.1系统实现的过程系统实现的过程如下：（1）开机检测开机的时候进行模块握手，从而判断模块是不是连接正常。命令如下: 验证口令 PS_VfyPwd功能说明：验证模块握手口令表3.2指令包格式2 bytes4 bytes 1 byte2 bytes1 byte4 bytes2 bytes包头芯片地址包标识包长度指令码口令校验和0xEF01xxxx01H07H13HPassWord sum注：输入参数：PassWord，返回参数：确认字，指令代码：13H表3.3应答包格式2 bytes4 bytes1 byte2 bytes1 byte2 bytes包头 芯片地址包标识包长度确认码校验和0Xef01 xxxx07H03HxxHsum注：确认码=00H 表示口令验证正确；确认码=01H 表示收包有错；确认码=13H 表示口令不正确；sum指校验和；（2）指纹模板的生成 生成指纹模板需要进行如下四个个命令：录入图像、生成特征、合成指纹模板、存储指纹模板。（a）录入图像 PS_GetImage功能说明：探测手指，探测到后录入指纹图像存于ImageBuffer。返回确认码表示：录入成功、无手指等。表3.4指令格式2 bytes4 bytes1 byte2 bytes1 byte2 bytes包头芯片地址包标识包长度指令码校验和0xEF01xxxx01H03H01H05H注：输入参数：none，返回参数：确认字，指令代码：01H。（b）生成特征 PS_GenChar 功能说明： 将ImageBuffer中的原始图像生成指纹特征文件存于CharBuffer1或CharBuffer2。表3.5指令包格式2 bytes4 bytes1 byte2 bytes1 byte1 byte2bytes包头芯片地址包标识包长度指令码缓冲区号校验和0xEF01xxxx01H04H02HBufferIDsum注：输入参数：BufferID（特征缓冲区号），返回参数：确认字，指令代码：02H；缓冲区CharBuffer1、CharBuffer2的BufferID分别为1h和2h，如果指定其他值，按照CharBuffer2处理。表3.6应答包格式2 bytes4 bytes1 byte2 bytes1 byte2 bytes包头芯片地址包标识包长度确认码校验和0xEF01xxxx07H 03H xxH sum注：确认码=00H 表示生成特征成功：确认码=01H 表示收包有错：确认码=06H 表示指纹图像太乱而生不成特征：确认码=07H 表示指纹图像正常，但特征点太少而生不成特征：确认码=15H 表示图像缓冲区内没有有效原始图而生不成图像：（3）合并特征（生成模板） PS_RegModel 功能说明：将CharBuffer1与CharBuffer2中的特征文件合并生成模板，结果存于CharBuffer1与CharBuffer表3.7 指令包格式2 bytes4 bytes1 byte2 bytes1 byte2 bytes包头芯片地址包标识包长度指令码校验和0xEF01xxxx01H 03HxxH sum注：输入参数：none，返回参数：确认字，指令代码：05H表3.8 应答包格式2 bytes4 bytes1 byte2 bytes1 byte2 bytes包头芯片地址包标识包长度确认码校验和0xEF01xxxx07H03H xxH sum注：确认码=00H 表示合并成功；确认码=01H 表示收包有错；确认码=0aH 表示合并失败（两枚指纹不属于同一手指）；sum指校验和。（4）储存模板 PS_StoreChar功能说明：将CharBuffer1或CharBuffer2中的模板文件存到PageID号flash数据库位置。表3.9指令包格式2bytes 4bytes1byte2bytes1byte 1byte2bytes2bytes包头芯片地址包标识包长度指令码缓冲区号位置号校验和0xEF01xxxx01H06H06HBufferIDPageIDsum注：缓冲区CharBuffer1、CharBuffer2的BufferID分别为1h和2h；输入参数：BufferID（缓存区号），PageID（指纹库位置号)；返回参数：确认字；指令代码：06H表3.10应答包格式2 bytes4 bytes1 byte2 bytes1 byte2 bytes包头芯片地址包标识包长度确认码校验和0xEF01xxxx07H 03HxxHsum注：确认码=00H 表示储存成功；确认码=01H 表示收包有错；确认码=0Bh 表示PageID超出指纹库范围；确认码=18H 表示写FLASH出错；sum指校验和经过以上四个步骤与命令，我们就录入了一个指纹，重复以上步骤，我们可以再录入其它指纹。（5）指纹识别模板指纹识别是先转换到识别模式，然后不断的探测是不是有指纹出现在光学采集头上。如果有则扫描指纹，与库里面的指纹进行比对，如果是就读出是几号指纹。模块会自动探测是不是有指纹，如果有则发送下面的命令：搜索指纹PS_Search。 功能说明：以CharBuffer1或CharBuffer2的特征文件搜索整个或部分指纹库。若搜索到则返回页码。表3.11 指令包格式2byts 4bytes1byte2bytes1byte 1byte2bytes2bytes包头芯片地址包标识包长度指令码缓冲区号参数校验和0xEF01xxxx01H08H04HBufferIDPageNumsum注：缓冲区CharBuffer1、CharBuffer2的BufferID分别为1h和2h；输入参数：BufferID，StartPage（起始页)，PageNum（页数）；返回参数：确认字，页码（相配指纹模块）；指令代码：04H表3.12应答包格式2bytes4bytes1byte2bytes1byte2bytes2bytes2bytes包头芯片地址包标识包长度确认码页码得分校验和0xEF01xxxx 07H 07HxxHPageIDMatchScoresum注：确认码=00H：表示储存成功；确认码=01H ：表示收包有错；确认码=0Bh：表示PageID超出指纹库范围；确认码=18H：表示写FLASH出错；sum指校验和；如果搜索到就返回相应的指纹号，如果没有就会返回0。上述过程是对我们指纹识别的一个数据通信的指令格式的一个表述，通过上面的介绍我们可以更好的软件设计与检测。3.2.2指纹识别模块流程指纹模块流程图介绍：开始先输入验证口令PassWord进入工作状态，录入图像PS_GetImage，等待接受应答包后读取到图像，将指纹图像存于ImageBuffer中。录入成功后，生成特征指令PS_GenChar 参数BufferID-1,开始等待接受指令包。接收成功后绿灯闪烁一次后再次录入指纹图像，生成特征指令PS_GenChar 参数BufferID-2，等待接受第二个应答包，成功后绿灯再次闪烁，指纹录入到此结束。开始生成模板指令PS_RegModel，等待接收应答包，接收成功后发生成特征指令PS_StoreChar参数BufferID-2，等待接收应答，得到成功指示后结束操作。流程图3-9如下图3.9指纹模块流程图19河南城建学院本科毕业设计（论文） 系统测试及分析4 系统测试及分析本文通过重点设计是指纹识别模块，在指纹识别模块设计中重点是指纹信息的存储及识别，通过指纹特征的识别来进行锁具的安全设计。对于指纹识别主要包括指纹的录入、指纹识别、指纹删除等功能。其具体是实体实现过程如下。（1） 指纹录入： 先进行录入模式，指纹录入模式灯亮起。然后按一下录入指纹，灯会闪烁，录入成功一次，蜂鸣器响一次，这时候拿开手指，1秒放入同一个手指，会再录入一次，如果两次都成功，就成功录入了一个指纹。蜂鸣器会响两次，同时显示录入指纹成功。如果不成功就会显示录入失败。录入完成后，可以进入识别模式，或者接着录入下一个指纹。录入完成，按一次指纹转换，进入指纹识别开锁模式。图4.1指纹录入模式图图4.2指纹录入成功图（2） 指纹识别： 先有录入模式切换到指纹识别模式，指纹识别模式灯亮起。按一下输入指纹。进行指纹匹配，若匹配成功，则绿灯亮一下同时继电器开启，蜂鸣器响一次，然后继电器关闭。若匹配不成功即该指纹不存在指纹库中，则绿灯不亮，继电器不开启同时蜂鸣器响两次，纹识别仪一直闪烁。图4.3指纹匹配成功模式图图4.4指纹匹配不成功模式图（3） 删除指纹：将指纹录入模式或指纹识别模式直接切换到初始化模式，删除已存入的指纹，进入录入模式提示下一操作，可进行指纹更新。图4.5删除指纹模式图225总结与展望5.1总结本文针对传统机械锁具存在的不安全问题，结合电子技术及单片机技术的应用，利用比较成熟的指纹识别技术，设计并实现了一种指纹识别电子锁。通过实验显示，本文所设计的锁具设计简单，应用方便，通过多次实验表明，本文所设计的锁具基本上能满足门禁系统的需求，从成本及技术上来讲都能适应市场的需求，应用到一般的门禁系统之上。但系统还存在不足之处。5.2展望以后我们还可以从以下几个方面继续展开工作：解决本系统开发板的电压问题，将继电器换成更加可靠成熟的电子锁；对系统软件和开发板进行改进以进一步实现时钟模块和密码输入模块；利用网络技术提高门禁系统的安全措施，例如指纹锁遭到破坏时可以实现远程报警。在今后学习中我们将进一步研究这项工作，以达到更高的目标。河南城建学院本科毕业设计（论文） 系统测试及分析I河南城建学院本科毕业设计（论文） 系统测试及分析I河南城建学院本科毕业设计（论文） 附录A参考文献 1 黄利平.智能密码锁控制系统的设计.J.珠海市高级技工学校.20122 指纹识别算法的matlab实现-道客巴巴 /link?url=sCSpK 3 丁瑞涛.基于指纹识别的实验室管理系统4 徐斌；时春蕾.指纹识别B/S结构金融储蓄网络系统.J. 武汉大学电气工程学院.20045 蒋帅;周颖颖;李扬.基于校园卡的指纹识别系统研究.J. 中小企业管理与科技.20126 刘怀泉.自动指纹识别系统研究.M.山东大学.20057 /link?url=dLIup8 张新淼.基于改进的Gabor滤波器组指纹图像识别的研究与实现.J. 天津师范大学.20099 于文辉.银行指纹识别系统的设计与实现.J.大连理工大学.200510 刘兴龙.自动指纹识别系统的研究与实现.J.贵州大学.200611王波涛，蔡安妮，孙景鳖指纹图像识别技术及其应用J计算机工程与应用，200112/link?url=Tm1rb 13王超峰.基于指纹识别的实验室管理系统设计.J.长春理工大学学报.201314 蒋莉.指纹模糊识别技术的研究与实现.J. 武汉理工大学.200615聂鹏.浅析指纹识别技术J.计算机安全.201016刘木生.基于pki和指纹识别技术的身份认证技术研究和设计.J.中国科学技术大学.200317R308光学指纹识别模块用户手册 .杭州城章科技有限公司18 何金枝.基于单片机的GSM远程温度控制器设计.J.制造业自动化.201219 周克林.基于DSP的指纹识别门禁系统设计.J.陕西科技大学学报.200920马家辰，孙玉德，张颖MCS-51单片机原理及接口技术J哈尔滨工业大学出版社，199821 胡汉才.单片机原理及其接口技术M.北京:清华大学出版,199622 何立民.单片机应用系统设计M.北京：北京航空航天大学出版社，199023 陈粤初.单片机应用系统设计与实践M.北京：北京航空航天大学出版社199124 胡汉才.单片机原理及其接口技术M.北京:清华大学出版,199625河南城建学院本科毕业设计（论文） 附录A致谢经过近几个月的忙碌，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。课程设计是大学生活中的一个实践环节，它培养大学生综合运用所学知识和专业技能、理论联系实际、独立分析、解决实际问题的能力，从而使学生得到从事本专业工程技术和科学研究工作的基本训练。而计算机专业具有理论宽和应用能力强的特点，这就更加要求学生在实际工作中使用计算机解决问题的技能，培养学生的创新精神和创新能力。本课题在研究过程