指纹防盗门控制系统设计论文.doc

攀枝花学院本科毕业设计（论文）指纹防盗门控制系统设计学生姓名： 陈胤龙 学生学号： 200510601203 院（系）： 机电工程学院 年级专业： 2005级机械设计制造及其自动化 指导教师： 谢永春 教授 二九年六月攀枝花学院本科毕业设计（论文） 目录目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 指纹识别的历史与发展前景11.2 指纹识别中的基本概念与发展现状11.3 系统总体设计方案和论文结构21.4.1 基本组成31.4.2 FSC7002基本性能参数31.4.3 FSC7002主要功能特性简介31.4.5 FSC7002 64 封装管脚分布图：51.4.6 FSC7002 64 封装管脚描述：51.5 开发环境简介72 方案设计与论证82.1设计要求82.1.1基本要求82.2 总体设计概论82.3 各基本模块的方案设计与论证82.3.1指纹传感器82.3.2 锁具驱动电机92.3.3数据的传输方处理方式102.3.4 提示输出模块112.4 系统各模块的最终方案113 系统的硬件设计与实现123.1 系统硬件的基本组成部分123.2 各单元电路的设计123.2.1 FSC7002芯片结构电路123.2.2 直流电机控制电路133.2.3 指纹传感器接口电路133.2.4 片外SPI FLASH数据存储器电路153.2.5 启动按键电路153.2.6 注册按键电路153.2.7 删除按键电路163.2.8 声音输出电路163.2.9 电源管理电路163.2 锁具驱动机构设计174 系统软件设计184.1 编程思路184.2 主程序流程图184.3 子程序说明194.3.1 系统初始化194.3.8 指纹识别404.3.9 动力电机控制504.3.10 语音播报525 系统的测试565.1 动力电机测试565.2 光电传感器测试565.3 语音测试565.4 读取键值测试56总 结58参考文献59附录A 控制板块接口介绍及操作说明60附录B 主要元器件清单表63附录C 程序清单64附录D 服务程序75附录E 实物图片81致 谢83攀枝花学院本科毕业设计（论文） 摘 要摘 要指纹识别技是一项利用了生物技术，电子技术等的综合技术。随着科学技术的日益发展,指纹识别技术也不断成熟并广泛应用于社会各个行业，收到了良好效果。指纹防盗门控制系统打破了传统意义上防盗门的技术特性，它是集成了光学、机械、电子及指纹核心算法技术于一身。 本文首先在绪论介绍了指纹识别技术发展状况及指纹识别专用芯片相关知识。在第二章论述了总体的方案设计与论证, 确定了技术指标及器件的型号；第三章是硬件设计与实现，着重描述了系统硬件电路设计及电路功能；第四章重点剖析了软件的结构设计和软件功能的实现；最后在第五章中具体论述了系统的调试。关键词: 指纹识别技术，指纹芯片，指纹采集器，锁具ABSTRACTFingerprint identification technology is a use of bio-technology, electronics technology, integrated technology. With the increasing development of science and technology, fingerprint recognition technology has been mature and widely used in various industries, with good results. Fingerprint security door control system to break the traditional sense of the technical characteristics of anti-theft door, which is integrated optical, mechanical, electronic and fingerprint technology in a core algorithm. Introduction to this paper, we first introduced the development of fingerprint recognition technology and fingerprint recognition knowledge ASIC. In the second chapter on the overall program design and demonstration of technical indicators and to identify the device type; third chapter is the hardware design and implementation, focusing on description of the system hardware circuit design and circuit function; fourth chapter focuses on the structural analysis software design and realization of software; the final in the fifth chapter discusses the specific debugging systems.Keywords: Fingerprint recognition technology, Fingerprint chip, Fingerprint collector, Lock2攀枝花学院本科毕业设计（论文） 1 绪论1 绪论1.1 指纹识别的历史与发展前景19世纪初，科学研究发现了至今仍然承认的指纹的两个重要特征，一是两个不同手指的指纹纹脊的式样(radge pattern)不同，另外一个是指纹纹脊的式样终生不改变。这个研究成果使得指纹在犯罪鉴别中得以正式应用。主要代表性的事件有：1896年阿根廷首次应用，然后是1901年的苏格兰，20世纪初其他国家也相继应用到犯罪鉴别中。20世纪60年代，由于计算机可以有效的处理图形，人们开始着手研究利用计算机来处理指纹。从那时起，自动指纹识别系统AFIS (Automated Fingerprint Identification System)在法律实施方面的研究和应用在世界许多国家展开。20世纪80年代，个人电脑、光学扫描这两项技术的革新，使得它们作为指纹取像的工具成为现实，从而使指纹识别可以在其他领域中得以应用，比如代替IC卡。现在(90年代后期)，低价位取像设备的引入及其飞速发展，可靠的比对算法的发现为个人身份识别应用的增长提供了舞台。相对于其他身份鉴定技术，指纹识别技术之所以优于其他身份鉴定技术而被广泛采用的原因：1指纹是独一无二的，两人之间不存在着相同的指纹：2指纹是相当固定的，不会随年龄、健康状况的变化而改变；3指纹样本易于采集，难以伪造，便于开发，实用性强；4每个人十指的指纹皆不相同，可以利用多个指纹构成多重口令，提高系统的安全性；5指纹识别中使用的模板并非最初的指纹图像，而是由图像提取的关键特征，使所需存储的信息量减小，而且在实现异地确认时，可以大大减少网络传输负担，支持网络功能。可以看出，指纹识别技术相对于其他识别方法有许多独到之处，具有很高的实用性和可行性。因此，指纹识别成为最流行、最方便、最可靠的身份认证方式，己经在社会生活的诸多方面得到广泛应用。1.2 指纹识别中的基本概念与发展现状指纹图像其实是比较复杂的，它有着许多不同于其他图像的特征。与人工处理不同，现代的生物识别技术并不直接存储指纹的图像(一是考虑到隐私权，二是由于储存空间)，而是记录从指纹源图像中提取到的特征，指纹识别算法最终都归攀枝花学院本科毕业设计（论文） 1 绪论结为在指纹图像上找到并比对指纹的特征。我们定义了指纹的两类特征来进行指纹的验证：总体特征和局部特征。总体特征是指那些用人眼直接就可以观察到的特征，包括：基本纹路图案：环型(loop)，拱型(arch)，漩涡型(whorl)。其他的指纹图案都基于这三种基本图案。仅仅依靠图案类型来分辨指纹是远远不够的，这只是一个粗略的分类，但通过分类使得在大数据库中搜寻指纹更为方的，这只是一个粗略的分类，但通过分类使得在大数据库中搜寻指纹更为方便。指纹图像类别比例是这样的：漩涡型(包括whorl double whorl)占27.9%，环型(包括right loop，left loop)占65.5%，拱型(包括arch，tented arch)占6.60I0。长期以来，随着科学技术和电子信息业的迅猛发展，世界各国争先在指纹识别这一领域进行研究，由于它具有唯一性和稳定性等特点，受到计算机自动化办公系统、金融保险、电子商务、社保、身份证管理、证券业、防伪等行业，以及军方和警方的普遍应用。我国自上世纪90年代由中科院自动化研究所牵头开始进行这一技术的研究，经在众多行业的实际应用，各项技术指标日趋稳定成熟，性能安全可靠，并取得了非常可观的经济效益和良好的社会效果。目前我国的指纹自动识别技术已广泛应用到各个领域，并在世界同行业处于领先水平。1.3 系统总体设计方案和论文结构硬件平台大致可以分为5个部分：成像系统（传感器HV7131）、核心部分（FSC7002指纹识别芯片控制模块）、锁具驱动电机、电源输入、音频输出设备等器件。工作原理：指纹经传感器采集后，由传感器直接转成RGB格式，并且数据传输到FSC7002芯片中,FSC7002需要执行大量的模式识别和图像处理相关计算。固化的程序存储在SPI Flash中，这些指令控制了整个指纹识别系统的工作流程。数据传输（PAD）/命令控制(PAR)总线可分别由DMA控制单元（内部或扩展）或片上FMCU8KB控制,这就构成数据通道。在指纹算法方面，研究基于细节点特征指纹自动识别系统的各部分构成以及指纹图像的预处理和细节特征提取。文章第一部分首先提出了本次设计方案并进行了技术上的论证。第二部分介绍了硬件系统的结构设计和实现，如：指纹传感器电路设计，电源电路设计，电机控制电路实现等等 。第三部分介绍了指纹识别系统的软件流程及各项功能的实现。第四部分介绍了系统的调试方式。1.4 FSC7002指纹识别专用芯片介绍1.4.1 基本组成FSC7002 是基于Finchos IC-Bus Rev.A2总线结构、8BITS FMCU8KB 嵌入式微控制器、FID116KMG指纹识别处理模块的专用指纹识别集成电路。其提供32可编程接口，SPI FLASH接口，SPI指纹传感器接口，光电传感器通讯接口，DMA数据命令控制通道，UART通讯调试接口，PWM音频输出接口，通过内嵌的微控制器对片上各功能单元与外部芯片的协调，可快速构建高性能低成本的用户定制化指纹识别应用系统。1.4.2 FSC7002基本性能参数表1.1 FSC7002基本性能参数项目性能比对方式1:N，1:1采集时间 0.5s1:1 比对时间 4ms识别角度支持360o 旋转，面阵式通过学习功能实现，滑动式支持正反刮功能。存储容量由片外FLASH 确定，最大支持16Mbyte工作环境温度：20o 60o ，湿度： 20% 95%静态工作电流110mA动态工作电流120mA系统软件加载Enable Serial /CLK_DIV:12(default)void InitUart(void)SCON= 0x50;TMOD = 0x20;PRE_DIV = 2; /9600bps84MHz/PRE_DIV = 25;TH1 = 241; /241=83MHz, 247=50MHz /115200TL1 = 241; /TH1 = 235; /9600bps84MHz/TL1 = 235;PCON = PCON | 0x80;TR1 = 1;3、 指纹采集器初始化 指纹传感器在调用之前必须对指纹传感器进行初始化并使其处于接受指纹图像输入的状态它的初始化是通过在指纹识别系统主程序的主对话框的初始化函数中调用指纹传感器的初始化函数HV7131_init(void)来初始化I2C接口的，这是开始使用动态连接库的第一个函数，未初始化之前，其它函数的调用都无效。若初始化成功该函数返回0，失败则返回1。如果之前调用HV7131_init(void)并成功，第二次调用将不做任何动作，直接返回0。void HV7131_reset(void)HV7131_RST = 1;_NOP10_();HV7131_RST = 0;_NOP20_();_NOP20_();HV7131_RST = 1;void HV7131_init(void) i2c_write(0x22,SCTRA,0x08);/write2 DIV CLOCK if(GError_I2C_Bit) return;i2c_write(0x22,SCTRB,0x00);/writeif(GError_I2C_Bit) return; i2c_write(0x22,OUTIV,0x04);/write 0x04if(GError_I2C_Bit) return; i2c_write(0x22,0x25,IntegrateTime); /0x02 TimeDeley(10); i2c_write(0x22,0x26,0xb0); TimeDeley(10); i2c_write(0x22,0x27,0x00); TimeDeley(10); i2c_write(0x22,0x30,0x20); /Pre gain TimeDeley(10); i2c_write(0x22,0x31,0x00); /r gain TimeDeley(10); i2c_write(0x22,0x32,0x00); /g TimeDeley(10); i2c_write(0x22,0x33,0x01); /b TimeDeley(10); i2c_write(0x22,0x34,0x17); TimeDeley(10); i2c_write(0x22,0x35,0x7f); TimeDeley(10); i2c_write(0x22,0x40,0x80); /0x80 TimeDeley(10); i2c_write(0x22,0x41,0x7f); TimeDeley(10); i2c_write(0x22,0x42,0x7f); TimeDeley(10); i2c_write(0x22,0x43,0x7f); TimeDeley(10); return;#endif4、 PAD数据总线初始化PAD 总线用于片上模块间或片内外数据高速交换，PAD 总线数据/地址分离，数据总线的位宽为32bits。4个8位SFR寄存器SFR_WB_ADR30自高向低组成32位PAD总线的地址。void PADAddrInit(void)WB_ADR3 = 0x00; /pad的初始地址，即从这个地址开始逐个累加WB_ADR2 = 0x00;WB_ADR1 = 0x00;/0x19;WB_ADR0 = 0x00;5、 SPI初始化配置SPI数据处理初始化配置包括：配置SPI 工作模式，工作相位、工作极性、工作频率及总线和