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

濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄摘要IIIABSTRACTIV第一章 緒論1.1 論文的背景及意義1.2 識(shí)別技術(shù)簡(jiǎn)介1.2.1 指紋特點(diǎn)1.2.2 指紋特征1.2.3 指紋應(yīng)用系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.2.4 指紋取像技術(shù)及其特點(diǎn)第二章 指紋門禁系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)功能2.2 系統(tǒng)性能指標(biāo)2.3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)2.4 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)第三章 指紋門禁系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 SPCE061A單片機(jī)介紹3.1.1 SPCE061A單片機(jī)的主要性能3.1.2 指紋識(shí)別模塊OM-20的管腳說(shuō)明及性能指標(biāo)3.1.3 SPCE061A單片機(jī)與指紋識(shí)別模塊OM20的接口電路設(shè)計(jì)3.2 SPCE061A單片機(jī)與液晶顯示模塊SPLC501的接口第四章 指紋門禁系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 指紋處理模塊4.1.1 指紋識(shí)別模塊OM-20通訊協(xié)議4.1.2 登記指紋模板程序設(shè)計(jì)4.1.3 刪除指紋模板程序設(shè)計(jì)4.1.4 清空指紋模板程序設(shè)計(jì)4.2 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)4.3 指紋開(kāi)門程序設(shè)計(jì)第五章 系統(tǒng)抗干擾措施5.1 抗干擾設(shè)計(jì)的基本原則5.2 系統(tǒng)硬件抗干擾措施5.3 系統(tǒng)軟件抗干擾措施第六章 結(jié)束語(yǔ)參考文獻(xiàn)致謝摘要隨著時(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)和幾種生物識(shí)別技術(shù)比較，并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種符合現(xiàn)代安防要求的指紋門禁系統(tǒng)，該系統(tǒng)硬件主要由微處理器、指紋識(shí)別模塊、液晶顯示模塊、鍵盤、實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷芯片、電控鎖和電源等組成；軟件主要由指紋處理程序模塊、液晶顯示程序模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘程序模塊和鍵盤掃描程序模塊等組成。 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，具有安全可靠、功能齊備、操作簡(jiǎn)便、價(jià)格適中等優(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)出的部門或場(chǎng)所。關(guān)鍵詞：指紋門禁;指紋識(shí)別;單片機(jī);液晶ABSTRACT With the development of The Times, there is an increasing need for more efficient and reliable identification system. Biological recognition is the digital life highest-level security key system, and the fingerprint identification is the most dont constitute an infringement of the human body and convenient and practical, reliable, the price is cheap a biometric technology. This paper briefly introduces the fingerprint entrance guard system design of the background, the basic knowledge of fingerprint identification technology and several kinds of biometrics, compare and design realize a security requirements accords with modern fingerprint entrance guard system, this system hardware mainly by the microprocessor, fingerprint module, LCD module, 4 * 4 keyboard, real-time clock/calendar chip, electronic locks and power supply etc; Software consists mainly of fingerprint processing program module, liquid crystal display program module, real-time clock program modules and keypad scanning program module. This system is a set of integrated the advanced fingerprint identification algorithm of high-tech products, safe and reliable, function complete with, simple operation, price moderate etc, and can be widely applied finance, insurance, public security, the armory, code must be strictly controlled room and the department of personnel entering and leaving or place. KEY WORDS: Fingerprint Guard；Fingerprint Recognition；MCU；Liquid Crystal 第一章 緒論1.1 論文的背景及意義 門禁系統(tǒng)是對(duì)出入口通道進(jìn)行管制的系統(tǒng)，是解決重要部門出入口安全防范的有效措施。安全系統(tǒng)中主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）具有可假冒、可偽造、可盜用、可破譯等缺點(diǎn)，已不能完全滿足現(xiàn)代社會(huì)安全防范的需要。只有采用不易被他人代替、仿制、甚至其本人也無(wú)法轉(zhuǎn)讓的生物識(shí)別技術(shù)才能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)人體的生物特征來(lái)進(jìn)行身份驗(yàn)證，它包括虹膜識(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：在所有生物識(shí)別技術(shù)中，指紋識(shí)別是目前對(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，也是最具有代表性和最具有應(yīng)用前景的生物識(shí)別技術(shù)2。 目前指紋門禁系統(tǒng)有兩種常用的類型，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)是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的完整系統(tǒng)，具有功耗低、體積小、集成度高等優(yōu)點(diǎn)，其功能較為簡(jiǎn)單，應(yīng)用于特定的場(chǎng)所。而基于PC的桌面應(yīng)用系統(tǒng)功能更加完善，可以建立大型的數(shù)據(jù)庫(kù)，但由于需要連接PC才能完成指紋識(shí)別的功能，限制了這種系統(tǒng)在許多方面的應(yīng)用。 國(guó)外指紋門禁產(chǎn)品市場(chǎng)可以說(shuō)品牌眾多，競(jìng)爭(zhēng)激烈，比較知名的廠家，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。 目前國(guó)內(nèi)指紋門禁系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家眾多，但真正具備研發(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)是利用別人的采集儀，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)主要利用別人的模塊，做后端的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，如武漢數(shù)碼人、廈門寶利銘等。 盡管目前的指紋門禁系統(tǒng)產(chǎn)品眾多，但普遍存在價(jià)格高和功能單一等缺點(diǎn)。因此針對(duì)上述的不足提出了“指紋門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”這一研究課題，其目標(biāo)是開(kāi)發(fā)出具有良好的價(jià)格優(yōu)勢(shì)且功能完善的指紋門禁系統(tǒng)，方便用戶使用。1.2 識(shí)別技術(shù)簡(jiǎn)介1.2.1 指紋特點(diǎn)相對(duì)于其他生物特征，指紋有以下2個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)： 1.穩(wěn)定性：一個(gè)人從胎兒6個(gè)月時(shí)指紋完全形成到尸體腐爛，指紋的特征始終沒(méi)有明顯變化。 2.獨(dú)特性：至今還找不出兩個(gè)指紋完全相同的人，即使同卵雙胞胎的指紋也是不相同的。這一特點(diǎn)，為指紋用于身份鑒定提供了客觀依據(jù)。1.2.2 指紋特征指紋特征一般分為兩類：總體特征和局部特征。指紋識(shí)別算法最終都?xì)w結(jié)為在指紋圖像上找到并比對(duì)指紋的特征。英國(guó)學(xué)者E.R.Herry認(rèn)為，在考慮局部特征的情況下，只要比對(duì)13個(gè)特征點(diǎn)重合，就可以確認(rèn)是同一個(gè)指紋。 總體特征：總體特征是指那些用肉眼直接就可以觀察到的特征，包括：紋形、模式區(qū)、核心點(diǎn)、三角點(diǎn)和紋數(shù)等五種。1.2.3 指紋應(yīng)用系統(tǒng)簡(jiǎn)介指紋應(yīng)用系統(tǒng)可以分為兩類：驗(yàn)證（verification）和辨識(shí)（Identification）。驗(yàn)證就是把一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)采集到的指紋與一個(gè)己經(jīng)登記的指紋進(jìn)行一對(duì)一的比對(duì)(one-to-one matching)，來(lái)確認(rèn)身份的過(guò)程4，如圖1.1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)識(shí)（ID、PIN）聯(lián)系起來(lái)。隨后在比對(duì)現(xiàn)場(chǎng)，先驗(yàn)證其標(biāo)識(shí)，然后，利用系統(tǒng)的指紋與現(xiàn)場(chǎng)采集的指紋比對(duì)來(lái)證明其標(biāo)識(shí)是合法的。驗(yàn)證其實(shí)是回答了這樣一個(gè)問(wèn)題：“他是他自稱的這個(gè)人嗎？”這是應(yīng)用系統(tǒng)中使用得較多的方法。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)中的指紋逐一對(duì)比，從中找出與現(xiàn)場(chǎng)指紋相匹配的指紋，如圖1.2所示，這也叫“一對(duì)多匹配（one-to-many matching）”。辨識(shí)其實(shí)是回答了這樣一個(gè)問(wèn)題：“他是誰(shuí)？”。 圖 1.1 指紋驗(yàn)證示意圖 圖1.2 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)一般只考慮對(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)算法的速度要求不如辨識(shí)系統(tǒng)高，但更強(qiáng)調(diào)易用性；另外在辨識(shí)系統(tǒng)中，一般要使用分類技術(shù)來(lái)加快查詢的速度。1.2.4 指紋取像技術(shù)及其特點(diǎn)目前的指紋取像技術(shù)按原理可分成兩類：光學(xué)取像和非光學(xué)取像。光學(xué)取像設(shè)備依據(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收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)目前主要有兩類：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)合大約100000個(gè)電容傳感器，其外面絕緣的表面，當(dāng)用戶的手指放在上面時(shí)，皮膚組成了電容陣列的另一面指紋紋路深淺導(dǎo)致電容陣列的各個(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，其表面的頂層是具有彈性的壓感介質(zhì)材料，他們依照指紋的外表地形（凸）轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電子信號(hào)。其它的晶體傳感器還有溫度感應(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。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，接收設(shè)備獲取了其反射信號(hào)，測(cè)量它的范圍，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，所以這樣的圖像是實(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1.3所示。各種技術(shù)都具有它們各自的優(yōu)勢(shì)，也有各自的缺點(diǎn)，指紋取像技術(shù)比較如表1.1所示。表1.1 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一般成像能力干手指差，但汗多的和稍脹的手指成像模糊干手指好，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1.3 在提取細(xì)節(jié)點(diǎn)的算法流程第二章 指紋門禁系統(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，即可完成開(kāi)鎖任務(wù)，操作十分簡(jiǎn)便，避免了其它門禁系統(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。2.1 系統(tǒng)功能 1.指紋開(kāi)門：用戶將手指按到指紋采集器上，指紋識(shí)別模塊提取指紋特征并與指紋特征庫(kù)中的指紋進(jìn)行比對(duì)，若指紋合法，門禁系統(tǒng)發(fā)出開(kāi)門指令；若指紋不合法，門禁系統(tǒng)不發(fā)出開(kāi)門指令。 2.錄入、刪除指紋模板：錄入指紋模扳的功能是管理員將用戶的指紋通過(guò)指紋采集器采集指紋的特征信息，將指紋特征值和對(duì)應(yīng)的ID號(hào)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。當(dāng)用戶變更時(shí)，管理員能夠?qū)⒂脩舻闹讣y特征信息從存儲(chǔ)器中刪除。 3.密碼應(yīng)急開(kāi)門：當(dāng)用戶的手指出現(xiàn)異常情況（如手指被劃傷），采集器無(wú)法采集到正確的指紋特征信息時(shí)，或者因電力不足而指紋識(shí)別模塊無(wú)法正常工作時(shí)，可用密碼來(lái)開(kāi)門。為保證系安全，密碼開(kāi)門只供管理員使用，管理員可以修改密碼。為了解決因引入密碼開(kāi)門而降低安全性問(wèn)題，本系統(tǒng)用6位密碼。特別是為防止別人惡意試探密碼，當(dāng)連續(xù)三次輸入密碼錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)禁止輸密碼，一小時(shí)后方可輸入密碼,從而降低密碼被破譯的可能。 4.瀏覽開(kāi)門記錄：當(dāng)用戶開(kāi)門成功后，系統(tǒng)自動(dòng)存儲(chǔ)用戶的ID號(hào)和開(kāi)門時(shí)間（月份、期、小時(shí)、分鐘）等信息。如果出現(xiàn)盜竊、丟失等意外情況，管理員可以很方便地查詢最近6次的開(kāi)門記錄。 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)置和顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘，界面友好、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。2.2 系統(tǒng)性能指標(biāo)經(jīng)測(cè)定本指紋門禁系統(tǒng)達(dá)到的性能指標(biāo)如表2.1所示。 表2.1 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)門時(shí)間2秒指紋庫(kù)容量184枚登記用戶時(shí)間2秒刪除用戶時(shí)間2秒拒真率1.5%認(rèn)假率0.001%2.3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 指紋門禁系統(tǒng)的硬件主要由微處理器、指紋識(shí)別模塊、液晶顯示模塊、4*4鍵盤、實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷芯片、電控鎖和電源等組成6。微處理器作為系統(tǒng)的上位機(jī)，控制整個(gè)系統(tǒng)。指紋識(shí)別模塊主要完成指紋特征的采集、比對(duì)、存儲(chǔ)、刪除等功能。液晶顯示模塊用于顯示開(kāi)門記錄、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和操作提示等信息，和鍵盤一起組成人機(jī)界面。指紋門禁系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。4*4鍵盤的按鍵分布如圖2.2所示，按鍵包括0-9鍵、刪除鍵、下翻鍵、上翻鍵、確定鍵、取消鍵和開(kāi)門鍵。 圖2.1 指紋門禁系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)2.4 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 按系統(tǒng)功能，軟件主要由指紋處理模塊、液晶顯示模塊、實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊和鍵盤掃描模塊等組成。指紋處理模塊主要負(fù)責(zé)微處理器與指紋識(shí)別模塊之間命令和返回代碼的信息處理；液晶顯示模塊根據(jù)液晶顯示模塊的時(shí)序，編寫驅(qū)動(dòng)程序，以實(shí)現(xiàn)顯示漢字、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，編寫通訊程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)時(shí)鐘芯片的讀寫操作；鍵盤掃描模塊就是根據(jù)4*4鍵盤的設(shè)計(jì)原理編寫鍵盤程序來(lái)識(shí)別有無(wú)按鍵動(dòng)作和按下鍵的鍵號(hào)。 圖 2.2 鍵盤的按鍵分布 按操作流程，軟件主要由指紋開(kāi)門程序、指紋管理程序、密碼管理程序和系統(tǒng)設(shè)置程序四部分組成。其中指紋管理、密碼管理和系統(tǒng)設(shè)置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)門記錄程序四部分組成；密碼管理程序由密碼修改程序和密碼開(kāi)門程序兩部分組成；系統(tǒng)設(shè)置程序由時(shí)間設(shè)置程序和日期設(shè)置程序兩部分組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖2.3所示。圖2.3 指紋門禁系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)第三章 指紋門禁系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 SPCE061A單片機(jī)介紹7 8 93.1.1 SPCE061A單片機(jī)的主要性能 SPCE061A單片機(jī)是凌陽(yáng)公司推出的一款16位結(jié)構(gòu)的微處理器，能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)，其主要性能如下： 16位微處理器； 工作電壓：VDD為2.43.6V(cpu)，VDDH為2.45.5V(I/O)； 3CPU時(shí)鐘：32768KHz49.152MHz； 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； 具備異步、同步串行設(shè)備接口； 具有低電壓復(fù)位（LVR）功能和低電壓監(jiān)測(cè)（LVD）功能； 內(nèi)置在線仿真電路接口ICE( InCircuitEmulator)； 具有Watch Dog功能。3.1.2 指紋識(shí)別模塊OM-20的管腳說(shuō)明及性能指標(biāo)指紋識(shí)別模塊OM-20主要由指紋采集頭和指紋處理板兩部分組成，指紋采集頭采用光學(xué)指紋傳感器，指紋處理板由高性能DSP處理器和FLASH等芯片構(gòu)成。自帶DSP處理器的指紋處理模塊根據(jù)用戶的命令來(lái)完成如指紋的錄入、刪除、比對(duì)等一系列的操作，并將指紋特征值加密后存儲(chǔ)于處理模塊的FLASH中。指紋識(shí)別模塊OM-20管腳說(shuō)明及性能指標(biāo)分別如表3.1、表3.2所示。表3.1 OM20管腳說(shuō)明引腳功能說(shuō)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)接收引腳4喚醒引腳5GND表3.2 OM20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5.0V2休眠電流10A3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 0.001%10拒真率 2.4V 0.3V 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。目前較為廣泛使用的集成電路轉(zhuǎn)換器件，如MC1488、SN75150芯片可完成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3.1為SPCE061A單片機(jī)與指紋識(shí)別模塊OM20的接口電路，MAX232對(duì)電源噪聲很敏感，因此Vcc加1f去耦電容，電容C1,C2,C3,C4取1f去耦電容，用于提高抗干擾能力。圖3.1 SPCE061A單片機(jī)與指紋識(shí)別模塊OM20的接口電路設(shè)計(jì) 3.2 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3.3-5V，最大工作電流2.0mA，并行接口方式，其管腳說(shuō)明如表3.4所示12。液晶顯示模塊SPLC501由液晶驅(qū)動(dòng)控制器SPLC501、LCD顯示器和與外部設(shè)備的接口等幾部分組成。液晶驅(qū)動(dòng)控制器SPLC501具有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65123位顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（DDRAM，DSPLAY,DATA, RAM），實(shí)際上只用到64個(gè)行驅(qū)動(dòng)輸出和128個(gè)列驅(qū)動(dòng)輸出和64128位DDRAM，DDRAM的每1位數(shù)據(jù)控制液晶屏上一個(gè)像素的亮暗狀態(tài)（1：表示亮，0：表示暗）。表3.4 SPLC501接口端管腳說(shuō)明管腳名說(shuō)明CS片選，低有效RES復(fù)位腳AOP數(shù)據(jù)命令選擇腳RW對(duì)于8080系列MPU的寫信號(hào)對(duì)于6800系列MPU的讀/寫信號(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)DB0DB78位數(shù)據(jù)總線Vcc邏輯電源(3.3V5V)Vdd地第四章 指紋門禁系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 指紋處理模塊4.1.1 指紋識(shí)別模塊OM-20通訊協(xié)議 通訊協(xié)議是指紋識(shí)別模塊OM-20與上位機(jī)進(jìn)行信息交換的一組約定和規(guī)則。參照標(biāo)準(zhǔn)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4.1所示。 圖4.1 OM-20四層通信協(xié)議模型本協(xié)議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)恼_性，通過(guò)應(yīng)答包中的校驗(yàn)和反映。上位機(jī)依據(jù)模塊發(fā)來(lái)的應(yīng)答信息，來(lái)確認(rèn)模塊接收以及執(zhí)行指令的情況。4.1.2 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征并將指紋特征信息存儲(chǔ)到指紋庫(kù)，對(duì)登記的指紋給予相應(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，表示該ID號(hào)已經(jīng)占用，登記指紋模板程序流程如圖4.2所示。4.1.3 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)用的指紋特征信息從存儲(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)的指紋特征信息及ID號(hào)，刪除指紋模板程序流程如圖4.3所示。 圖 4.2 登記指紋模板流程圖 圖4.3 刪除指紋模板流程圖4.1.4 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4.4所示。圖4.4 清空指紋模板流程圖4.2 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主程序的任務(wù)主要是系統(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4.5所示。圖4.5 系統(tǒng)主程序流程圖 4.3 指紋開(kāi)門程序設(shè)計(jì)開(kāi)門程序的任務(wù)主要是判斷開(kāi)門者是否有權(quán)開(kāi)門。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采集指紋特征并對(duì)開(kāi)門者的指紋進(jìn)行比對(duì)，如果比對(duì)通過(guò)，則開(kāi)門；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)門者的ID號(hào)，存入到實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷芯片DSL302的開(kāi)門記錄緩沖區(qū)中14。如果沒(méi)有通過(guò)，則提示錯(cuò)誤信息。指紋開(kāi)門程序流程如圖4.6所示15。 圖4.6指紋開(kāi)門程序流程圖 第五章 系統(tǒng)抗干擾措施 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.傳播路徑：指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介，典型的于擾傳播路徑是通過(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。5.1 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：抑制干擾源、切斷干擾傳播路徑和提高敏感器件的抗干擾性能。 1.抑制干擾源：抑制干擾源就是盡可能的減少產(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。減小干擾源主要是通過(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.切斷干擾傳播路徑：按干擾的傳播路徑可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩類。所謂傳導(dǎo)干擾是指通過(guò)導(dǎo)線傳播到敏感器件的干擾。高頻于擾噪聲和有用信號(hào)的頻帶不同，可以通過(guò)在導(dǎo)線上增加濾波器的方法切斷高頻干擾噪聲的傳播，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)空間輻射傳播到敏感器件的干擾。一般的解決方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)的方法。5.2 系統(tǒng)硬件抗干擾措施本指紋門禁系統(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置等各方面均充分考慮系統(tǒng)可靠性的要求，采取了如下的抗干擾措施：1.抑制干擾源(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0.01f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)中地線一般使用30mil（1mil0.0254mm），最粗達(dá)到了100mil。 (4)布線時(shí)避免90度折線，減少高頻噪聲發(fā)射。2.切斷干擾傳播路 (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，以減小相互干擾。 (5)大功率器件（如繼電器）放在電路板邊緣，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自帶硬件看門狗電路。看門狗（Watch Dog）在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中是一個(gè)最忠實(shí)的可信賴的硬件，用來(lái)保證系統(tǒng)長(zhǎng)久運(yùn)行。SPCE061A單片機(jī)的看門狗的清除時(shí)問(wèn)周期為0.75s，如果看門狗的計(jì)數(shù)在固定的時(shí)間間隔內(nèi)被程序指令不斷地清除而不產(chǎn)生溢出，表明程序運(yùn)行正常。但若在規(guī)定的時(shí)間間隔里看門狗的計(jì)數(shù)未被清除而產(chǎn)生溢出，則表示程序運(yùn)行正常，CPU自動(dòng)使系統(tǒng)復(fù)位處理（相當(dāng)于硬件復(fù)位）。 (2)線路板上除SPCE061A、MAX232、DSL302等芯片考慮到更換外，其余元件均直接焊接，以減少由于接觸不良造成的不可靠現(xiàn)象。5.3 系統(tǒng)軟件抗干擾措施為提高系統(tǒng)軟件可靠性，在系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，采取了如下可靠性措施。 1重復(fù)設(shè)置各種工作方式控制字 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)定義的功能，導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作，針對(duì)這種情況，在循環(huán)處理程序中定期地、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，還可以及時(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)改變，使CPU誤將程序從正確位置跳到一些無(wú)意義的區(qū)域內(nèi)執(zhí)行，導(dǎo)致程序運(yùn)行跑飛。在程序模塊間和程序之后增設(shè)由若干個(gè)空操作指令和條無(wú)條件跳轉(zhuǎn)指令組成的陷阱。一旦程序跑飛跌落陷阱，便轉(zhuǎn)入相應(yīng)的失控處理程序，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)處理程序中，從而恢復(fù)程序的正確流程。第六章 結(jié)束語(yǔ) 本文主要設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種指紋門禁系統(tǒng)，具體地闡述了指紋門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，包括系統(tǒng)功能的確定、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)抗干擾措施。主要完成了以下幾個(gè)方面的工作： 1回顧和總結(jié)了指紋識(shí)別技術(shù)及其應(yīng)用，對(duì)指紋門禁系統(tǒng)的可行性進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)了指紋門禁系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。 2配合該實(shí)現(xiàn)方案，調(diào)研并選擇了性價(jià)比較高的指紋識(shí)別模塊、微處理器、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)，并完成了相應(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)硬件和軟件作相應(yīng)的修改和完善，直至最終定型，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)所要求的功能。 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，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定工作?？傊?，本系統(tǒng)基本達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)功能，系統(tǒng)運(yùn)行可靠、操作簡(jiǎn)便，但該系統(tǒng)還有一些不完善的地方，對(duì)該課題研究的后續(xù)工作可以從以下幾方面繼續(xù)展開(kāi)： 1利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)門禁系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，比如主人遠(yuǎn)程授權(quán)開(kāi)門，遠(yuǎn)程監(jiān)控門的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，這將使系統(tǒng)更加便捷。 2指紋門禁系統(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，用使用者的名字代替ID號(hào)，省去ID號(hào)對(duì)應(yīng)用戶名字這樣一個(gè)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，以滿足不同使用者的需求。在以后的學(xué)習(xí)工作中，我將繼續(xù)開(kāi)展這方面的工作，使指紋門禁系統(tǒng)更加完善。 參考文獻(xiàn)1 雷玉堂，羅輝，張鼎幾種人體