指紋識別系統(tǒng)設(shè)計

1、學號：070275057河南大學2011屆本科畢業(yè)論文指紋識別系統(tǒng)the system of fingerprint identification論文作者姓名： 宋林林 作 者 學 號： 070275057 所 在 學 院： 計算機與信息工程學院 所 學 專 業(yè)： 自動化 導師姓名職稱： 杜海順（副教授） 論文完成時間： 2011年5月20日 2011年5月20日河南大學2011屆畢業(yè)設(shè)計（論文、創(chuàng)作）開題報告（學生本人填寫）學號070275057姓名宋林林導師姓名職稱杜海順（副教授）開題時間2011年4月3日課題題目指紋識別系統(tǒng)課題來源導師指定 自定 其他來源課題的目的、意義以及和本課題有關(guān)

2、的國內(nèi)外現(xiàn)狀分析：1目的：將指紋識別用于門鎖上，利用指紋的對比，當指紋與數(shù)據(jù)庫中的指紋相一致就可以打開房門。2意義：利用指紋識別來判斷門的開關(guān)，可以提高房門的安全性；如果將身份證和指紋綁定在一起，那么對于酒店行業(yè)來說可以只身份證來登記住房，同時也有利于對犯罪分子的打擊。3現(xiàn)狀：我國指紋識別技術(shù)發(fā)展相對于美國、日本要晚1020年的時間。指紋識別產(chǎn)品在我國最早出現(xiàn)是90年代時期，當時只是寥寥數(shù)十家，而產(chǎn)業(yè)化起步應該是2000年以后。2000年之前，處于核心技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)階段，2000年以后，形成了一定的產(chǎn)業(yè)供求關(guān)系，有核心算法提供商，有指紋模塊提供商，也有指紋產(chǎn)品經(jīng)銷商。這些產(chǎn)品主要以門禁和考

3、勤為主。到2004年，隨著移動存儲設(shè)備等數(shù)碼類產(chǎn)品的大量使用，指紋技術(shù)與數(shù)碼類產(chǎn)品結(jié)合應用的局面才鋪開，所以指紋識別產(chǎn)業(yè)在我國，目前處于形成階段。如果說2004年之前處于從點到線的狀態(tài)，那么2004年之后指紋產(chǎn)業(yè)開始從線到面的發(fā)展。在很多信息安全領(lǐng)域，甚至金融支持領(lǐng)域都出現(xiàn)了指紋技術(shù)應用方案。研究目標、研究內(nèi)容和準備解決的問題：1目標：通過指紋終端采集到的指紋信息能夠在服務(wù)器上進行指紋比對，得到結(jié)果后由單片機通過lcd顯示出來。2內(nèi)容：利用以太網(wǎng)作為傳送介質(zhì)，實現(xiàn)局域網(wǎng)中指紋終端和服務(wù)器的通信，并且指紋識別的算法程序放在服務(wù)器上以提高整個系統(tǒng)的運行速率；其中指紋終端是基于單片的一個指紋采集終端

4、，包括指紋傳感器、以太網(wǎng)芯片、片外擴展flash和lcd顯示。3準備解決的問題：提高系統(tǒng)的運行速率，擴展指紋終端的存儲容量。擬采取的方法、技術(shù)或設(shè)計（開發(fā)）工具：開發(fā)工具和語言：vc6.0，c語言，51系列單片機。預期成果：1硬件電路圖及程序流程圖2畢業(yè)論文進度計劃與階段要求：（1）2010-12-01 2011-12-31：查找資料、確定畢業(yè)設(shè)計題目。 2011-01-01：將畢業(yè)設(shè)計題目和基本功能說明發(fā)送到導師郵箱。（2）2011-01-02 2011-03-31：搜集素材、整理設(shè)計內(nèi)容。 2011-04-01：將開題報告和整理的設(shè)計內(nèi)容發(fā)送到導師郵箱。（3）2011-04-02 2011

5、-04-09：根據(jù)導師的建議和指導，繼續(xù)設(shè)計。 2011-04-10：將中期檢查表和修改后的設(shè)計內(nèi)容發(fā)送到導師郵箱。（4）2011-04-11 - 2011.04.20：根據(jù)導師的建議和指導，完成設(shè)計。 2011-04-21：將完成的畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容發(fā)送到導師郵箱。（5）2011-04-22 - 2011-05-05：根據(jù)導師建議和已經(jīng)完成的設(shè)計，完成論文初稿。 2011-05-06：將畢業(yè)論文初稿發(fā)送到導師郵箱。（6）2011-05-07 - 2011-05-13：根據(jù)導師對論文的修改建議和指導，完成論文。 2011-05-14：將論文終稿發(fā)送到導師郵箱。開題前收集的資料和參考文獻（5-8種）1

6、 李巖芳，何巍數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法設(shè)計及實現(xiàn)指導（c語言版）清華大學出版社2002年2 田捷，楊鑫生物特征識別理論與應用清華大學出版社2009年3 （美）塞奇威克，霍紅衛(wèi)譯算法：c語言實現(xiàn)機械工業(yè)出版社2010年4 王陽利，毛哲文，張東指紋識別原理及應用第六屆全國計算機應用聯(lián)合學術(shù)會議第六屆全國計算機應用聯(lián)合學術(shù)會議論文集2002年5 張立民，魏培，李章林基于單片機的指紋識別系統(tǒng)的設(shè)計2003年全國單片機及嵌入式系統(tǒng)學術(shù)年會2003年全國單片機及嵌入式系統(tǒng)學術(shù)年會論文集，2003年6 竇振中單片機外圍器件實用手冊(存儲器分冊).北京航空航天大學出版社,2000年指導教師對開題報告的意見：指導教師簽名：

7、 河南大學2010屆畢業(yè)論文（設(shè)計、創(chuàng)作）任務(wù)書（導師根據(jù)學生的開題報告填寫）題目名稱 指紋識別系統(tǒng)學院計算機與信息工程學院學生姓名宋林林所學專業(yè)自動化學號070275057畢業(yè)論文(設(shè)計、創(chuàng)作)要求1設(shè)計內(nèi)容設(shè)計一個基于以太網(wǎng)的指紋識別系統(tǒng)。2基本要求利用以太網(wǎng)和指紋采集終端建立一個大型的指紋識別的考勤系統(tǒng)，其中識別算法放在服務(wù)器上，指紋終端主要用來采集指紋和現(xiàn)實比對結(jié)果。系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下功能：（1）以太網(wǎng)的建立和通信。（2）以太網(wǎng)和指紋終端能夠通信。（3）指紋的識別。3要解決的問題主要解決系統(tǒng)指紋終端存儲容量小，不能滿足系統(tǒng)需要；原先嵌入式系統(tǒng)運行速度慢的問題。4要求提交的成果（1）畢業(yè)設(shè)

8、計程序流程圖（2）論文指導教師簽名：河南大學2011屆畢業(yè)設(shè)計（論文、創(chuàng)作）中期檢查表（導師只填寫評語，其他由學生填寫）題目名稱：指紋識別系統(tǒng)學院計算機與信息工程學院學生姓名宋林林所學專業(yè)自動化學號070275057一、畢業(yè)設(shè)計(論文、創(chuàng)作)進展情況目前指紋終端的程序代碼和硬件電路已經(jīng)基本完成，所需功能也基本能完成，但還要進一步的測試；以太網(wǎng)已經(jīng)建立，實現(xiàn)了在intranet執(zhí)行通信。為了能夠測試系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的連接，系統(tǒng)還實現(xiàn)了icmp協(xié)議中的ping應答協(xié)議。二、畢業(yè)設(shè)計（論文、創(chuàng)作)存在的問題及解決方案在指紋終端程序設(shè)計調(diào)試時，由于沒有所用的指紋傳感器mbf200，所以直接用一個外接信號來引

9、發(fā)中斷。雖然沒有傳感器來測試，但是程序已經(jīng)基本測試完成，所以在安裝上傳感器后應該是可以使用的。在以太網(wǎng)建立上，因為沒有相應的設(shè)備，故只進行了理論上的研究和測試。但是已經(jīng)根據(jù)所學的計算機網(wǎng)絡(luò)的知識進行分析，能夠滿足系統(tǒng)的需要。三、學生本人對畢業(yè)設(shè)計階段所做工作及進展情況的評價在做畢業(yè)設(shè)計期間，我積極認真，嚴格要求自己，并在指紋終端的硬件和軟件設(shè)計以太網(wǎng)的建立過程中及時解決了遇到的大部分問題。尤其是指紋終端的程序硬件設(shè)計，遇到了許多意想不到的問題，但大部分都已經(jīng)解決。剩余的部分正在查找資料，很快就能得到解決。四、指導教師對學生畢業(yè)設(shè)計(論文、創(chuàng)作)中期檢查的評語指導教師簽名 河南大學2011屆畢業(yè)

10、論文（設(shè)計、創(chuàng)作）教師評閱成績表學院名稱：計算機與信息工程學院學 號070275057姓名宋林林專業(yè)自動化指導教師杜海順（副教授）教師評閱平均得分論文題目指紋識別系統(tǒng)指導教師評語及得分指導教師評語評分項目分值指導教師對畢業(yè)論文（設(shè)計、創(chuàng)作）評分撰寫開題報告、文獻綜述15調(diào)查研究查閱整理資料10學習態(tài)度與規(guī)范要求10數(shù)據(jù)處理、文字表達10論文（設(shè)計、創(chuàng)作）質(zhì)量和創(chuàng)新意識55合計100得分指導教師簽名評閱教師評語及評分評閱教師評語評分項目分值評閱畢業(yè)論文（設(shè)計、創(chuàng)作）評分撰寫開題報告、文獻綜述滿分15調(diào)查研究查閱整理資料10學習態(tài)度與規(guī)范要求10數(shù)據(jù)處理、文字表達10論文（設(shè)計、創(chuàng)作）質(zhì)量和創(chuàng)新意

11、識55合計100得分評閱教師簽名 此表由教師填寫河南大學2010屆畢業(yè)論文（設(shè)計、創(chuàng)作）綜合成績表學號070275057姓名宋林林所在學院計算機與信息工程學院答辯委員會評語及評分答辯委員會評語答辯委員簽字（4名以上）：評分項目分值論文答辯小組評分答辯情況論文質(zhì)量合計（100）內(nèi)容表達情況（15）答辯問題情況（25）規(guī)范要求與文字表達（20）論文（設(shè)計、創(chuàng)作）質(zhì)量和創(chuàng)新意識（40）得分答辯委員會主任簽字： 畢業(yè)論文（設(shè)計、創(chuàng)作）成績綜合評定（百分制）： 分（教師評閱表平均成績占40%，答辯成績占60%）綜合評定等級（優(yōu)、良、中、差）：備注：一、論文的質(zhì)量評定，應包括對論文的語言表達、結(jié)構(gòu)層次、邏

12、輯性理論分析、設(shè)計計算、分析和概括能力及在論文中是否有新的見解或創(chuàng)新性成果等做出評價。從論文來看學生掌握本專業(yè)基礎(chǔ)理論和基本技能的程度。二、成績評定采用結(jié)構(gòu)評分法，即由指導教師、評閱教師和答辯委員會分別給分（以百分計），評閱教師得分乘以20%加上指導教師得分乘以20%加上答辯委員會得分乘以60%即綜合成績。評估等級按優(yōu)、良、中、差劃分，優(yōu)90-100分；良76-89分；中60-75分；差60分以下。三、評分由專業(yè)教研室或院組織專門評分小組（不少于5人），根據(jù)指導教師和答辯委員會意見決定每個學生的分數(shù)，在有爭議時，應由答辯委員會進行表決。四、畢業(yè)論文答辯工作結(jié)束后，各院應于6月20日前向教務(wù)處推

13、薦優(yōu)秀論文以匯編成冊，推薦的篇數(shù)為按當年學院畢業(yè)生人數(shù)的1.5%篇。五、各院亦可根據(jù)本專業(yè)的不同情況，制定相應的具有自己特色的內(nèi)容。須報教務(wù)處備案。河南大學本科生畢業(yè)論文（設(shè)計、創(chuàng)作）承諾書論文題目指紋識別系統(tǒng)姓 名宋林林所學專業(yè)自動化學 號070275057完成時間2011年5月14日指導教師姓名職稱杜海順（副教授）承諾內(nèi)容：1本畢業(yè)論文（設(shè)計、創(chuàng)作）是學生 宋林林 在導師 杜海順 的指導下獨立完成的，沒有抄襲、剽竊他人成果，沒有請人代做，若在畢業(yè)論文（設(shè)計、創(chuàng)作）的各種檢查、評比中被發(fā)現(xiàn)有以上行為，愿按學校有關(guān)規(guī)定接受處理，并承擔相應的法律責任。2學校有權(quán)保留并向上級有關(guān)部門送交本畢業(yè)論文

14、（設(shè)計、創(chuàng)作）的復印件和磁盤。備注：學生簽名： 指導教師簽名：說明：學生畢業(yè)論文（設(shè)計、創(chuàng)作）如有保密等要求，請在備注中明確，承諾內(nèi)容第2條即以備注為準。目 錄摘 要iabstractii第1章 緒 論11.1 課題來源11.2 課題背景11.3 國內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析11.4 使用的開發(fā)平臺2第2章 系統(tǒng)總體分析和設(shè)計32.1 識別系統(tǒng)32.1.1 指紋識別原理42.1.2 指紋采集實現(xiàn)42.2 指紋終端5第3章 以太網(wǎng)的建立83.1 tcp/ip協(xié)議83.2 以太網(wǎng)協(xié)議的實現(xiàn)83.3 數(shù)據(jù)通信的實現(xiàn)9第4章 指紋終端104.1 指紋終端結(jié)構(gòu)104.2 指紋終端各部分作用10第5章

15、系統(tǒng)詳細設(shè)計125.1 以太網(wǎng)建立的詳細設(shè)計125.1.1 拓撲結(jié)構(gòu)125.1.2 以太網(wǎng)的建立125.2 指紋終端硬件設(shè)計145.3 系統(tǒng)程序設(shè)計155.4 部分電路仿真18結(jié) 論21參考文獻22附錄23附錄123附錄224摘 要自古以來身份識別就是很重要是事情。隨著科技的發(fā)展，生物識別技術(shù)的出現(xiàn)給身份識別的研究帶來了突飛猛進的發(fā)展。每個人都有著自己特有的特征，用本身的特征來驗證身份有著得天獨厚的優(yōu)勢。其中指紋識別是我們最常用、最常見的識別技術(shù)，但是以往的指紋識別系統(tǒng)因為數(shù)據(jù)庫的有限存儲使得指紋識別利用沒有我們預想的那樣充分。本論文首先分析了當前指紋識別技術(shù)近階段的研究，指紋識別技術(shù)在現(xiàn)實生

16、活中的應用以及在應用中的不足，然后根據(jù)這些不足來改進現(xiàn)有的識別系統(tǒng)。利用局域網(wǎng)建立一個指紋識別系統(tǒng)，把指紋識別算法和數(shù)據(jù)庫存放在服務(wù)器端，單獨設(shè)置一個指紋識別端進行指紋的采集，這樣不僅提高系統(tǒng)的運算速率，而且還增大了數(shù)據(jù)庫存儲器的容量。本論文主要解決以下方面的問題：1. 指紋識別系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫存儲容量的擴展。2. 基于局域網(wǎng)建立一個指紋識別系統(tǒng)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享。3. 識別系統(tǒng)運算速率的提高。關(guān)鍵詞 指紋識別技術(shù)；數(shù)據(jù)庫存儲容量；局域網(wǎng)；運算速率abstractlong time ago, the identification was very important for people. with

17、 the development of science and technology, the biometric identification technologys coming made a breakthrough in this area. everyone has some characters which belong to themselves, so the biometric identification has more advantages than others. and the fingerprint identification is the most popul

18、ar in the world, but as to the memory capacity is not enough for company, so the development of fingerprint identification is not very well.this thesis analyses the situation of the study of the fingerprint identification technology, and the disadvantage of this technology used in realty, in order t

19、o make a improvement in this technology. to build a system of fingerprint identification based on lan, and put the arithmetic and data base on the server. at the same time, we can build a terminal only to take the fingerprint to mcu. in this way, we can improve the rate of system and the capacity of

20、 mcu.this thesis mainly to solve those problems as follows:1. enlarge the capacity of system.2. based on lan to establish a fingerprint identification system, realized data sharing.3. improve the rate of the system.keywords：fingerprint identification technology; database storage capacity; lan; opera

21、tion rate第1章 緒 論自古以來身份識別就是十分重要的，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，身份識別的技術(shù)也有了跨越式的發(fā)展。其中最新的技術(shù)就是生物識別技術(shù)，在生物識別技術(shù)中，指紋識別技術(shù)是技術(shù)最成熟，應用最廣泛的。1.1 課題來源該課題為自選課題。1.2 課題背景隨著科技的發(fā)展，信息化和科技化的時代的到來，身份的識別也越突發(fā)顯得重要，尤其是保密性要求比較高的行業(yè)。但是更多的是現(xiàn)代化生活所需要的現(xiàn)代化簽到考勤系統(tǒng)，正是這種需要，推動了識別技術(shù)的發(fā)展。生物識別技術(shù)在20世紀70年代到80年代便有了空前的發(fā)展。到目前為止，生物識別技術(shù)在某些領(lǐng)域已經(jīng)相當成熟，尤其是指紋識別技術(shù)。但是，由于目前的指紋識別系統(tǒng)

22、存儲容量太小，運算速率太慢，而且對于某些指紋無法識別，所以解決這些問題對于指紋識別技術(shù)發(fā)展尤為重要。1.3 國內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析我國指紋識別技術(shù)發(fā)展相對于美國、日本要晚10年到20年的時間。指紋識別產(chǎn)品在我國最早出現(xiàn)是90年代時期，當時只是寥寥數(shù)十家，而產(chǎn)業(yè)化起步應該是2000年以后。2000年之前，處于核心技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)階段，2000年以后，形成了一定的產(chǎn)業(yè)供求關(guān)系，有核心算法提供商，有指紋模塊提供商，也有指紋產(chǎn)品經(jīng)銷商。到2004年，隨著移動存儲設(shè)備等數(shù)碼類產(chǎn)品的大量使用，指紋技術(shù)與數(shù)碼類產(chǎn)品結(jié)合應用的局面才鋪開，但經(jīng)過這幾年的發(fā)展，指紋識別產(chǎn)業(yè)在我國已經(jīng)形成了很大的產(chǎn)業(yè)，其

23、中最主要的就是考勤應用。如果說2004年之前處于從點到線的狀態(tài)，那么2004年之后指紋產(chǎn)業(yè)開始從線到面的發(fā)展。在很多信息安全領(lǐng)域，甚至金融支持領(lǐng)域都出現(xiàn)了指紋技術(shù)應用方案，但是最常見的是在企事業(yè)機關(guān)考勤的應用。1.4 使用的開發(fā)平臺本系統(tǒng)開發(fā)工具采用visual c+6.0（簡稱vc或vc6.0）。microsoft visual c+，（簡稱visual c+、msvc、vc+或vc）微軟公司的c+開發(fā)工具，具有集成開發(fā)環(huán)境，可提供編輯c語言，c+以及c+/cli等編程語言。visual c+6.0，是微軟推出的一款c+編譯器，將“高級語言”翻譯為“機器語言（低級語言）”的程序。visual

24、 c+6.0不僅是一個c+編譯器，而且是一個基于windows操作系統(tǒng)的可視化集成開發(fā)環(huán)境（integrated development environment，ide）。雖然微軟公司不斷推出新的版本，可是由于其他版本都存在很大的局限性，所以在實際運用中多使用visual c+6.0平臺。第2章 系統(tǒng)總體分析和設(shè)計整個識別系統(tǒng)大體上可以分成兩個部分：一部分是基于企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的以太網(wǎng)，一部分是指紋識別終端。識別系統(tǒng)的指紋識別算法存放在以太網(wǎng)的服務(wù)器上，由服務(wù)器進行比對算法的運算，而指紋終端只用來采集指紋和顯示比對結(jié)果。2.1 識別系統(tǒng)識別系統(tǒng)由指紋數(shù)據(jù)/驗證服務(wù)器和基于51芯片的指紋終端組成，二

25、者之間通過局域網(wǎng)進行連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。其結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖指紋數(shù)據(jù)/驗證服務(wù)器上存儲著識別程序和指紋數(shù)據(jù)，當指紋終端通過中斷響應向其發(fā)送指紋信息后，服務(wù)器會進行識別算法來識別指紋終端發(fā)送過來的指紋是否和數(shù)據(jù)庫中的指紋一致。經(jīng)過識別算法后，服務(wù)器通過以太網(wǎng)將識別后的結(jié)果傳送給指紋終端，指紋終端的單片機在接收到識別結(jié)果后會通過lcd顯示器來顯示所識別的結(jié)果。服務(wù)器和指紋終端之間通過以太網(wǎng)芯片接口和rj-45來連接，實現(xiàn)之間的通信。以太網(wǎng)芯片和rj-45之間需要由電壓轉(zhuǎn)換芯片進行電平轉(zhuǎn)換，否則無法實現(xiàn)與以太網(wǎng)服務(wù)器的通信。而指紋終端除了要有以太網(wǎng)芯片，還需要有指紋傳感器，指紋傳

26、感器本身就具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，所以不需要再進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。服務(wù)器和指紋終端之間的通過以太網(wǎng)來連接，其中的以太網(wǎng)是基于公司的局域網(wǎng)。由于公司的局域網(wǎng)中的用戶數(shù)據(jù)傳送快，而且數(shù)據(jù)傳送沒有互聯(lián)網(wǎng)那么擁擠，所以這樣的數(shù)據(jù)傳送既充分利用了資源又提高了整個系統(tǒng)的運行速率。2.1.1 指紋識別原理指紋識別算法最終都歸結(jié)為在指紋圖象上找到并比對指紋的特征。指紋的特征我們定義了指紋的兩類特征來進行指紋的驗證：總體特征和局部特征。總體特征是指那些用人眼直接就可以觀察到的特征，包括：基本紋路圖案環(huán)型（loop）,弓型（arch）,螺旋型（whorl）。指紋圖片如圖2-2所示。 圖2-2 指紋圖片模式區(qū)（pattern

27、area）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。核心點（core point）位于指紋紋路的漸進中心，它用于讀取指紋和比對指紋時的參考點。三角點（delta）位于從核心點開始的第一個分叉點或者斷點、或者兩條紋路會聚處、孤立點、折轉(zhuǎn)處，或者指向這些奇異點。三角點提供了指紋紋路的計數(shù)和跟蹤的開始之處。式樣線（type lines）是在指包圍模式區(qū)的紋路線開始平行的地方所出現(xiàn)的交叉紋路，式樣線通常很短就中斷了，但它的外側(cè)線開始連續(xù)延伸。紋數(shù)（ridge count）指模式區(qū)內(nèi)指紋紋路的數(shù)量。在計算指紋的紋數(shù)時，一般先在連接核心點和三角點，這條連線與指紋紋路相交

28、的數(shù)量即可認為是指紋的紋數(shù)。局部特征是指指紋上的節(jié)點。兩個指紋或許在總體特征上相同，但是在局部特征上肯定會有所不同，因為不同的指紋在某個節(jié)點上會存在分叉或者斷點。所以只要把采集來的指紋信息的總體特征和局部特征與數(shù)據(jù)庫中的信息進行比對就能確認信息是否正確。2.1.2 指紋采集實現(xiàn)本系統(tǒng)運用了富士通公司生產(chǎn)的電容性指紋傳感器mbf200，這種傳感器內(nèi)置有模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，并且具有自動檢測指紋功能。而且mbf200內(nèi)部有40k的super flash，但是一幅指紋數(shù)據(jù)需要75k的空間，所以在使用時需要對系統(tǒng)進行存儲擴展。mbf200芯片內(nèi)部圖如圖2-3所示。圖2-3 mbf200內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖當傳感器將指紋

29、數(shù)據(jù)采集到后便可存儲到相應的存儲區(qū)，以便以后的使用和比對。就本系統(tǒng)而言，單片機直接把指紋數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)芯片和rj-45傳送給服務(wù)器。2.2 指紋終端指紋數(shù)據(jù)/驗證服務(wù)器主要用來存放指紋識別的算法和指紋數(shù)據(jù)；指紋終端主要用來采集指紋信息和顯示與數(shù)據(jù)庫指紋對比的結(jié)果。指紋終端的結(jié)構(gòu)圖如圖2-4所示。圖2-4 指紋終端結(jié)構(gòu)圖指紋終端由單片機（sst89e554rc）、片外數(shù)據(jù)flash、以太網(wǎng)芯片（rlt8019as）和rj-45接口、指紋傳感器（mbf200）、lcd1602顯示器組成。單片機用來處理指紋傳感器所采集來的指紋信息，并向服務(wù)器發(fā)出終端請求和接收服務(wù)器所返回的結(jié)果，并顯示對比結(jié)果。mb

30、f200屬于電容性傳感器，內(nèi)部有40k的flash，而一幅指紋圖像需要存儲空間75kb，為了保存指紋圖像數(shù)據(jù)，必須為系統(tǒng)擴展外部存儲。系統(tǒng)存儲擴展圖如圖2-5所示。圖2-5 系統(tǒng)存儲擴展圖以太網(wǎng)芯片和rj-45用來接入以太網(wǎng)，實現(xiàn)指紋終端和服務(wù)器之間的通信。指紋傳感器用來采集指紋信息，并通過單片機的控制傳送到服務(wù)器上面進行對比。lcd顯示器用來顯示當前所采集的指紋信息經(jīng)過以太網(wǎng)服務(wù)器對比的結(jié)果。lcd顯示模塊電路圖，如圖2-6所示。圖2-6 lcd顯示部分另外，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機和指紋傳感器的生產(chǎn)技術(shù)的提高，指紋終端的也可以得到相應的提高。尤其是指紋傳感器識別成功率的提高，這樣對手指的

31、潔凈程度要求就沒有那么高。其中以太網(wǎng)芯片技術(shù)的提高更能提高指紋終端和服務(wù)器之間數(shù)據(jù)傳送速率，提高整個系統(tǒng)的運行速率。第3章 以太網(wǎng)的建立3.1 tcp/ip協(xié)議tcp/ip（傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）是互聯(lián)網(wǎng)中的基本通信語言或協(xié)議。在私網(wǎng)中，它也被用作通信協(xié)議。當你直接連接網(wǎng)絡(luò)時，你的計算機應提供一個tcp/ip程序的副本，此時接收你所發(fā)送的信息的計算機也應有一個tcp/ip程序的副本。udp與tcp位于同一層，但它不管數(shù)據(jù)包的順序、錯誤或重發(fā)。因此，udp不被應用于那些使用虛電路的面向連接的服務(wù)。但是udp比tcp要簡化，所以在運行速率上要快些，根據(jù)本系統(tǒng)的需要我選擇udp協(xié)議。ip層接收由更

32、低層（網(wǎng)絡(luò)接口層例如以太網(wǎng)設(shè)備驅(qū)動程序）發(fā)來的數(shù)據(jù)包，并把該數(shù)據(jù)包發(fā)送到更高層- udp層；相反，ip層也把從udp層接收來的數(shù)據(jù)包傳送到更低層。3.2 以太網(wǎng)協(xié)議的實現(xiàn)首先對協(xié)議中運用的公共數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)執(zhí)行定義：如mac地址格式、ip地址格式、系統(tǒng)的地址配置、緩沖區(qū)格式及大小。其中mac，ip地址格式都是固定的，系統(tǒng)的配置用于確定系統(tǒng)的ip地址及端口以及mac地址值。由于系統(tǒng)中傳送的數(shù)據(jù)較大，必須定義用于傳送數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，長度為1500b，而接收的數(shù)據(jù)十分基本，因此無需緩沖區(qū)。其次，定義arp數(shù)據(jù)幀頭結(jié)構(gòu)及arp高速緩沖表，數(shù)據(jù)幀必須根據(jù)標準定義，高速緩沖表至少要含有ip地址及相對應的mac地址

33、2項。由于本系統(tǒng)連接的對象只有數(shù)據(jù)服務(wù)器，因此，在系統(tǒng)原始化建立連接時填入arp緩沖表信息，而不必實現(xiàn)定時更新。本系統(tǒng)所用到的以太網(wǎng)協(xié)議及在各層中的作用如表3-1所示。表3-1 各層所用對應的tcp/ip協(xié)議族osi中的層功能協(xié)議傳輸層提供對端的接口tcp，udp網(wǎng)絡(luò)層為數(shù)據(jù)包選擇路由ip,igmp等協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層傳輸有地址的幀以及錯誤檢測功能slip,cslip,ppp,mtu物理層以二進制數(shù)據(jù)形式在物理媒體上傳輸數(shù)據(jù)ieee802,ieee802.2根據(jù)以太網(wǎng)標準定義ip及icmp數(shù)據(jù)幀格式。網(wǎng)絡(luò)層的的主要工作有：對上一層傳下來的數(shù)據(jù)包，加上ip首部和ip校驗和，發(fā)往下一層；以及對下一層傳

34、上來的數(shù)據(jù)包，執(zhí)行校驗和檢查，若正確去掉ip首部，送往上一層；對收到的icmp的回顯請求包，按照格式組裝1個icmp的回顯應答包并發(fā)送，以便于響應服務(wù)器的ping程序。最后，根據(jù)標準定義udp數(shù)據(jù)幀格式。這一層的主要工作有：對運用層傳下來的數(shù)據(jù)包，加上udp首部和udp校驗和，發(fā)往下一層。以及對下一層傳上來的數(shù)據(jù)包，執(zhí)行校驗和檢查，若正確去掉udp首部，提出數(shù)據(jù)送給運用層。3.3 數(shù)據(jù)通信的實現(xiàn)根據(jù)系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)量大而接收數(shù)據(jù)量很小的特點，加之單片機的處理速度有限，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳送程序放到主程序中執(zhí)行調(diào)用，而接收數(shù)據(jù)采用中斷方式。當系統(tǒng)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，首先在傳輸層將數(shù)據(jù)加上udp首部，再調(diào)用網(wǎng)絡(luò)層

35、函數(shù)給其加ip首部，然后到鏈路層從arp表中查詢mac地址，填入相應位置，并發(fā)給網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序傳到以太網(wǎng)上。當收到網(wǎng)絡(luò)中斷就讀取數(shù)據(jù)，根據(jù)包的種類分別傳給arp或ip協(xié)議，由每一層自行處理數(shù)據(jù)，最后由單片機調(diào)用顯示程序顯示接收到的比對結(jié)果。第4章 指紋終端4.1 指紋終端結(jié)構(gòu)指紋數(shù)據(jù)/驗證服務(wù)器主要用來存放指紋識別的算法和指紋數(shù)據(jù)；指紋終端主要用來采集指紋信息和顯示與數(shù)據(jù)庫指紋對比的結(jié)果。指紋采集終端結(jié)構(gòu)圖，如圖4-1所示。圖4-1 指紋采集終端結(jié)構(gòu)圖根據(jù)結(jié)構(gòu)圖可知：指紋終端由單片機、指紋傳感器、lcd顯示器、以太網(wǎng)芯片、rj-45接口和片外數(shù)據(jù)flash組成。由指紋傳感器采集指紋傳送給單片機，

36、單片機通過以太網(wǎng)芯片將數(shù)據(jù)傳送給以太網(wǎng)。所傳送的數(shù)據(jù)在服務(wù)器上進行算法比對，得出結(jié)論并將所的比對的結(jié)論再傳送給單片機，由單片機通過串口給lcd顯示出來。這樣可以減少指紋終端的工作壓力，使得系統(tǒng)能夠高效率的運行。4.2 指紋終端各部分作用指紋終端由單片機、指紋傳感器、lcd顯示器、以太網(wǎng)芯片、rj-45接口和片外數(shù)據(jù)組成。sst89系列是美國sst公司推出的高可靠、小扇區(qū)結(jié)構(gòu)的flash單片機，內(nèi)部嵌入40kb的super flash。它是終端的cpu，用來處理指紋傳感器的數(shù)據(jù)、lcd顯示器的數(shù)據(jù)以及和以太網(wǎng)的通信。傳感器mbf200屬于電容性傳感器，支持3種接口形式，即mcu接口模式、spi接

37、口模式和usb接口模式。系統(tǒng)采用微處理器接口模式，在此模式下可將mbf200與51系列單片機8位數(shù)據(jù)總線直接相連，其接口形式非?；?，且微處理器接口模式在mbf200的3種接口模式下，數(shù)據(jù)傳輸率最高，可以滿足對連續(xù)指紋圖像采集和比對的需要。傳感器mbf200的外圍電路如圖4-2所示。圖4-2 指紋傳感器外圍電路為了保存指紋圖像數(shù)據(jù)，必須為系統(tǒng)擴充外部存儲器。mbf200一幅指紋掃描圖像需要存儲空間為75kb，因此系統(tǒng)采用sst公司的flash存儲器sst 39sf040a對數(shù)據(jù)存儲器執(zhí)行存儲擴充，其容量為128k8位。由于51單片機地址線只有16位，系統(tǒng)采用p1口對存儲空間執(zhí)行分段訪問。其中，

38、指紋圖像數(shù)據(jù)及識別數(shù)據(jù)采用固定地址執(zhí)行存儲，數(shù)據(jù)讀取容易實現(xiàn)。lcd顯示器用于顯示比對結(jié)果信息。為了方便系統(tǒng)設(shè)計，采用lcd1602顯示模塊。用來顯示當前所采集信息比對后的結(jié)果。以太網(wǎng)芯片和rj-45接口用于將指紋終端接入網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)與服務(wù)器的通信。第5章 系統(tǒng)詳細設(shè)計5.1 以太網(wǎng)建立的詳細設(shè)計以太網(wǎng)的建立包括兩方面的設(shè)計，一方面是拓撲結(jié)構(gòu)的選擇，另一方面以太網(wǎng)的調(diào)試。因為系統(tǒng)是基于企業(yè)局域網(wǎng)的系統(tǒng)，故應選用最常用的拓撲結(jié)構(gòu)，不但方面系統(tǒng)的擴展而且結(jié)構(gòu)簡單便于操作。以太網(wǎng)在建立時要設(shè)置協(xié)議，通過ping命令來檢查是否能實現(xiàn)通信。5.1.1 拓撲結(jié)構(gòu)以太網(wǎng)又稱拓撲結(jié)構(gòu)，計算機網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)是引用

39、拓撲學中研究與大小，形狀無關(guān)的點，線關(guān)系的方法。把網(wǎng)絡(luò)中的計算機和通信設(shè)備抽象為一個點，把傳輸介質(zhì)抽象為一條線，由點和線組成的幾何圖形就是計算機網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)反映出網(wǎng)中個實體的結(jié)構(gòu)關(guān)系，是建設(shè)計算機網(wǎng)絡(luò)的第一步，是實現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基礎(chǔ)，它對網(wǎng)絡(luò)的性能，系統(tǒng)的可靠性與通信費用都有重大影響。最基本的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)有：環(huán)形拓撲、星行拓撲、總線拓撲三個。根據(jù)實際的需要，在本系統(tǒng)中我們使用總線型結(jié)構(gòu)。總線型網(wǎng)絡(luò)不但便于建立而且在使用起來比較方便，更適用于大型企業(yè)。其中總線型拓撲結(jié)構(gòu)如圖5-1所示。圖5-1 總線型結(jié)構(gòu)圖5.1.2 以太網(wǎng)的建立以太網(wǎng)的建立的設(shè)計包括應用層的設(shè)計、傳輸層的設(shè)

40、計、網(wǎng)絡(luò)層的設(shè)計和鏈路層設(shè)計。在運用層，由于本嵌入式系統(tǒng)無http，ftp等運用，所以其中的協(xié)議無需實現(xiàn)。在傳輸層，tcp為2臺主機提供面向連接的、可靠的、無重復的雙向數(shù)據(jù)流傳輸服務(wù)，但其實現(xiàn)對系統(tǒng)資源的耗費非常大。而udp的實現(xiàn)比較基本，它在嵌人式運用場合可以很好的運用。考慮到系統(tǒng)的簡化及速度的要求，采用udp協(xié)議，為了確保udp數(shù)據(jù)的到達，在運用程序中采用了重復發(fā)送、回復確認的方式來保證數(shù)據(jù)的正確性。在網(wǎng)絡(luò)層，由于系統(tǒng)要求能夠在intranet執(zhí)行通信，因此系統(tǒng)要實現(xiàn)ip協(xié)議。同時，為了能夠測試系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的連接，系統(tǒng)實現(xiàn)了icmp協(xié)議中的ping應答協(xié)議。在鏈路層上，系統(tǒng)必須實現(xiàn)ieee8

41、02.3所規(guī)定的cdmacd協(xié)議，而此協(xié)議只要采用通用的以太網(wǎng)接口芯片就可支持。為了保證系統(tǒng)在以太網(wǎng)中的通信，系統(tǒng)實現(xiàn)了arp應答協(xié)議，該協(xié)議用于將ip地址映射成以太網(wǎng)mac地址。在兩臺電腦的網(wǎng)卡設(shè)置里面，有個tcp/ip協(xié)議，打開后輸入ip地址和，掩碼都是，網(wǎng)關(guān)可任意填入一臺電腦的ip，但兩臺必須一樣。然后把兩臺機器用集線器或者交換機或者帶交換機功能的路由器連接起來，就可以實現(xiàn)系統(tǒng)各個部分之間的聯(lián)網(wǎng)通訊。傳統(tǒng)以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)如圖5-2所示。圖5-2 傳統(tǒng)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖全面的測試應包括局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)兩個方面，因此應從局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)

42、兩個方面測試，以下是在實際工作中利用命令行測試tcp/ip配置步驟：1、單擊“開始”/“運行”，輸入cmd按回車，打開命令提示符窗口。2、首先檢查ip地址、子網(wǎng)掩碼、默認網(wǎng)關(guān)、dns服務(wù)器地址是否正確，輸入命令ipconfig/all,按回車。此時顯示了你的網(wǎng)絡(luò)配置，觀查是否正確。3、輸入ping ，觀查網(wǎng)卡是否能轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，如果出現(xiàn)“request timed out”，表明配置差錯或網(wǎng)絡(luò)有問題。4、ping一個互聯(lián)網(wǎng)地址，如ping ,看是否有數(shù)據(jù)包傳回，以驗證與互聯(lián)網(wǎng)的連接性。5、ping一個局域網(wǎng)地址，觀查與它的連通性。6、用nslookup測

43、試dns解析是否正確，輸入如nslookup，查看是否能解析。如果你的計算機通過了全部測試，則說明網(wǎng)絡(luò)正常，否則網(wǎng)絡(luò)可能在某個方面出現(xiàn)了問題。5.2 指紋終端硬件設(shè)計指紋終端結(jié)構(gòu)圖如圖5-3所示。圖5-3 指紋終端結(jié)構(gòu)圖根據(jù)結(jié)構(gòu)圖可知：指紋終端由六部分組成，分別是單片機、片外數(shù)據(jù)flash、以太網(wǎng)芯片和rj-45接口、指紋傳感器、顯示部分。其中單片機使用的是sst89e554rc，片外的flash采用的是sst39ff040，以太網(wǎng)接口芯片采用rlt8019as與rj-45進行連接。指紋終端通過rj-45和pc機連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信。由系統(tǒng)存儲擴展圖可知，共有16為地址總線（a0a15），3位控

44、制線（a16a18，分別由p3.0p3.2控制）；所以系統(tǒng)存儲能夠擴展128k8，滿足指紋終端所需存儲空間。圖5-4 以太網(wǎng)芯片外圍電路以太網(wǎng)的外圍電路圖如圖5-4所示。以太網(wǎng)芯片用的是20mhz的晶振，這一點和單片機的12mhz晶振是不一樣的，所以在初始化時要初始化成不同的波特率。指紋傳感器通過20f10連接到rj-45上，實現(xiàn)與局域網(wǎng)之間的通信。其中指紋傳感器本身能將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號，通過數(shù)據(jù)通信端口傳送給單片機和服務(wù)器。5.3 系統(tǒng)程序設(shè)計根據(jù)實際情況，在指紋傳感器沒有收集到指紋信息時，指紋終端一直處于延時檢測狀態(tài)；當指紋傳感器收集到指紋信息時，指紋傳感器會發(fā)出中斷請求，待單片機響

45、應其中斷。單片機響應中斷過程中，通過所建立的以太網(wǎng)向服務(wù)器傳送所收集到的指紋信息，并等待服務(wù)器返回的比對結(jié)果。收到比對結(jié)果后，單片機通過lcd顯示器向用戶顯示結(jié)果。指紋傳感器在調(diào)用之前必須對指紋傳感器進行初始化并使其處于接受指紋圖像輸入的狀態(tài)。根據(jù)系統(tǒng)流程需要可以設(shè)計出系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)流程圖，如下圖5-5所示。圖5-5 系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)在最開始時要對單片機、指紋傳感器和以太網(wǎng)芯片進行初始化。首先是對單片機的初始化，單片機共有四種工作方式，其串行口是可編程接口，對它初始化編程只需用兩個控制字分別寫入特殊功能寄存器和電源控制寄存器中即可。串行通訊的方式選擇、接收和發(fā)送控制以及串行口的狀態(tài)標志等均由特殊功

46、能寄存器來控制和指示。單片機的初始化程序如下：scon=0x50; /設(shè)置控制字tmod=0x20; /選擇定時器t0sp=0x60;ea=1; /開啟中斷es=1;ri=0; /清除符號標志位tr0=1; /開啟定時器t0th0=0xf3;tl0=0xf3; /設(shè)置波特率其次是實現(xiàn)指紋識別系統(tǒng)中串口及以太網(wǎng)芯片的初始化，它的初始化是通過在指紋識別系統(tǒng)主程序的主對話框的初始化函數(shù)中調(diào)用指紋傳感器的初始化函數(shù)fingerinit()來初始化com接口的，未初始化之前，其它函數(shù)的調(diào)用都無效。若初始化成功該函數(shù)返回0，失敗則返回1。如果之前調(diào)用fingerinit()并成功，第二次調(diào)用將不做任何動作

47、，直接返回0。由于在識別系統(tǒng)中串口只用來發(fā)送與pc機通信信號，所以無需設(shè)置與接收數(shù)據(jù)有關(guān)的參數(shù)，只需對以下參數(shù)進行設(shè)置。這是通過控制變量m來完成的。m.setcommport(1)； /選擇串口com1m.setportopen(true)； /打開串口m.setinputmode(1)； /設(shè)置輸入方式為二進制方式m.setsetting (“9600，n，8，1”)； /設(shè)置波特率參數(shù)，波特率9600，無校驗，8個數(shù)據(jù)位，1個停止位而以太網(wǎng)芯片的初始化可以根據(jù)需要設(shè)置成一下形式，以太網(wǎng)初始化過后就能進行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。初始化程序設(shè)計如下：cr=0x21；/選擇頁0寄存器，禁止接收或發(fā)送包

48、，使芯片處于停止模式進行寄存器的設(shè)置page(0)；/清除遠程字節(jié)個數(shù)rcr=0x04； /設(shè)置接收配置寄存器，接收監(jiān)聽模式tcr=0x02； /設(shè)置發(fā)送配置寄存器，發(fā)送內(nèi)部環(huán)回pstart=0x4c； /接收緩沖區(qū)首地址pstop=0x80； /接收緩沖區(qū)末地址dcr=0xc8； /設(shè)置發(fā)送配置寄存器，8位dma方式curr=0x4d；/curr寫指針地址， 寄存器內(nèi)容指向接收緩沖區(qū)中第一個可用于接收新數(shù)據(jù)的頁面mar0mar7 /多點播送地址寄存器par0par5 /將網(wǎng)卡地址寫入到mar寄存器rcr=0xcc； /接收配置寄存器，只接收廣播地址和par0-5的地址tcr=0xe0； /發(fā)

49、送配置寄存器，其工作在正常模式cr=0x22；isr=0xff； /清除所有中斷標志位在各部分都初始化以后，系統(tǒng)就能根據(jù)程序的設(shè)計開始工作運行。首先檢測指紋傳感器上是否有信號傳送過來，若有信息傳送過來，單片機就將數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)芯片傳送給以太網(wǎng)的服務(wù)器進行指紋的比對。服務(wù)器比對完成后將結(jié)果給單片機的顯示模塊；若沒有信息傳送過來則一直進行循環(huán)等待的過程，并顯示系統(tǒng)的信息。5.4 部分電路仿真指紋采集終端初始化后，單片機控制lcd顯示系統(tǒng)信息仿真，如圖5-6所示。這是簡化后的仿真，實際中可以用來顯示公司企業(yè)的名稱以及當前時間。圖5-6 初始化后顯示系統(tǒng)信息雖然只是簡化后的仿真，但是可以看出在實際中這

50、項功能的運用是十分廣泛的。在以太網(wǎng)服務(wù)器進行指紋比對后，把比對結(jié)果傳送給單片機。如果指紋比對正確則單片機通過顯示程序在lcd上顯示“yes”，其仿真圖如5-7所示。如果指紋比對錯誤則單片機通過顯示程序在lcd上顯示“no”，其仿真圖如圖5-8所示。另外，在數(shù)據(jù)傳送時，lcd會顯示“convey”。圖5-7 指紋比對結(jié)果正確時仿真圖圖5-8 指紋比對錯誤時仿真圖將傳感器觸發(fā)的程序調(diào)用和以太網(wǎng)返回比對結(jié)果所觸發(fā)的中斷都換成外部觸發(fā)信號來替代，這樣當it1有效時單片機將數(shù)據(jù)由p2口發(fā)送出去；當it0有效時，根據(jù)返回的比對結(jié)果顯示不同的字符串。當指紋采集終端與以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信時顯示模塊就會顯示“convey”狀態(tài)，雖然是簡化的仿真，但是卻有這很好的實際意義。結(jié) 論本系統(tǒng)由于在服務(wù)器上進行識別算法運算，指紋采集終端的存儲容量也有所擴大，并且是基于以太網(wǎng)的