基于生物特征的汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告

1、（汽車行業(yè)）基于生物特征 的汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告20xx年xx月多年的企業(yè)咨詢豉問(wèn)經(jīng)驗(yàn).經(jīng)過(guò)實(shí)戰(zhàn)驗(yàn)證可以落地機(jī)行的卓越管理方案，值得您下載擁有嵌入式系統(tǒng)綜合訓(xùn)練課程設(shè)計(jì)系別： 計(jì)算機(jī)系專業(yè)： 計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)年級(jí)： 07 級(jí)姓名： 林嵩泳學(xué)號(hào)： 0702012120班級(jí)： 科學(xué)和技術(shù)3 班組員： 秦能2010 年 6 月 29 日目錄1 . 整體介紹錯(cuò)誤! 未定義書簽。1.1 發(fā)展前景11.2 總體設(shè)計(jì)12 .硬件部分 12.1 硬件元器件12.2 分工過(guò)程 23 .軟件部分23.1 指紋管理模塊23.2 語(yǔ)音管理模塊23.3 gprs 管理模塊 34 .指紋管理模塊的具體工作34.1 發(fā)展前

2、景34.2 技術(shù)困難34.3 總體設(shè)計(jì)方案45 .基于方向圖的動(dòng)態(tài)閥值指紋圖像二值化方法46 .指紋識(shí)別系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)56.1 硬件結(jié)構(gòu)56.2 電路設(shè)計(jì)57 .項(xiàng)目心得67.1 系統(tǒng)的不足或可改進(jìn)部分67.2 感受及收獲68 .參考文獻(xiàn)6整體介紹8.1 發(fā)展前景汽車防盜器就是壹種安裝在車上，使汽車不會(huì)丟失的裝置，目前防盜器按其結(jié)構(gòu)和功能可分四大類：機(jī)械式、電子式、芯片式和網(wǎng)絡(luò)式，四者各有優(yōu)劣，但汽車防盜的發(fā)展方向是向智能程度更高的芯片式和網(wǎng)絡(luò)式發(fā)展。目前已經(jīng)出現(xiàn)了許多生物識(shí)別技術(shù)，如指紋識(shí)別、聲音識(shí)別、虹膜識(shí)別、視網(wǎng)膜識(shí)別、面部識(shí)別等，但其中壹部分技術(shù)含量高的生物識(shí)別手段仍處于實(shí)驗(yàn)階段。使用

3、有生物特征的汽車防盜器在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)正處于起步階段。汽車的大量普及數(shù)字化的不斷提高，使用生物特征的防盜方式將取代傳統(tǒng)的防盜方式。中國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)正飛速向上增長(zhǎng)，這意味著巨大的市場(chǎng)空間，使用具有生物特征的汽車防盜系統(tǒng)將擁有十分良好的市場(chǎng)前景?？傮w設(shè)計(jì)我們的基于生物特征識(shí)別的汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)，主要以凌陽(yáng) spce061a單片機(jī)作為主芯片，采納凌陽(yáng)spce061a單片機(jī)具有的連接喇叭而發(fā)聲的揚(yáng)聲模塊，連接能夠錄制聲音的麥克風(fēng)，連接fps200的指紋模塊，連接發(fā)送無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的mc35i芯片的gprs報(bào)警模塊。我們當(dāng)下模擬壹下這個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作：車主來(lái)到汽車面前，首先對(duì)車主的指紋進(jìn)行識(shí)別和驗(yàn)證，然后車主用語(yǔ)音開(kāi)啟車

4、門，系統(tǒng)錄制后，和數(shù)據(jù)庫(kù)中的備份語(yǔ)音進(jìn)行核對(duì)，語(yǔ)音正確，則系統(tǒng)打開(kāi)車門，然后系統(tǒng)自動(dòng)掛變，關(guān)閉控制車門的模塊，車主進(jìn)入汽車后由手動(dòng)鎖車門，以及用車主鑰匙啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。 如果在驗(yàn)證車主時(shí)， 驗(yàn)證失敗3次后，就馬上啟動(dòng)系統(tǒng)中的 gprs 報(bào)警系統(tǒng)，通知車主和警察。硬件部分硬件元器件支持功能所需硬件模塊2 2 分工過(guò)程語(yǔ)音識(shí)別凌陽(yáng) spce061a我負(fù)指紋識(shí)別指紋模塊fps200責(zé)凌陽(yáng)61agprsgprs 模塊 mc35i單片機(jī)的喇叭，麥克風(fēng)指紋識(shí)另模塊和gprs模塊，我的組員秦能負(fù)責(zé)凌陽(yáng)61a單片機(jī)的鏈路連接模塊和語(yǔ)音識(shí)別模塊。3 .軟件部分總體軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，我們是采用模塊化設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)能夠

5、劃分為指紋管理模塊、語(yǔ)音管理模塊和gprs管理模塊。3.1 指紋管理模塊指紋管理模塊具體的是將車主的指紋備份，在發(fā)動(dòng)機(jī)驗(yàn)證啟動(dòng)模塊驗(yàn)證車主指紋，驗(yàn)證成功后，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)；驗(yàn)證不成功，要求重新輸入指紋。3.2 語(yǔ)音管理模塊語(yǔ)音管理模塊也就是車門開(kāi)啟模塊。車門開(kāi)啟流程是：輸入開(kāi)門語(yǔ)音，若語(yǔ)音正確則開(kāi)車門鎖，否則無(wú)反應(yīng)。車主進(jìn)入汽車后，系統(tǒng)掛變，且且關(guān)閉系統(tǒng)。3.3 gprs管理模塊報(bào)警流程是報(bào)警裝置初始化后，若汽車發(fā)動(dòng)機(jī)非法啟動(dòng)而又沒(méi)有通過(guò)指紋識(shí)別時(shí)，則點(diǎn)火裝置分離、gprs短信通知車主等相應(yīng)的警報(bào)狀況。4 .指紋管理模塊的具體工作4.1 發(fā)展前景20世紀(jì)80年代，個(gè)人電腦、光學(xué)掃描這倆項(xiàng)技術(shù)的革新

6、，使得它們作為指紋取像的工具成為現(xiàn)實(shí)，從而使指紋識(shí)別能夠在其他領(lǐng)域中得以應(yīng)用，比如代替ic卡。當(dāng)下（90年代后期）,低價(jià)位取像設(shè)備的引入及其飛速發(fā)展，可靠的比對(duì)算法的發(fā)現(xiàn)為個(gè)人身份識(shí)別應(yīng)用的增長(zhǎng)提 供了舞臺(tái)。相對(duì)于其他身份鑒定技術(shù)，指紋識(shí)別技術(shù)之所以優(yōu)于其他身份鑒定技術(shù)而被廣泛采用的原 因：指紋是獨(dú)壹無(wú)二的，倆人之間不存在著相同的指紋；指紋是相當(dāng)固定的，不會(huì)隨年齡、 健康狀況的變化而改變；指紋樣本易于采集，難以偽造，便于開(kāi)發(fā)，實(shí)用性強(qiáng)；每人十指的 指紋皆不相同，可利用多個(gè)指紋構(gòu)成多重口令，提高系統(tǒng)的安全性；指紋識(shí)別中使用的模板且非最初的指紋圖像，而是由圖像提取的關(guān)鍵特征，減小所需存儲(chǔ)的信息量，

7、且在實(shí)現(xiàn)異地確認(rèn)時(shí)，可大大減少網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)擔(dān)，支持網(wǎng)絡(luò)功能。能夠見(jiàn)出，指紋識(shí)別技術(shù)相對(duì)于其他識(shí)別方法有許多獨(dú)到之處，具有很高的實(shí)用性和可行性。4.2 技術(shù)困難指紋圖像其實(shí)是比較復(fù)雜的，它有著許多不同于其他圖像的特征。和人工處理不同，現(xiàn)代的 生物識(shí)別技術(shù)且不直接存儲(chǔ)指紋的圖像，而是記錄從指紋源圖像中提取到的特征，指紋識(shí)別 算法最終都?xì)w結(jié)為在指紋圖像上找到且比對(duì)指紋的特征。我們定義了指紋的倆類特征來(lái)進(jìn)行 指紋的驗(yàn)證：總體特征和局部特征?？傮w特征是指那些用人眼直接就能夠觀察到的特征，包 括：基本紋路圖案：環(huán)型，拱型，漩渦型。其他的指紋圖案都基于這三種基本圖案。僅僅依 靠圖案類型來(lái)分辨指紋是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，

8、這只是壹個(gè)粗略的分類，但通過(guò)分類使得在大數(shù)據(jù)庫(kù) 中搜尋指紋更為方便的。4.3 總體設(shè)計(jì)方案硬件平臺(tái)大致能夠分為 5個(gè)部分：成像系統(tǒng)（傳感器fps200）、核心部分（at89s51單片機(jī)）、 ram、eeprom 等福件。工作原理：指紋經(jīng)傳感器采集后，由傳感器直接轉(zhuǎn)成rgb格式，且且數(shù)據(jù)傳輸?shù)?mcu。mcu需要執(zhí)行大量的模式識(shí)別和圖像處理相關(guān)計(jì)算。固化的程序存儲(chǔ)在eeprom中，這些指令控制了整個(gè)指紋識(shí)別系統(tǒng)的工作流程。ram為內(nèi)存存儲(chǔ)臨時(shí)數(shù)據(jù)。這就構(gòu)成數(shù)據(jù)通道。在指紋算法方面，研究了基于細(xì)節(jié)點(diǎn)特征指紋自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的各部分構(gòu)成以及指紋圖像的預(yù) 處理和細(xì)節(jié)特征提取。5 .基于方向圖的動(dòng)態(tài)閥值指紋

9、圖像二值化方法二值化是指紋圖像預(yù)處理中必不可少的壹步。常用的二值化方法僅僅利用了圖像的灰度信 息，對(duì)指紋圖像的二值化效果很不理想；現(xiàn)有的大部分指紋圖像預(yù)處理方法都是經(jīng)過(guò)濾波處 理后再進(jìn)行二值化，這樣就需要對(duì)圖像進(jìn)行倆次掃描，不利于處理速度的提高。特征點(diǎn)的八鄰域圖方框y方向是該塊陷必， 曲線，可得到近似in而時(shí)圖。將指紋圖像自身的方向結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和源圖像灰度值變化特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，確定對(duì)圖像中每壹像素 點(diǎn)二值化的動(dòng)態(tài)閥值。這種方法取代了壹般指紋圖像預(yù)處理中無(wú)效區(qū)域分割、濾波、增強(qiáng)、 二值化等步驟，壹次完成圖像的二值化功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，該方法得到的二值化圖像能 夠基本保持源圖像上的特征點(diǎn)不丟失，確保了

10、以后的特征提取和比對(duì)的正確性和可靠性。x卜平鼻去線方向m向上各像素點(diǎn)的灰度值做壹i nofc波形艙kw指紋圖像的脊線（指紋圖像中 暗的紋線），而波峰則對(duì)應(yīng)指紋圖像的谷（指紋圖像中亮的紋線）。若所考察的當(dāng)前像素點(diǎn)恰好 落在波谷上，則該點(diǎn)就是指紋脊線點(diǎn)，若所考察的當(dāng)前像素點(diǎn)恰好落在波峰上,則該點(diǎn)就是指紋圖像在結(jié)構(gòu)上和像素算小小的方向；指紋谷點(diǎn)，而谷點(diǎn)至騙聲灰 灰度變化上的這些牛小電出 1,將圖像分成大小l'n»n的 2.對(duì)圖像中的每壹點(diǎn)，以其所在塊的方向作為該像素點(diǎn)的方向，且以該點(diǎn)為中心在其法方n8均，具體公式為3,對(duì)中極大點(diǎn)或極卜向上?。ㄒ及銥槠鏀?shù)）的矩形窗，計(jì)算矩形窗內(nèi)指紋方

11、向每壹列中像素點(diǎn)在法方向上的加權(quán)平4 .找出極大點(diǎn)和極小點(diǎn)位置及對(duì)應(yīng)的值，對(duì)極大值極小值求平均，將此平均值作為該點(diǎn)二值化門限，稱其為動(dòng)態(tài)閥值c5 .將當(dāng)前像素點(diǎn)的加權(quán)平均灰度值和動(dòng)態(tài)閥值進(jìn)行比較，若小于動(dòng)態(tài)閥值，同時(shí)，當(dāng)前像 素點(diǎn)在波形圖極小點(diǎn)壹個(gè)有限的鄰域內(nèi)，則當(dāng)前像素點(diǎn)為脊線點(diǎn)，否則為谷點(diǎn)。本算法在具體實(shí)現(xiàn)中可利用同壹?jí)K中所有像素有同樣方向的條件，推導(dǎo)出快速算法，防止壹些點(diǎn)的重復(fù)掃描，大大縮短處理時(shí)間。6 .指紋識(shí)別系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)6.1 硬件結(jié)構(gòu)指紋識(shí)別系統(tǒng)主要包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、指紋采集部分、串口通信電路、外部存儲(chǔ)部分、開(kāi)關(guān)按鈕，供電系統(tǒng)組成。指紋識(shí)別系統(tǒng)中， 單片機(jī)采用 at89s5

12、1 單片機(jī)， 它是整個(gè)控制器的核心部件。 max232 作為接口芯片用于實(shí)現(xiàn)指紋傳感器串口的 rs-232 信號(hào)和 89s51 串行口的 ttl 信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換。6.2 電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用 at89s51 作為指紋識(shí)別系統(tǒng)的核心處理器，使用單片機(jī)內(nèi)部的 4k 程序存儲(chǔ)器，接 +5v 電源。復(fù)位電路則采用簡(jiǎn)單rc 復(fù)位電路，同時(shí)又可和壹些需要復(fù)位的外圍電路相連，達(dá)到復(fù)位和單片機(jī)同步。串口通信接口設(shè)計(jì)采用 max232 實(shí)現(xiàn) ttl 和 rs-232 的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)和計(jì)算機(jī)通信。7 .項(xiàng)目心得7.1 系統(tǒng)的不足或可改進(jìn)部分目前指紋識(shí)別技術(shù)仍有很多困難。例如：當(dāng)三維的指紋被指紋錄入設(shè)備掃描成二維的數(shù)字

13、圖像時(shí)，會(huì)丟失壹部分信息，手指劃破、割傷、弄臟、不同干濕程度以及不同的按壓方式，仍會(huì)導(dǎo)致指紋圖像的變化，這給可靠的特征提取帶來(lái)了相當(dāng)?shù)乩щy。傳統(tǒng)的基于細(xì)節(jié)點(diǎn)的識(shí)別方法，是依靠提取指紋脊線上的細(xì)節(jié)點(diǎn)，然后對(duì)其位置和類型進(jìn)行匹配，來(lái)識(shí)別指紋的，而噪聲會(huì)影響特征提取準(zhǔn)確度，增加錯(cuò)誤的特征點(diǎn)或丟失真正的特征點(diǎn)。傳統(tǒng)的基于細(xì)節(jié)點(diǎn)識(shí)別算法的不足之處，因?yàn)樗焕昧酥讣y圖像中的壹小部分信息細(xì)節(jié)點(diǎn)位置和方向，作為特征進(jìn)行匹配，丟失的蘊(yùn)涵在圖像中的其他豐富的結(jié)構(gòu)信息。不難想象，基于這種方法的識(shí)別算法，很難全面適應(yīng)指紋的變化。對(duì)于指紋管理模塊中的指紋套取和驗(yàn)證，我組成員暫時(shí)不能將這個(gè)模塊靈活運(yùn)用，指紋管理模塊中，

14、 最大的困難就是不能將指紋很明確的套取出來(lái)， 然后在啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)驗(yàn)證車主指紋。7.2 感受及收獲這個(gè)基于生物特征識(shí)別的汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)的課題，在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，和組員對(duì)這課題做了不少調(diào)研后，學(xué)了很多東西，了解了凌陽(yáng) 61a 單片機(jī)的運(yùn)作過(guò)程，了解怎樣通過(guò)且行口和 usb 口下載需要的程序代碼， 然后在對(duì)其代碼進(jìn)行修改， 直至機(jī)器運(yùn)行起來(lái)。 在做這個(gè)課題時(shí)，我仍比較深入地去了解了指紋的套取，儲(chǔ)存以及驗(yàn)證，將身邊的信息轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)二進(jìn)制代碼存到自己的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之中，這對(duì)學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)的我來(lái)說(shuō)，是很重要的壹種學(xué)習(xí)方式。8 參考文獻(xiàn)1 、阮秋琦，數(shù)字圖像處理學(xué)，電子工業(yè)出版社， 20012 、 tms320vc5409datasheet3 、 fps200solid-statefingerprintsensordatasheet4 、陳躍峰，指紋圖像特征提取的新方法，計(jì)算機(jī)工程和應(yīng)用，20015 、李建華，基于方向圖的動(dòng)態(tài)閩值指紋圖像二值化方法，大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 20026、馮星奎，壹種新的指紋圖像細(xì)化算法，中國(guó)圖像圖形學(xué)報(bào)，19997 、劉文