畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于MCS-51單片機(jī)的指紋識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、. 分類號(hào) UDC 單位代碼 10644 密 級(jí) 公 開 學(xué) 號(hào) 2009050217 學(xué)士學(xué)位論文    基于單片機(jī)的指紋識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)The Design of fingerprint identification System Based on Single Chip論文作者： 趙建康 指導(dǎo)教師： 易 鴻 系 別： 物理與工程技術(shù)系專 業(yè)： 電子科學(xué)與技術(shù)提交論文日期： 2013年 5 月 日 論文答辯日期： 2013年 5 月 日 學(xué)位授予單位： 四川文理學(xué)院    中 國(guó) · 達(dá) 州;摘 要隨著信息時(shí)代的發(fā)展, 自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)已經(jīng)廣泛

2、地應(yīng)用于公安、海關(guān)、銀行、網(wǎng)絡(luò)安全等需要進(jìn)行身份識(shí)別領(lǐng)域。本文概述了自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展?fàn)顩r，介紹了指紋識(shí)別系統(tǒng)的算法流程，以及在此基礎(chǔ)上的指紋圖像的分割算法和指紋圖像細(xì)化算法。并完成基于單片機(jī)的指紋識(shí)別系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)。本文應(yīng)用ZMF-206指紋識(shí)別模塊，設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的指紋識(shí)別硬件電路系統(tǒng)，形成一個(gè)獨(dú)立的指紋識(shí)別控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)和指紋模塊之間的串口通信，通過操作獨(dú)立式鍵盤按鍵，向指紋模塊的DSP芯片發(fā)送相應(yīng)指令，從而執(zhí)行錄入用戶、添加用戶、認(rèn)證用戶、刪除指定用戶、刪除全部用戶、用戶匹配等功能，適用于需要進(jìn)行身份識(shí)別的領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)；指紋識(shí)別；單片機(jī)；串口通

3、信Abstract With the development of the information age, automatic fingerprint identification technology has been widely used in public security, customs, bank, network security, and other areas of the identification is required. This paper summarizes the research status and development status of auto

4、matic fingerprint identification system, the algorithm flow of the fingerprint identification system are introduced, and on the basis of the fingerprint image segmentation algorithm, and fingerprint image thinning algorithm. And finish the fingerprint identification system based on single chip micro

5、computer hardware circuit design. ZMF-206 fingerprint identification module is applied in this article, the design for fingerprint recognition based on single chip microcomputer hardware circuit system, fingerprint identification control system to form an independent. The system can realize serial c

6、ommunication between SCM and fingerprint module, by manipulating the independent type keyboard key, to the fingerprint module of DSP chip to send corresponding instructions, to perform input user, add users, authenticate the user, delete to specify user, delete all user, user matching, and other fun

7、ctions, applicable to the need for identification of areas.Key words: control system; Fingerprint identification; Serial Communications; MCU (Microcontroller Unit)目錄第一章 緒論11.1研究的背景及意義11.2指紋識(shí)別技術(shù)11.2.1指紋識(shí)別技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀11.2.2指紋識(shí)別技術(shù)的特點(diǎn)21.3本課題的內(nèi)容3第二章 指紋識(shí)別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理32.1人類指紋特征32.1.1 指紋的總體特征42.1.2指紋的局部特征52.2指紋圖像的分割62.

8、2.1指紋圖像分割概述62.2.2均值方差法72.3指紋圖像的細(xì)化82.3.1指紋圖像細(xì)化的預(yù)處理82.3.2指紋圖像細(xì)化方法計(jì)算92.4指紋圖像的匹配10第三章 指紋識(shí)別系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)113.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)113.1.1指紋識(shí)別系統(tǒng)功能簡(jiǎn)述113.1.2系統(tǒng)核心部件單片機(jī)113.2指紋識(shí)別系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)123.3硬件系統(tǒng)組成模塊電路133.3.1下載口模塊133.3.2顯示模塊133.3.3電源模塊143.3.4時(shí)鐘模塊143.3.5復(fù)位模塊143.4指紋模塊153.4.1ZMF-206指紋識(shí)別模塊15第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)174.ZFM-206指紋識(shí)別模塊指令系統(tǒng)174.1.1通信方式174.1

9、.2主要通訊協(xié)議命令說明184.2單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)流程圖21第五章 實(shí)物的制作與系統(tǒng)調(diào)試225.1 硬件材料225.2 硬件的焊接與組裝22I5.3 系統(tǒng)的調(diào)試235.3.1單片機(jī)的程序下載235.3.2串口調(diào)試235.3.3液晶顯示器調(diào)試24第六章 總結(jié)和展望25參考文獻(xiàn)26附 錄28附錄A 1602顯示器子程序28II第一章 緒論1.1研究的背景及意義科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展為人類的生產(chǎn)生活帶來了極大的便利，大大地推動(dòng)了現(xiàn)在社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展。在網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代的今天，我們每個(gè)人都擁有大量的認(rèn)證密碼，比如開機(jī)密碼、郵箱密碼、銀行密碼、論壇登陸密碼等等；并配備了各種鑰匙，如門鎖鑰匙，汽車鑰匙，保險(xiǎn)柜鑰匙等

10、。這些都是傳統(tǒng)的安全系統(tǒng)所采用的方式，隨著社會(huì)的發(fā)展，其安全性越來越脆弱。而我們的生活隨時(shí)都需要進(jìn)行個(gè)人身份的確認(rèn)和權(quán)限的認(rèn)定。指紋特征是人終生不變的特征之一，而且不同人的指紋特征相同的可能性幾乎為零。人體指紋含有天然的密碼信息，其具有作為密碼信息必須具備的三個(gè)重要性質(zhì)1：廣泛性，指每一個(gè)正常人都有指紋。唯一性， 指每一個(gè)人的指紋都不同。終生不變性， 指非意外事故指紋終身不變。因此，指紋識(shí)別技術(shù)，作為一種可靠的生物識(shí)別技術(shù)1，受到了人們的重視。盡管人們已經(jīng)對(duì)自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)作了深入廣泛的研究，指紋識(shí)別技術(shù)也獲得了不少應(yīng)用，但是指紋識(shí)別的應(yīng)用在目前并沒有獲得普及，這主要是因?yàn)橹讣y識(shí)別在識(shí)別準(zhǔn)確性

11、和識(shí)別速度方面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足很多實(shí)際應(yīng)用的要求。這就要求研究指紋識(shí)別環(huán)節(jié)中若干問題，這對(duì)于問題的解決很有意義。1.2指紋識(shí)別技術(shù) 1.2.1指紋識(shí)別技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 指紋識(shí)別算法的研究方向主要分為：基于圖像的識(shí)別算法和基于特征的識(shí)別算法2。基于圖像的識(shí)別算法認(rèn)為，指紋圖像的頻域和空域信息可以用來唯一表示并識(shí)別不同的指紋2。它是一種使用全局信息進(jìn)行識(shí)別的方法，例如使用指紋圖像的Fourier頻譜來表示和識(shí)別指紋。這類算法的問題在于圖像特征難以定義和匹配，因此算法的拒識(shí)率和誤識(shí)率較高?；谔卣鞯闹讣y識(shí)別算法是找到并比對(duì)指紋的特征2。指紋特征的復(fù)雜度足以提供用于鑒別的足夠特征。目前大多數(shù)的自動(dòng)指紋識(shí)別系

12、統(tǒng)使用的都是這類算法。指紋特征多種多樣，有特征點(diǎn)、奇異點(diǎn)、域方向圖、脊線數(shù)目，甚至脊線線型等。對(duì)應(yīng)的匹配方法可以分為：基于點(diǎn)模式的匹配，基于脊線的匹配，基于紋理的匹配以及多種細(xì)節(jié)特征混合的匹配方法。大多數(shù)基于特征的識(shí)別算法專注于脊線上的末梢點(diǎn)和分叉點(diǎn)，該方法根據(jù)各個(gè)特征點(diǎn)的位置和方向來表示和區(qū)分指紋，從而使指紋識(shí)別問題轉(zhuǎn)化為判斷兩個(gè)特征點(diǎn)集間的最大相似度(最大重合度)的問題。提取該細(xì)節(jié)特征有多種方法：基于灰度指紋圖像直接提取，基于二值圖像的特征提取，基于細(xì)化圖像的特征提取。目前許多公司和研究視梅在指紋識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域都取得了突破性的進(jìn)展，推出許多指紋識(shí)別與傳統(tǒng)IT技術(shù)完美結(jié)合的應(yīng)用產(chǎn)品，這些產(chǎn)品已

13、經(jīng)被越來越多的用戶所認(rèn)可。中科院自動(dòng)化所智能生物信怠系統(tǒng)研究組和北京數(shù)字指通軟件技術(shù)有限公司對(duì)自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)進(jìn)行了長(zhǎng)期的理論研究和應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)，指紋圖像的識(shí)別準(zhǔn)確率和識(shí)別速度已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。另外，一些公司和機(jī)構(gòu)結(jié)合社會(huì)應(yīng)用的實(shí)際需求，開發(fā)了各種類型的具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的嵌入式指紋識(shí)別模塊、指紋應(yīng)用系統(tǒng)軟件等，用戶反映良好。指紋識(shí)別技術(shù)多用于對(duì)安全性要求比較高的領(lǐng)域，麗在商務(wù)移動(dòng)辦公領(lǐng)域頗其建樹的富圭通、三星及等國(guó)際知名品牌都擁有技術(shù)與應(yīng)用較為成熟的指紋識(shí)別系統(tǒng)4。與國(guó)外相比，我國(guó)在自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)的研究水平上還存在一定的差距。主要表現(xiàn)在：(1)指紋錄入設(shè)備的質(zhì)量還不太過關(guān)：(2)自動(dòng)指紋識(shí)

14、別算法研究水平還有待提高，在應(yīng)用上的表現(xiàn)為產(chǎn)品適應(yīng)性和易用性較差，對(duì)干、濕一些的指紋往往不能正確區(qū)別，對(duì)指紋錄入時(shí)的旋轉(zhuǎn)、平移比較敏感。 1.2.2指紋識(shí)別技術(shù)的特點(diǎn)指紋特征是人終生不變的特征之一，而且不同人的指紋特征相同的可能性幾乎為零。人體指紋含有天然的密碼信息，其具有作為密碼信息必須具備的四個(gè)重要性質(zhì)：廣泛性，指每一個(gè)正常的人都有指紋。唯一性，指每一個(gè)人的指紋都不同。指紋的細(xì)節(jié)由細(xì)微紋點(diǎn)和紋線的起點(diǎn)、終點(diǎn)、分叉等組成。正是這些無窮無盡的細(xì)節(jié)特征組合構(gòu)成了指紋的唯一性事實(shí)上，甚至包括雙胞胎，世界上兩個(gè)指紋相同的概率小于1109，幾乎為零，這就構(gòu)成了指紋的第一大特點(diǎn)。終生不變性，指紋終身不變

15、即指紋的圖案永遠(yuǎn)不會(huì)改變，從人的出現(xiàn)到死后的分解為止(除非指紋受到傷害)。指紋與主體的不可分離性：即指紋不存在丟失、遺忘、被竊取的可能。指紋的使用比起其它證卡來說更快捷、安全、準(zhǔn)確、無干擾，可實(shí)現(xiàn)快速登錄注冊(cè)，系統(tǒng)兼容性好，也就是說可以獨(dú)立或者通過聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成系統(tǒng)并且很容易并入各類證卡和定義識(shí)別系統(tǒng)中。因此，指紋識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用范圍極廣。指紋識(shí)別系統(tǒng)主要包括四部分：指紋圖像采集，指紋圖像預(yù)處理，指紋特征提取和指紋特征匹配。論文涉及指紋的圖像分割、細(xì)化和匹配。就現(xiàn)有文獻(xiàn)和產(chǎn)品來看，對(duì)低質(zhì)量的指紋圖像的處理效果還遠(yuǎn)不能令人滿意。要想使設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)特征提取算法能夠?qū)Φ唾|(zhì)量指紋圖像也能可靠工作。指紋匹配算法的

16、性能主要決定于所提取到的特征點(diǎn)的數(shù)目、位置和相互關(guān)系的可靠性。要想設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)較多真正特征點(diǎn)缺失、較多偽特征點(diǎn)出現(xiàn)和較大形變均不敏感的指紋匹配算法，也是一件十分困難的事。計(jì)算復(fù)雜性是自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)中一個(gè)重要的研究課題。實(shí)際應(yīng)用要求最好自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)能對(duì)識(shí)別任務(wù)實(shí)時(shí)做出響應(yīng)，而讓指紋匹配算法同時(shí)達(dá)到高速度和高準(zhǔn)確率也是一個(gè)難題。1.3本課題的內(nèi)容以MCS-51系列單片機(jī)作為控制核心，設(shè)計(jì)并制作指紋識(shí)別控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用模塊化的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，依據(jù)實(shí)現(xiàn)的各種功能，把整個(gè)系統(tǒng)分成幾個(gè)功能模塊，使得系統(tǒng)簡(jiǎn)潔明了。同時(shí)使得系統(tǒng)程序可讀性加強(qiáng)，方便程序的完善和修改。各模塊之間聯(lián)系緊密，共同構(gòu)成完整的系統(tǒng)

17、?？刂破髟O(shè)計(jì)首先要了解指紋識(shí)別系統(tǒng)的理論要求，再通過軟硬件實(shí)現(xiàn)整個(gè)指紋識(shí)別的模擬過程。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)和指紋模塊之間的串口通信，通過操作獨(dú)立式鍵盤按鍵，向指紋模塊的DSP芯片發(fā)送相應(yīng)指令，從而執(zhí)行錄入用戶、添加用戶、認(rèn)證用戶、刪除指定用戶、刪除全部用戶、以及管理個(gè)人身份信息等功能。第二章 指紋識(shí)別系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理2.1人類指紋特征我們定義了指紋的兩類特征來進(jìn)行指紋的驗(yàn)證：總體特征和局部特征。 2.1.1 指紋的總體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5：環(huán)型（loop），弓型（arch），螺旋型（whorl)。其他的指紋圖案都基于這三種基本圖案。指紋的脊紋形式是適

18、應(yīng)之間的球狀表面和半圓形頂端以及橫行的指間屈基線生長(zhǎng)的，除少數(shù)弓形紋之外，絕大多數(shù)是箕、斗型紋（約占95%），（三種紋形的大致分布概率如表2.1）基本紋型弓型箕型斗型分布概率5%60%35%表2.1 紋形的大致分布概率紋型是指紋的基本分類，是按中心花紋和三角的基本形態(tài)劃分的。中心線的按我國(guó)是指紋分析法，指紋分三大類型（如圖2.1），三大種形態(tài)?；?斗型 弓型圖2.1 指紋的紋形(1) 箕形紋（Loop）：有一條以上完整的基性線組成中心花紋?；尉€的對(duì)側(cè)有一個(gè)三角的上下之線包圍著中心花紋。按箕技的流向分為橈側(cè)箕形紋（反箕）和尺側(cè)箕形紋（正箕）兩種。按中心花紋的結(jié)構(gòu)形態(tài)又可分為普通箕、閉口箕、葉

19、形箕、橫箕和類似斗的箕?；渭y中心和三角之間的距離和紋線數(shù)量多少不一，有的只有12條線，多數(shù)為十條線左右，個(gè)別的可達(dá)30余條。(2)斗型紋(Whorl):中心花紋呈環(huán)、螺、曲狀，由內(nèi)向外擴(kuò)展與上下包圍線匯合形成兩個(gè)以上的三角的紋線，稱為斗型紋。分為環(huán)形、螺形、囊形、雙箕形、雜形五種。斗型紋的中心花紋，在由一條環(huán)、螺、曲等紋線構(gòu)成時(shí)，與兩側(cè)三角相對(duì)的弧形線凸面，必須是不折、不斷的，并且不與來自從三角中的其它紋線相接。(3)弓型紋(Arch): 由弓形線和橫直線層疊而成，中心花紋與上下包圍線無明顯界限，因此也沒有真正的三角區(qū)。分弧形和帳形紋兩種。(4)弧形紋：是由平緩的或略微突起的弧形線組成的一種

20、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的花紋形式。(5)帳形紋：由平行的和突起的弧形線組成?；y中部有直立的或傾斜的紋線，將弧形線撐起呈帳蓬狀。指紋類型的三類九種，是按我國(guó)現(xiàn)行的十指指紋分析法劃分的。這是一種基本分類，也叫兩極分類法。實(shí)際上指紋種類遠(yuǎn)不只這些。2.1.2指紋的局部特征局部特征是指指紋上的節(jié)點(diǎn)的特征，這些具有某種特征的節(jié)點(diǎn)稱為特征點(diǎn)。兩枚指紋經(jīng)常會(huì)具有相同的總體特征，但它們的局部特征特征點(diǎn)，卻不可能完全相同。 指紋紋路并不是連續(xù)的、平滑筆直的，而是經(jīng)常出現(xiàn)中斷、分叉或打折。這些斷點(diǎn)、分叉點(diǎn)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)就稱為"特征點(diǎn)"。就是這些特征點(diǎn)提供了指紋唯一性的確認(rèn)信息。特征點(diǎn)的分類有以下幾種(如圖2.2

21、),最典型的是端點(diǎn)和分叉點(diǎn)。圖2.2 指紋特征示意圖很多研究者試圖解決指紋分類問題，但至今分類算法的誤識(shí)率仍較高。如何提高指紋分類的準(zhǔn)確率在自動(dòng)指紋識(shí)別研究中是一個(gè)較關(guān)鍵的問題。2.2指紋圖像的分割 2.2.1指紋圖像分割概述在指紋識(shí)別系統(tǒng)中，指紋圖像分割是圖像預(yù)處理的一部分。指紋分割的最基本的依據(jù)是圖像某些特征和特征集合。圖像特征是指紋圖像的固有屬性,如灰度值,鄰域關(guān)系,紋線的扭曲程度等。特征集合則是幾種的結(jié)合。通過提取圖像特征,可將原始圖像映射到特征空間,使圖像特征在特征空間中呈現(xiàn)一定的分布。因此根據(jù)以上的的灰度值6領(lǐng)域關(guān)系，紋線的扭曲程度，指紋圖像分割6大致分為三類：基于像素的圖像分割，

22、基于塊特征的圖像分割以及基于全局的圖像分割?；谙袼氐闹讣y圖像分割中目前流行多尺度小波變換和閾值法6。小波變換和傅里葉變換的出發(fā)點(diǎn)都是將信號(hào)表示成基函數(shù)的線性組合。所不同的是傅里葉變換采用時(shí)間屬于(一，+)的諧波函數(shù)作為基函數(shù)，而小波變換的基函數(shù)是具有緊支集的母函數(shù)(t)，通過對(duì)母函數(shù)(t)進(jìn)行伸縮和平移得到一個(gè)小波序列： ； 式中為伸縮因子，b為平移因子。對(duì)于任意函數(shù)的連續(xù)小波變換6：公式（2.1）為變換公式，公式（2.2）為重構(gòu)公式。 （2.1） （2.2）計(jì)算機(jī)中的圖像信息是以離散信號(hào)形式存放的，在信號(hào)處理中，特別是在數(shù)字信號(hào)處理和數(shù)值計(jì)算等方面，為了計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方便，連續(xù)小波必須進(jìn)行離

23、散化，而最基本的離散化方法就是二進(jìn)制離散，一般將這種經(jīng)過離散化的小波及其變換叫做二進(jìn)小波和二進(jìn)變換。小波變換的特點(diǎn)是壓縮比高，壓縮速度快，壓縮后能保持信號(hào)與圖象的特征不變，且在傳遞中可以抗干擾。在指紋識(shí)別識(shí)別中使用小波變換有助于噪聲的濾除以及有利于檢測(cè)奇異點(diǎn)。但是小波變換的明顯缺點(diǎn)是它計(jì)算復(fù)雜，計(jì)算效果也取決于函數(shù)的選擇。另一種閾值分割就是簡(jiǎn)單地用一個(gè)或幾個(gè)閾值將圖像的灰度直方圖分成幾個(gè)類，認(rèn)為圖像中灰度在同一個(gè)灰度類內(nèi)的像素屬同一物體。它是圖像分割中最基本的方法。其原理是先定一個(gè)閾值，大于此值為1，小于則認(rèn)為為0；多閥值則可以利用多維函數(shù)。此原理在匹配中也可以運(yùn)用。其優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)單，僅需比較

24、灰度值即可；運(yùn)算效率較高，速度快；它的缺陷在于僅考慮圖像的灰度信息，而忽略了圖像的空間信息，對(duì)于圖像中不存在明顯灰度差異或各物體的灰度值范圍有較大熏疊的圖像分割問題難以得到準(zhǔn)確的結(jié)果7。代表塊特征的指紋圖像分割目前研究趨勢(shì)為多種塊基本特征如灰度均值、塊灰度方差8、塊方向圖等綜合運(yùn)用和重新定義塊特征。其中塊指的是將圖像分個(gè)成一個(gè)個(gè)小的圖像塊。圖像均值就是對(duì)每一個(gè)單位塊的灰度值取均值，方差則反映該塊中各點(diǎn)與均值的偏差性，方向這可以很好的反映紋理的變化趨勢(shì)。一般來說，常見的方向場(chǎng)的計(jì)算分為掩模法和公式法兩大類。LinHong等人開發(fā)的基于最小均方估計(jì)算法，即公式法。 （2.3） （2.4）它是利用正

25、交坐標(biāo)系下，原點(diǎn)到它們組成的坐標(biāo)點(diǎn)的有向線段與X的正半軸的夾角可來表示該子塊的塊方向。這種方法最大的優(yōu)點(diǎn)是易實(shí)現(xiàn)，很好體現(xiàn)出紋理，但缺點(diǎn)是對(duì)于變化太快的部分出錯(cuò)。此方法的實(shí)現(xiàn)是利用方向?yàn)V波器?；谌值膱D像分割則是根據(jù)情況特別是某些特殊場(chǎng)合的利用，如殘缺指紋。全局的圖像分割可以是人工選定幾個(gè)特定點(diǎn)后再根據(jù)全局的特點(diǎn)來處理，此法也可運(yùn)用于匹配?；谌值闹讣y識(shí)別仍處于實(shí)驗(yàn)室探索階段,應(yīng)用領(lǐng)域中尚不廣泛。2.2.2均值方差法在圖像分割概述中，已經(jīng)提到基于塊特征的指紋圖像分割。在這部分將重點(diǎn)介紹均值法差法的計(jì)算方法和在仿真中的運(yùn)用。該算法基于背景區(qū)灰度方差小，而指紋區(qū)方差大的思想，將指紋圖像分成塊，

26、計(jì)算每一塊的方差，如果該塊的方差小于閾值為背景，否則為前景。具體步驟分以下三步10：(1)將低頻圖分成M×M大小的無重疊方塊，方塊的大小以一谷一脊為宜。(2)計(jì)算出每一塊的均值和方差。設(shè)指紋圖像I的大小為H×L，I(i,j)為像素點(diǎn)(i,j)的灰度，AVE和VAR分別為原指紋圖像的均值和方差，AVE和VAR可以通過公式(2.5)和(2.6)計(jì)算得到。 （2.5） （2.6）(3)如果計(jì)算得到的方差幾乎接近于0就認(rèn)為是背景，對(duì)于方差不為零的區(qū)域在進(jìn)行閾值分割算法，這種算法主要是根據(jù)計(jì)算得到的方差來決定其是否為背景區(qū)。在使用方差均值法之前還要使用歸一法將圖變?yōu)榈皖l圖。歸一化11

27、的目的是把不同原圖像的對(duì)比度和灰度調(diào)整到一個(gè)固定的級(jí)別上，為后續(xù)處理提供一個(gè)較為統(tǒng)一的圖像規(guī)格。指紋圖像的歸一化公式如式(2.6)所示，當(dāng)大于平均值時(shí)為加。 （2.6）其中和為期望的灰度均值和方差。2.3指紋圖像的細(xì)化2.3.1指紋圖像細(xì)化的預(yù)處理這部分預(yù)處理主要為二值化。由于指紋圖像脊、谷相間，因此指紋圖像的處理常是將指紋圖像二值化?；叶葓D像二值化是將灰度圖變換為只有黑和白兩種灰度的圖像。這樣不僅可以壓縮原指紋圖像的數(shù)據(jù)量，而且也方便后面的細(xì)節(jié)特征的提取。灰度圖二值化的基本思想是選取適當(dāng)?shù)幕叶乳u值，將灰度圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像，閾值的選擇是關(guān)鍵，對(duì)于閾值的選擇，有多種方法，如熵法，Ostu法等。

28、根據(jù)是否將圖像分塊處理，又分全局閾值算法和局部閾值算法兩種，全局閾值算法是將整幅圖像以一個(gè)閾值處理，而局部閾值算法則把原圖分成若干個(gè)子圖，在每個(gè)子圖中確定閩值，在進(jìn)行二值化，由于指紋圖像在不同區(qū)域的亮度和對(duì)比度是有差別的，因而全局閾值算法不適用?；叶葓D二值化的基本思路是選取適當(dāng)?shù)幕叶乳撝担瑢⒒叶葓D像轉(zhuǎn)化為二值圖像。一般的圖像處理中的二值化算法主要是計(jì)算整幅圖像的灰度平均值，然后將該值作為門限，高于該門限的像素點(diǎn)就置1，反之置0。我們通過研究發(fā)現(xiàn)，這種方法雖然簡(jiǎn)單，但是對(duì)噪聲較大，圖像質(zhì)量不好的指紋會(huì)產(chǎn)生較大的二值化噪聲。所以最好選用局部閾值法作為二值化算法。論文中采用了一種動(dòng)態(tài)局部閾值，滿足這

29、種條件下的灰度值為128，不滿足則灰度值為255。再根據(jù)前面判斷的是否為背景即Icc值的來修正Icc值：灰度值為128且Icc為1時(shí)（非背景指紋紋線時(shí)），Icc值為0，像素值置為0。背景和灰度值為255的紋線像素置為1，這做法的目的是去除不確切的點(diǎn)。此時(shí)背景為白，紋線為黑。二值化后的圖像中的點(diǎn)還要進(jìn)行修改，修改條件為：當(dāng)像素為1時(shí)，它周圍點(diǎn)不大于3個(gè)為像素1點(diǎn)則修改為0；當(dāng)像素為0時(shí)，它周圍不小于7個(gè)點(diǎn)為像素1的點(diǎn)，則修改為1。這種修改是為了使圖像連續(xù)圓滑。2.3.2指紋圖像細(xì)化方法計(jì)算由于灰度過渡區(qū)12的存在，指紋細(xì)化是指紋圖像預(yù)處理中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，因?yàn)橐话愕奶卣魈崛《际窃诩?xì)化的基礎(chǔ)上進(jìn)行

30、的，如果細(xì)化不好，將無法使用常規(guī)的特征提取算法提取細(xì)節(jié)特征信息13。細(xì)化可以便我們得到絞線的單像素的骨架。所謂“骨架”，是指圖像中央的骨骼部分，是描述圖像幾何及拓?fù)湫再|(zhì)的重要方法之一。獲取一個(gè)圖像骨架的過程通常稱為對(duì)圖像“細(xì)化”的過程。在文字識(shí)別、地質(zhì)構(gòu)造識(shí)別、工業(yè)零件形狀識(shí)別或圖像理解中，先對(duì)被處理圖像進(jìn)行細(xì)化有助于突出形狀特點(diǎn)和減少冗余信息。細(xì)化處理是指在指紋圖像二值化以后，在不影響紋線連通性的基礎(chǔ)上，刪除紋線的邊緣像素，直到紋線為單像素寬為止。理想細(xì)化后的紋線骨架應(yīng)該是原始紋線的中間位置，并保持紋線的連通性、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)特征。一種好的細(xì)化算法應(yīng)該滿足下列條件13：(1)收斂性：迭代必須

31、是收斂的。(2)連通性；不破壞紋線的連接性。(3)拓?fù)湫裕翰灰鸺y線的逐步吞食，保持原圖像的基本結(jié)構(gòu)特性。(4)保持性：保護(hù)指紋的細(xì)節(jié)特征。(5)細(xì)化性：骨架紋線的寬度為1個(gè)像素，即單像素寬。(6)中軸性：骨架盡可能接近條紋中心線。(7)快速性：算法簡(jiǎn)單，速度快。已有的算法迭代按迭代方式的不同分為串行算法和并行算法。在串行細(xì)化算法中，當(dāng)前迭代的結(jié)果不僅取決于前一次的迭代迭代圖像，而且與當(dāng)前處理情況有關(guān)；而在并行方式中，當(dāng)前迭代僅僅是由前一次的迭代情況決定，串行細(xì)化算法的處理結(jié)果依賴于對(duì)像素處理的先后順序，因而像素點(diǎn)的消除或保留不可預(yù)測(cè)。并行細(xì)化算法對(duì)圖像進(jìn)行細(xì)化時(shí)利用相同的條件同時(shí)檢測(cè)所有像素

32、點(diǎn)，其結(jié)果具有各向同性，因此從算法原理上并行算法優(yōu)于串行算法。由于并行細(xì)化算法具有快速而準(zhǔn)確的特性，因此他一直是人們研究的熱點(diǎn)，并且相應(yīng)的提出了許多并行細(xì)化算法，如OPTA細(xì)化算法15，RWHall細(xì)化算法，Rosenfeld細(xì)化算法，Zhang & Suen 細(xì)化算以及ZR細(xì)化算法等等。性能上這些算法各有所長(zhǎng)。不同的文獻(xiàn)上有不同的關(guān)于細(xì)化方法，如王家隆16等以及王業(yè)琳17等的細(xì)化模板。制約細(xì)化的直觀表現(xiàn)在計(jì)算速度、毛刺和斷點(diǎn)上。因而細(xì)化中選擇一個(gè)好的模板很關(guān)鍵。模板分為保留模板和消除模板，消除模板就是根據(jù)條件判定這點(diǎn)去除作為背景的模板；保留模板則是根據(jù)條件判定這點(diǎn)保留作為前景的模板。

33、這樣就可以將較粗的圖像曲線細(xì)化成很細(xì)的以像素為單位的線，大大減少了圖像的信息量，有利于匹配的高效進(jìn)行。本論文中采用了細(xì)化方法步驟如下：（1）建立3維數(shù)組，第一組數(shù)據(jù)為預(yù)處理后的圖像信息，定義每一個(gè)像素點(diǎn)它周圍點(diǎn)像素參數(shù)。（2）對(duì)于滿足6種情況的模板，賦值為2 ，其實(shí)為像素1情況。對(duì)于滿足后六種情況的模板賦值為3，別的情況點(diǎn)值不做改變。（3）16種消去模板是在不滿足上述情況下衍生的模板，對(duì)于滿足這些模板的點(diǎn)像素全為0，以上都未涉及的點(diǎn)不做改變。 (4) 循環(huán)進(jìn)行上述過程，到所有點(diǎn)值不改變?yōu)橹?，最多進(jìn)行20次細(xì)化。2.4指紋圖像的匹配指紋匹配要解決的是對(duì)兩幅給定指紋圖像的特征模式進(jìn)行比對(duì)，判斷這兩

34、幅圖像是否來自同一個(gè)人的同一手指。指紋匹配是自動(dòng)指紋識(shí)別的最后一步，也是非常關(guān)鍵的一步。指紋圖像匹配方面，主要有基于圖像，脊線結(jié)構(gòu)和特征點(diǎn)的方法?；谔卣鼽c(diǎn)的匹配算法具有簡(jiǎn)單、快速、魯棒性等優(yōu)點(diǎn)。目前最為常用的方法是FBI提出的細(xì)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)模型來做細(xì)節(jié)匹配。它利用脊線上的端點(diǎn)和分叉點(diǎn)這兩種關(guān)鍵點(diǎn)來鑒定指紋。通過將細(xì)節(jié)點(diǎn)表示為點(diǎn)模式，一個(gè)指紋識(shí)別問題可以轉(zhuǎn)化為一個(gè)點(diǎn)模式匹配問題。點(diǎn)匹配算法是通過某些變換，如平移變換、旋轉(zhuǎn)變化、伸縮變換，可以把兩個(gè)點(diǎn)集中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)匹配起來。對(duì)于基于細(xì)節(jié)點(diǎn)的匹配思路大體分兩種：基于直角坐標(biāo)系的特征識(shí)別和基于極坐標(biāo)系的特征識(shí)別。第三章 指紋識(shí)別系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體設(shè)

35、計(jì) 3.1.1指紋識(shí)別系統(tǒng)功能簡(jiǎn)述本系統(tǒng)是針對(duì)指紋采集、識(shí)別模塊開發(fā)出的指紋識(shí)別系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用指紋模塊搜索手指，一旦搜索到手指，立即采集指紋圖像，并將采集到的圖像轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)的形式發(fā)送出去。它利用人體指紋各異性和不變性，為用戶提供加密手段，使用時(shí)只需將手指平放在指紋采集儀的采集窗口上，即可完成采集任務(wù)，并將顯示出指紋模塊采集指紋圖像各個(gè)流程及比對(duì)的結(jié)果。簡(jiǎn)單的描述本次設(shè)計(jì)的功能即使用指紋模塊檢測(cè)、錄入指紋，將比對(duì)結(jié)果顯示。該系統(tǒng)的主要功能有以下幾個(gè)方面：(1) 指紋錄入。能進(jìn)行指紋的錄入，二次錄入無誤后，記錄該指紋數(shù)據(jù)。指紋圖像通過專門的指紋采集儀采集。(2) 指紋識(shí)別。能進(jìn)行指紋的識(shí)別，指紋

36、識(shí)別出錯(cuò)時(shí)，報(bào)警提示。圖像采集完成后，與庫(kù)中已存在指紋進(jìn)行對(duì)比，與所有有權(quán)限用戶信息對(duì)比后，若無相符信息即提示報(bào)警。(3) 指紋管理。能進(jìn)行指紋數(shù)據(jù)的管理，添加和刪除指紋數(shù)據(jù)。對(duì)添加到庫(kù)中的用戶指紋進(jìn)行權(quán)限管理，設(shè)置最高權(quán)限用戶，并能夠?qū)ζ溥M(jìn)行添加和刪除管理。(4) 操作顯示。通過按鍵進(jìn)行指紋系統(tǒng)的功能選擇，采用數(shù)碼管與LED（Light Emitting Diode，發(fā)光二極管）指示燈綜合提示操作內(nèi)容。若信息經(jīng)核對(duì)相符，即提示該用戶擁有權(quán)限，若不相符，即提示非法操作。 3.1.2系統(tǒng)核心部件單片機(jī)AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使

37、用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/

38、計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。3.2指紋識(shí)別系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路框架是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，對(duì)系統(tǒng)所需元件、設(shè)備參數(shù)進(jìn)行必要的計(jì)算，通過認(rèn)真研究、分析、比較選定設(shè)備型號(hào)，再將設(shè)備、元件通過可靠的接口電路聯(lián)系起來構(gòu)成的一個(gè)完整的系統(tǒng)。綜合考慮系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性要求，以保證所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的要求。主控芯片選用AT89S52單片機(jī)。系統(tǒng)總體框圖如圖3.1所示： AT89S52 單片機(jī)數(shù)碼顯示管指紋模塊獨(dú)立按鍵指示燈蜂鳴器電源、時(shí)鐘電路圖3.1系統(tǒng)總體框圖系統(tǒng)主要由MCU（Microcontroller U

39、nit，微程序控制器）、LED屏（Large Electronic Display，大型電子展示）、指紋模塊組成。系統(tǒng)的工作過程主要是當(dāng)檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)先由MCU通過串口通信控制指紋模塊對(duì)指紋進(jìn)行采集、錄入、存儲(chǔ)、比對(duì)。然后，根據(jù)所得的數(shù)據(jù)對(duì)其它接口器件，如顯示屏、蜂鳴器、指示燈進(jìn)行響應(yīng)操作。3.3硬件系統(tǒng)組成模塊電路 3.3.1下載口模塊采用RS-232接口，從PC機(jī)將程序下載至單片機(jī)芯片當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)編程實(shí)際應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)采用9芯針接口，其主要包括DCD(Data Carrier Detect)載波檢測(cè)引腳，RXD(Received Data)接收數(shù)據(jù)引腳，TXD(Transmit Data

40、)發(fā)送數(shù)據(jù)引腳，DTR(Data Terminal Ready)數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備就緒引腳，SGND(Signal Ground)信號(hào)地引腳，DSR(Data Set Ready)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒引腳，RTS(Request To Send)請(qǐng)求發(fā)送引腳，CTS(Clear To Send)清除發(fā)送引腳，RI(Ring Indicator)振鈴提示引腳。在RS-232標(biāo)準(zhǔn)中，字符以一串行的比特串來一個(gè)接一個(gè)的串行方式傳輸，優(yōu)點(diǎn)是傳輸線少，配線簡(jiǎn)單，傳送距離可以較遠(yuǎn)。最常用的編碼格式是異步起停格式，它使用一個(gè)起始比特后面緊跟7或8 個(gè)數(shù)據(jù)比特，然后是可選的奇偶校驗(yàn)比特，最后是一或兩個(gè)停止比特。如圖3.2所

41、示：圖 3.2 下載口模塊 3.3.2顯示模塊采用1602字符型液晶。1602電路如圖3.3所示：圖 3.3 顯示及驅(qū)動(dòng)電路 3.3.3電源模塊整個(gè)模塊采用USB供電，以按鍵式開關(guān)啟動(dòng)或關(guān)閉電源。當(dāng)按下電源鍵時(shí)，電源開啟，電源指示燈點(diǎn)亮。如圖3.4所示：圖 3.4 電源模塊電路 3.3.4時(shí)鐘模塊時(shí)鐘電路用來產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。通過在芯片的外部XTAL1和XTAL2兩個(gè)引腳跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，就構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩電路。時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘

42、脈沖序列，本設(shè)計(jì)中采用的晶振頻率為11.0592MHz，電容為33pF。如圖3.5所示：11.0592圖 3.5 時(shí)鐘模塊電路 3.3.5復(fù)位模塊復(fù)位電路用于產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，通過RST引腳送入單片機(jī)，復(fù)位是單片機(jī)的初始操作，其主要功能是:為一些專用寄存器設(shè)置初始狀態(tài)、程序狀態(tài)字PSW清0、程序計(jì)數(shù)器PC被賦值為0000H等，除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需安裝復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端，復(fù)位信號(hào)是高電平有效，完成復(fù)位操作共需要24個(gè)狀態(tài)周期，本設(shè)計(jì)使用頻率為11.0592MHz的晶振，所以復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)大致超

43、過2s才能完成復(fù)位操作。本設(shè)計(jì)采用按鍵復(fù)位。如圖3.6所示：圖3.6 復(fù)位模塊電路 3.4指紋模塊 3.4.1ZMF-206指紋識(shí)別模塊ZMF-206 指紋開發(fā)模塊是深圳市十指科技有限公司最新推出的，以 TI 公司的 TMS320VC5501 高速 DSP 處理器為核心，結(jié)合具有公司自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的商用指紋算法，光學(xué)指紋傳感器，具有指紋錄入、圖像處理、特征值提取、模板生成、模板儲(chǔ)存、指紋比對(duì)和搜索等功能的智能型模塊，并提供UART 接口和通訊協(xié)議，方便進(jìn)行二次開發(fā)應(yīng)用。其具有如下特點(diǎn)：(1) 體積小巧、成像清晰、手指感應(yīng)靈敏、識(shí)別速度快、干/濕手指適應(yīng)性強(qiáng)，二次開發(fā)簡(jiǎn)單、應(yīng)用方便，適用面廣；(2

44、) 穩(wěn)定：工作穩(wěn)定，可應(yīng)用于各種類型單片機(jī)；(3) 方便：串口UART操作(直接接任何帶串口單片機(jī))，操作簡(jiǎn)單； (4) 開放：可以自由輸入、輸出指紋圖片、指紋特征值文件及各種指紋操作；(5) 高性能：采用商業(yè)算法，識(shí)別速度快，手指感應(yīng)靈敏，手指只要輕輕地觸碰采集窗就能快速識(shí)別，不需要用力按壓。RXDTXDTXRXAT89S52指紋模塊GNDGND指紋模塊與單片機(jī)接口框架如圖3.7所示：圖 3.7 指紋芯片與AT89S52單片機(jī)接口框圖第四章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.ZFM-206指紋識(shí)別模塊指令系統(tǒng) 4.1.1通信方式DSP 模塊作為從設(shè)備，由主設(shè)備發(fā)送相關(guān)命令對(duì)其進(jìn)行控制。命令接口：19200bp

45、s 1 起始位 1 停止位 （無校驗(yàn)位）主設(shè)備發(fā)送的命令及 DSP 模塊的應(yīng)答按數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可分為兩類：(1) = 8 字節(jié)，數(shù)據(jù)格式如下：表4.1 8字節(jié)數(shù)據(jù)格式字節(jié)12345678命令0xF5CMDP1P2P30CHK0xF5應(yīng)答0xF5CMDQ1Q2Q30CHK0xF5說明：CMD：命令/應(yīng)答類型P1，P2，P3：命令參數(shù)Q1，Q2，Q3：應(yīng)答參數(shù)，Q3 多用于返回操作的有效性信息，此時(shí)可有如下取值：#define ACK_SUCCESS 0x00 /操作成功#define ACK_FAIL 0x01 /操作失敗#define ACK_FULL 0x04 /指紋數(shù)據(jù)庫(kù)已滿#define AC

46、K_NOUSER 0x05 /無此用戶#define ACK_USER_EXIST 0x07 /用戶已存在#define ACK_TIMEOUT 0x08 /采集超時(shí)CHK：校驗(yàn)和，為第 2 字節(jié)到第 6 字節(jié)的異或值(2) > 8 字節(jié)，數(shù)據(jù)由兩部分組成：數(shù)據(jù)頭+數(shù)據(jù)包，格式如下：表4.2 大于8字節(jié)數(shù)據(jù)頭格式字節(jié)12345678命令0xF5CMDHi(Len)Low(Len)00CHK0xF5應(yīng)答0xF5CMDHi(Len)Low(Len)Q30CHK0xF5說明：CMD，Q3 的定義同上 Len：數(shù)據(jù)包內(nèi)有效數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，16 位，由兩字節(jié)組成 Hi(Len)：數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度高 8 位 L

47、ow(Len)：數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度低 8 位 CHK：校驗(yàn)和，為第 2 字節(jié)到第 6 字節(jié)的異或值表4.3 大于8字節(jié)數(shù)據(jù)包格式字節(jié)12Len+1Len+2Len+3命令0xF5DataCHK0xF5應(yīng)答0xF5DataCHK0xF5 4.1.2主要通訊協(xié)議命令說明(1) 添加指紋（命令/應(yīng)答均為 8 字節(jié)）為確保有效性，用戶必須錄入 3 次指紋，主機(jī)須向 DSP 模塊發(fā)送 3 次命令。（這里僅列出第一次）表4.4 添加指紋（第一次）指令格式字節(jié)12345678命令0xF50x01用戶號(hào)（高8位）用戶號(hào)（低8位）00CHK0xF5應(yīng)答0xF50x0100ACK_SUCCESSACK_FAILACK_F

48、ULLACK_TIMEOUT0CHK0xF5(2) 刪除指定用戶（命令/應(yīng)答均為 8 字節(jié)）表4.5 刪除指定用戶指令格式字節(jié)12345678命令0xF50x04用戶號(hào)（高8位）用戶號(hào)（低8位）00CHK0xF5應(yīng)答0xF50x0400ACK_SUCCESSACK_FAIL0CHK0xF5(3) 刪除所有用戶（命令/應(yīng)答均為 8 字節(jié)）表4.6 刪除所有用戶指令格式字節(jié)12345678命令0xF50x050000CHK0xF5應(yīng)答0xF50x0500ACK_SUCCESSACK_FAIL0CHK0xF5(4) 比對(duì) 1：1（命令/應(yīng)答均為 8 字節(jié)）表4.7 比對(duì)1：1指令格式字節(jié)123456

49、78命令0xF50x0B用戶號(hào)（高8位）用戶號(hào)（低8位）00CHK0xF5應(yīng)答0xF50x0B00ACK_SUCCESSACK_FAILACK_TIMEOUT0CHK0xF5(5) 比對(duì) 1：N（命令/應(yīng)答均為 8 字節(jié)）表4.8 比對(duì)1：N指令格式字節(jié)12345678命令0xF50x0C0000CHK0xF5應(yīng)答0xF50x0C用戶號(hào)（高8位）用戶號(hào)（低8位）ACK_SUCCESSACK_FAILACK_TIMEOUT0CHK0xF5(6) 取用戶權(quán)限（命令/應(yīng)答均為 8 字節(jié)）表4.9 取用戶權(quán)限指令格式字節(jié)12345678命令0xF50x0A用戶號(hào)（高8位）用戶號(hào)（低8位）00CHK0x

50、F5應(yīng)答0xF50x0A00用戶權(quán)限1/2/3ACK_NOUSER0CHK0xF5(7) 設(shè)置/讀取比對(duì)等級(jí)（命令/應(yīng)答均為 8 字節(jié)）表4.10 設(shè)置/讀取比對(duì)等級(jí)指令格式字節(jié)12345678命令0xF50x280Byte=0：新比對(duì)等級(jí)Byte=1:00：設(shè)置新的比對(duì)等級(jí)1：讀取當(dāng)前比對(duì)等級(jí)0CHK0xF5應(yīng)答0xF50x280當(dāng)前對(duì)比等級(jí)ACK_SUCCESSACK_FAIL0CHK0xF5說明：比對(duì)等級(jí)取值為 0-9，取值越大比對(duì)越嚴(yán)格，默認(rèn)值為 5。(8) 設(shè)置/讀取指紋采集等待超時(shí)（命令/應(yīng)答均為 8 字節(jié)）表4.11 設(shè)置/讀取指紋采集等待超時(shí)指令格式字節(jié)12345678命令0x

51、F50x2E0Byte=0：新超時(shí)時(shí)間Byte=1:00：設(shè)置新的超時(shí)時(shí)間1：讀取當(dāng)前超時(shí)時(shí)間0CHK0xF5應(yīng)答0xF50x2E0當(dāng)前超時(shí)時(shí)間ACK_SUCCESSACK_FAIL0CHK0xF5說明：指紋等待超時(shí)時(shí)間（tout）范圍為 0-255。若此值為 0，若無指紋按壓則指紋采集過程將一直持續(xù)；若此值非 0，在 tout*T0 時(shí)間內(nèi)若無指紋按壓則系統(tǒng)將超時(shí)退出。注：T0 為采集/處理一幅圖像所需的時(shí)間，一般為 0.2-0.3s。4.2單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)流程圖圖4.1 程序流程圖 第五章 實(shí)物的制作與系統(tǒng)調(diào)試5.1 硬件材料本次指紋識(shí)別系統(tǒng)實(shí)物制作所涉及的硬件： 電阻器、電容器、二極管、

52、三極管、集成電路、大功率管。5.2 硬件的焊接與組裝1.制作前期的準(zhǔn)備首先要熟悉所焊印制電路板的裝配圖，并按圖紙配料，檢查元器件型號(hào)、規(guī)格及數(shù)量是否符合圖紙要求，并做好裝配前元器件引線成型等準(zhǔn)備工作。 2.焊接元器件的順序元器件裝焊順序依次為：電阻器、電容器、二極管、三極管、集成電路、大功率管，其它元器件為先小后大。3.對(duì)元器件焊接要求（1）電阻器焊接按圖將電阻器準(zhǔn)確裝人規(guī)定位置。要求標(biāo)記向上，字向一致。裝完同一種規(guī)格后再裝另一種規(guī)格，盡量使電阻器的高低一致。焊完后將露在印制電路板表面多余引腳齊根剪去。（2）電容器焊接將電容器按圖裝人規(guī)定位置，并注意有極性電容器其 “ ” 與 “ ” 極不能接

53、錯(cuò)，電容器上的標(biāo)記方向要易看可見。先裝玻璃釉電容器、有機(jī)介質(zhì)電容器、瓷介質(zhì)電容器，最后裝電解電容器。（3）二極管的焊接二極管焊接要注意以下幾點(diǎn)：第一，注意陽(yáng)極陰極的極性，不能裝錯(cuò)；第二，型號(hào)標(biāo)記要易看可見；第三，焊接立式二極管時(shí)，對(duì)最短引線焊接時(shí)間不能超過 2S 。（4）三極管焊接注意 e 、 b 、 c 三引線位置插接正確；焊接時(shí)間盡可能短，焊接時(shí)用鑷子夾住引線腳，以利散熱。焊接大功率三極管時(shí)，若需加裝散熱片，應(yīng)將接觸面平整、打磨光滑后再緊固，若要求加墊絕緣薄膜時(shí)，切勿忘記加薄膜。管腳與電路板上需連接時(shí)，要用塑料導(dǎo)線。（5）集成電路焊接首先按圖紙要求，檢查型號(hào)、引腳位置是否符合要求。焊接時(shí)先焊邊沿的二只引腳，以使其定位，然后再?gòu)淖蟮接易陨隙轮饌€(gè)焊接。對(duì)于電容器、二極管、三極管露在印制電路板面上多余引腳均需齊根剪去。5.3 系統(tǒng)的