基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)

基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)TOC\o"1-3"\h\u11590第一章文獻(xiàn)綜述 130679基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì) 1225981.1課題背景與意義 1250291.2國內(nèi)外現(xiàn)狀 2172331.2.1指紋識(shí)別原理簡介 3269461.2.2單片機(jī)簡介 324691.3總結(jié) 523565參考文獻(xiàn) 719343基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì) 911592.1設(shè)計(jì)意義 9205022.2設(shè)計(jì)目標(biāo) 990182.3研究的主要內(nèi)容 9319412.4擬解決的問題 10230182.5研究的方法與技術(shù)路線 1074522.5.1硬件模塊 10153172.5.2軟件模塊 12323022.6預(yù)計(jì)結(jié)果 1354512.7研究的總體安排與進(jìn)度 1418540參考文獻(xiàn) 15196631概述 1642872系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì) 1746933PIC16F877A單片機(jī) 1890404門鎖系統(tǒng) 20300455單片機(jī)編程 20239836GUI開發(fā) 212497結(jié)果與討論 23233698結(jié)論 2713574參考文獻(xiàn) 28文獻(xiàn)綜述基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)1.1課題背景與意義基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第1頁。今天的工作生活中，很多的場(chǎng)合都需要身份的認(rèn)證，而傳統(tǒng)的基于標(biāo)志的身份認(rèn)證技術(shù)由于受到證件偽造以及密碼破解等手段的威脅，逐漸表現(xiàn)得有些力不從心。怎樣保護(hù)自己的重要文件資料，如何保證自己的隱私不被泄露？在傳統(tǒng)的身份認(rèn)證中，我們往往使用密碼加密法，但是這種方法只是"防君子不防小人"。在高明的黑客眼里，由幾個(gè)字符組成的密碼脆弱得不堪一擊?，F(xiàn)在，科技的發(fā)展讓我們有了新的選擇——指紋識(shí)別技術(shù)。將指紋識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于筆記本、門鎖等方面，可以對(duì)文件、財(cái)產(chǎn)起保護(hù)作用，并且可以進(jìn)行身份識(shí)別[1]?；赑IC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第1頁。眾所周知．世界上沒有兩個(gè)完全相同特征的人，沒有兩枚完全相同的指紋。指紋識(shí)別技術(shù)是目前最方便、可靠、非侵害和價(jià)格便宜的解決方案。指紋是人體獨(dú)一無二的特征，具有隨身性、唯一性、不可復(fù)制性、絕對(duì)保密性，并且它們的復(fù)雜度足以提供用于鑒別的足夠特征[2]。指紋識(shí)別技術(shù)不僅免除了人們記憶密碼的煩惱．而且方便快捷。只須手指輕輕一按，立即便可完成身份鑒別。指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展得益于現(xiàn)代電子集成制造技術(shù)和快速可靠的算法的研究。盡管指紋只是人體皮膚的小部分，但用于識(shí)別的數(shù)據(jù)量相當(dāng)大，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)也不是簡單的相等與不相等的問題，而是使用需要進(jìn)行大量運(yùn)算的模糊匹配算法?，F(xiàn)代電子集成制造技術(shù)使得我們可以制造相當(dāng)小的指紋圖像讀取設(shè)備，同時(shí)飛速發(fā)展的個(gè)人計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度提供了在微機(jī)甚至單片機(jī)上可以進(jìn)行兩個(gè)指紋的比對(duì)運(yùn)算的可能。另外，匹配算法可靠性也不斷提高，指紋識(shí)別技術(shù)己非常實(shí)用[3]。隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)安全技術(shù)和身份認(rèn)證對(duì)人們?cè)絹碓街匾S著基于個(gè)人特征的身份認(rèn)證技術(shù)的不斷完善和身份認(rèn)證設(shè)備價(jià)格的下降[4]。由此可見，指紋識(shí)別技術(shù)將在互聯(lián)網(wǎng)通信安全、金融證券、政府機(jī)構(gòu)、軍事安全、電子商務(wù)等領(lǐng)域具有更加廣闊的應(yīng)用前景[5]。1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第2頁。目前，單片機(jī)已越來越廣泛地滲透到人們的生活、工作中，以其為核心的控制系統(tǒng)，具有實(shí)時(shí)控制功能強(qiáng)、可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。隨著人們生活水平的不斷提高，單片機(jī)控制系統(tǒng)無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人們帶來的方便也是不可否定的。因此，了解單片機(jī)知識(shí)、掌握單片機(jī)的應(yīng)用技術(shù)具有重大的意義。單片機(jī)技術(shù)結(jié)合指紋識(shí)別系統(tǒng)這一系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是單片機(jī)廣泛應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域的一個(gè)范例?；赑IC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第2頁。1.2.1指紋識(shí)別原理簡介指紋識(shí)別技術(shù)的原理和其它生物識(shí)別技術(shù)的原理相似。它是利用人體的指紋特征對(duì)個(gè)體身份進(jìn)行區(qū)分和鑒定。嚴(yán)格來講，指紋識(shí)別的原理包括指紋采集原理、指紋特征提取原理和指紋特征匹配原理三大部分。指紋采集原理主要是根據(jù)指紋的幾何特性或生理特性，通過各種傳感技術(shù)把指紋表現(xiàn)出來，形成數(shù)字化表示的指紋圖案。指紋特征分析的原理是對(duì)指紋圖案的整體特征和細(xì)節(jié)特征進(jìn)行提取、鑒別的原理。其分析的對(duì)象包括紋形特征和特征點(diǎn)的分布、類型，以及一組或多組特征點(diǎn)之間的平面幾何關(guān)系。指紋特征值匹配原理是對(duì)指紋圖案的整體特征和細(xì)節(jié)特征按模式識(shí)別的原理進(jìn)行比對(duì)匹配。匹配是在已注冊(cè)的指紋和當(dāng)前待驗(yàn)證的指紋之間進(jìn)行的。匹配運(yùn)算不是對(duì)兩個(gè)指紋圖像進(jìn)行比較，而是對(duì)已形成數(shù)字模板的指紋特征值進(jìn)行匹配[5]。1.2.2單片機(jī)簡介單片機(jī)操作簡便，成本低，功能也相對(duì)穩(wěn)定。因此本次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)控制指紋識(shí)別模塊與外圍設(shè)備。目前單片機(jī)主要有以下幾類：1.51單片機(jī)系列Mcs-5l系列單片微處理機(jī)是美國INTEL公司在MCS-48單片機(jī)的基礎(chǔ)上于80年代初推出的產(chǎn)品，具有較強(qiáng)的功能，適應(yīng)用比較復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)合，堪稱世界上性能最高的微計(jì)算機(jī)系列。其具有以下特點(diǎn)：1)集成度高：MCS-52單片機(jī)的代表產(chǎn)品為8051，其內(nèi)部包含了4字節(jié)的ROM，128個(gè)字節(jié)的RAM，4+8位并行口，一個(gè)全雙工串行口，二個(gè)十六位的定時(shí)計(jì)數(shù)器以及一個(gè)處理功能很強(qiáng)的中央處理機(jī)。5個(gè)中斷源2個(gè)優(yōu)先級(jí)。2)可靠性高：由于單片機(jī)總線大多在芯片內(nèi)部不易受干擾，而且單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)體積小容易屏蔽，可靠性高，可以應(yīng)用于多種場(chǎng)臺(tái)?；赑IC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第3頁。3)處理功能強(qiáng)、速度高：Mcs一5l單片微處理機(jī)指令系統(tǒng)中具有加減乘除指令及各種邏輯運(yùn)算和轉(zhuǎn)移指令，還具有位操作功能，CPU時(shí)鐘高達(dá)l2MHz，單字節(jié)乘法和除法僅需4ps就可完成，且具有特殊的多機(jī)通訊功能，可作為多機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)[7]。基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第3頁。2.AVR單片機(jī)系列1997年,由ATMEL公司利用Flash新技術(shù),共同研發(fā)出RISC精簡指令集的高速8位單片機(jī)，AVR單片機(jī)。相對(duì)于出現(xiàn)較早也較為成熟的51系列單片機(jī)，AVR系列單片機(jī)片內(nèi)資源更為豐富，接口也更為強(qiáng)大，同時(shí)由于其價(jià)格低等優(yōu)勢(shì)，在很多場(chǎng)合可以替代51系列單片機(jī)[8]。其具有以下特點(diǎn)：1)采用CMOS技術(shù)和RISC架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高速(50ns)、低功耗(μA)、具有SLEEP(休眠)功能。AVR的一條指令執(zhí)行速度可達(dá)50ns(20MHz)，而耗電則在1μA～2.5mA間。2)超功能精簡指令：具有32個(gè)通用工作寄存器(相當(dāng)于8051中的32個(gè)累加器)，克服了單一累加器數(shù)據(jù)處理造成的瓶頸現(xiàn)象。片內(nèi)含有128-4K字節(jié)SRAM，可靈活使用指令運(yùn)算，適合使用功能很強(qiáng)的C語言編程，易學(xué)、易寫、易移植。3)操作方便：程序?qū)懭肫骷r(shí)，可以使用并行方式寫入(用編程器寫入)，也可使用串行在線下載(ISP)、在應(yīng)用下載（IAP）方法下載寫入。可直接在電路板上進(jìn)行程序的修改、燒錄等操作，方便產(chǎn)品升級(jí)[9]。3.MSP430單片機(jī)系列MSP430系列單片機(jī)是美國\德州儀器（\TI）1996年開始推向市場(chǎng)的一種16位超低功耗、具有\(zhòng)精簡指令集（\RISC）的混合信號(hào)處理器（MixedSignalProcessor]。稱之為混合信號(hào)處理器，是由于其針對(duì)實(shí)際應(yīng)用需求，將多個(gè)不同功能的\模擬電路、\數(shù)字電路模塊和\\t"_blank"微處理器集成在一個(gè)芯片上，以提供“單片機(jī)”解決方案。該系列單片機(jī)多應(yīng)用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中[10]。其具有以下特點(diǎn)：1)處理能力強(qiáng)：MSP430系列單片機(jī)是一個(gè)16位的單片機(jī)，采用了精簡指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式，大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令。這些特點(diǎn)保證了可編制出高效率的源程序?；赑IC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第4頁。2)運(yùn)算速度快：MSP430系列單片機(jī)能在25MHz晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)40ns的指令周期。16位的數(shù)據(jù)寬度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實(shí)現(xiàn)乘加運(yùn)算）相配合，能實(shí)現(xiàn)\數(shù)字信號(hào)處理的某些算法?；赑IC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第4頁。3)超低功耗：MSP430單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷汉挽`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處[11]。4.PIC系列PIC單片機(jī)系列是美國微芯公司(MiCroShip)的產(chǎn)品，是當(dāng)前市場(chǎng)份額增長最快的單片機(jī)之一，高調(diào)速性能好，成本低和編程靈活性，可使用C語言編程開發(fā)。FlashROM內(nèi)的單片機(jī)程序可以反復(fù)擦寫,低功耗，靈活性很強(qiáng)[12,13]。其具有以下特點(diǎn)：1)精簡指令集：CPU采用RISC結(jié)構(gòu)，分別有33、35、58條指令三種。而51系列有111條指令，AVR單片機(jī)有118條指令，都比前者復(fù)雜。2)高效率：PIC單片機(jī)采用Haryard雙總線結(jié)構(gòu)，運(yùn)行速度快(指令周期約160～200nS)，它能使程序存儲(chǔ)器的訪問和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的訪問并行處理，這種指令流水線結(jié)構(gòu)，在一個(gè)周期內(nèi)完成兩部分工作，一是執(zhí)行指令，二是從程序存儲(chǔ)器取出下一條指令，這樣總的看來每條指令只需一個(gè)周期(個(gè)別除外)[14]。3)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)：PIC單片機(jī)I/O口是雙向的，其輸出電路為CMOS互補(bǔ)推挽輸出電路。I/O腳增加了用于設(shè)置輸入或輸出狀態(tài)的方向寄存器，從而解決了51系列I/O腳為高電平時(shí)同為輸入和輸出的狀態(tài)。低電平吸人電流達(dá)25mA，高電平輸出電流可達(dá)20mA。相對(duì)于51系列而言，這是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，它可以直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示且外電路簡單。它的A/D為10位，能滿足精度要求。具有在線調(diào)試及編程(ISP)功能[15]?？偨Y(jié)基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第5頁。PIC單片機(jī)不搞單純的功能堆積，而是從實(shí)際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價(jià)格比，靠發(fā)展多種型號(hào)來滿足不同層次的應(yīng)用要求,我們可以針對(duì)我們所要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品選擇我們所需的單片機(jī)類型。PIC單片機(jī)具有優(yōu)越開發(fā)環(huán)境，像普通51單片機(jī)的開發(fā)系統(tǒng)大都采用高檔型號(hào)仿真低檔型號(hào)，其實(shí)時(shí)性不盡理想。PIC單片機(jī)以保密熔絲來保護(hù)代碼，用戶在燒入代碼后熔斷熔絲，別人再也無法讀出，除非恢復(fù)熔絲,目前，PIC采用熔絲深埋工藝，恢復(fù)熔絲的可能性極小.從價(jià)格來看PIC單片機(jī)也處于較低位置[16]?；赑IC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第5頁。傳統(tǒng)的PC機(jī)+算法的指紋識(shí)別系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)體積大、成本高、處理速度慢而且不便于攜帶等缺點(diǎn)[17]。而嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)則具有體積小、外圍電路簡單、處理速度快、能移植到PC機(jī)開發(fā)的程序上實(shí)現(xiàn)片上系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)[18,19,20]基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第6頁。因此，本次設(shè)計(jì)決定使用PIC單片機(jī)與嵌入式指紋識(shí)別模塊結(jié)合的方案?；赑IC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第6頁。參考文獻(xiàn)[1]盧官明，李海波，劉莉．生物特征識(shí)別綜述[J]．南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007，27(2):81-82[2]盧雪賢.指紋識(shí)別技術(shù)門禁應(yīng)用解決方案[J]．中國防偽報(bào)道，2007，21(8):1-11[3]張成，周媛媛等．指紋采集技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)[J]．電子技術(shù)應(yīng)用，2004，6(8):3-20[4]聶鵬耿文波．指紋識(shí)別技術(shù)淺談[J]．電腦知識(shí)與技術(shù)，2007，15(9):937-943[5]YangXD，NingXB，YinYL.Fingerprintimagepreprocessingtechniqueandfeatureextractionalgorithm.JournalofNanjingUniversityNaturalSciences，2006.4(42):351-361[6]指紋識(shí)別概念、指紋識(shí)別原理和過程[OL]．/archive/13309/[7]王琮．高性能單片微計(jì)算機(jī)：MOS—51單片機(jī)簡介[J]．電子工業(yè)專用設(shè)備，1989，12(1):46-48[8] 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第二章開題報(bào)告基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第8頁?；赑IC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)意義現(xiàn)代社會(huì)越來越需要高效可靠的身份識(shí)別系統(tǒng)。傳統(tǒng)的門鎖系統(tǒng)中個(gè)人身份鑒別手段如鑰匙、密碼、身份磁卡、IC卡等識(shí)別卡方式。但是，傳統(tǒng)的個(gè)人身份鑒別方式可假冒、可偽造、可盜用、可破譯，已不能完全滿足現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和社會(huì)安全防范的需要。從消除人為不安全因素看，只有不易被他人代替、仿制、且獨(dú)一無二的身份碼憑證才能做到。因此，基于人體生理特征的身份識(shí)別系統(tǒng)逐漸為社會(huì)所矚目。隨著識(shí)別技術(shù)的不斷成熟，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種基于人體生理特征的身份識(shí)別系統(tǒng)如：指紋、手掌、聲音、視網(wǎng)膜、瞳孔、面紋等識(shí)別技術(shù)紛紛從實(shí)驗(yàn)室中走出來，由小型機(jī)落戶微機(jī)，走向民用。而從易用性、安全性、成熟性和造價(jià)等方面綜合比較，指紋識(shí)別技術(shù)將成為未來人體生理特征身份識(shí)別技術(shù)的主流之一，指紋自動(dòng)識(shí)別技術(shù)開創(chuàng)了個(gè)人身份鑒別的新時(shí)代，將來我們生活的很多場(chǎng)合都要用到指紋，指紋使我們的生活更方便、安全[1]。2.2設(shè)計(jì)目標(biāo)本設(shè)計(jì)主要針對(duì)指紋識(shí)別模塊開發(fā)出基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用指紋識(shí)別模塊采集指紋信息保存，并與PIC單片機(jī)建立通信，單片機(jī)將根據(jù)按鍵選擇執(zhí)行不同的功能，可以實(shí)現(xiàn)與指紋錄入、指紋比對(duì)、刪除指紋數(shù)據(jù)、開鎖、關(guān)鎖等功能同時(shí)當(dāng)前所處狀態(tài)將用液晶屏顯示，以方便用戶使用。2.3研究的主要內(nèi)容基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第9頁。本設(shè)計(jì)完成一種基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖系統(tǒng)。主要包括PIC單片機(jī)，指紋采集模塊，液晶屏模塊，獨(dú)立按鍵模塊，電磁鎖模塊。整體設(shè)計(jì)框圖如圖2.1所示?；赑IC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第9頁。圖2.1整體設(shè)計(jì)總體框圖PIC單片機(jī):用于數(shù)據(jù)的處理及外圍設(shè)備的控制。指紋采集模:用于塊完成指紋的錄入、比對(duì)、刪除。液晶屏模塊:用于將該系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)及指紋數(shù)據(jù)比對(duì)成果顯示出來。獨(dú)立按鍵模塊:用于選擇該系統(tǒng)的功能。電磁鎖模塊:用于門鎖的開關(guān)。2.4擬解決的問題本設(shè)計(jì)解決的主要問題是指紋識(shí)別模塊與PIC單片機(jī)之間的通信、獨(dú)立按鍵模塊控制、液晶屏模塊控制和電磁鎖模塊控制。2.5研究的方法與技術(shù)路線本設(shè)計(jì)主要有硬件模塊和軟件模塊兩個(gè)部分：硬件設(shè)計(jì)主要包括指紋識(shí)別模塊、獨(dú)立按鍵模塊、液晶屏模塊及電磁鎖模塊，軟件模塊主要是指在MPLAP環(huán)境下編寫C語言程序[2]。2.5.1硬件模塊1）指紋識(shí)別模塊基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第10頁。本次設(shè)計(jì)采用基于嵌入式的指紋識(shí)別模塊，該指紋識(shí)別模塊系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：指紋傳感器部分、電源管理及復(fù)位部分、時(shí)鐘控制部分、通訊端口部分、程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分。這種結(jié)構(gòu)保證了系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)展性，同時(shí)節(jié)省了硬件資源，降低了成本。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2.2所示?；赑IC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第10頁。圖2.2指紋識(shí)別模塊結(jié)構(gòu)系統(tǒng)2）液晶屏模塊本設(shè)計(jì)使用LCD12864漢字圖形點(diǎn)陣式液晶顯示模塊，可顯示漢字和圖形，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字（16X16點(diǎn)陣）、128個(gè)字符（8X16點(diǎn)陣）及64X256點(diǎn)陣顯示RAM（GDRAM），配置LED背光，多種軟件功能（光標(biāo)顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等）。圖2.3為LCD12864引腳圖。圖2.3LCD引腳圖3）獨(dú)立按鍵模塊鍵盤采用獨(dú)立式鍵盤。其電路結(jié)構(gòu)為：鍵盤一端接微處理器的一個(gè)I/O口，同時(shí)接上拉電阻值系統(tǒng)電源，另一端接地。在程序中采用查詢的形式，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，將掃描碼保存起來，根據(jù)鍵值，執(zhí)行相關(guān)程序代碼，實(shí)現(xiàn)用戶操作功能。4）電磁鎖模塊基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第11頁。磁力鎖是利用電生磁的原理，當(dāng)電流通過硅鋼片時(shí)，電磁鎖會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的吸力緊緊的吸住吸附鐵板達(dá)到開鎖的效果。非常小的電流也會(huì)讓電磁鎖就會(huì)產(chǎn)生很大的磁力，有效的控制電磁鎖電源的門禁系統(tǒng)識(shí)別人員正確后即斷電，電磁鎖失去吸力即可開門。由于PIC單片機(jī)電源為5V,因此本設(shè)計(jì)采用5V電磁鎖與繼電器結(jié)合的方式。當(dāng)I/O口為高電平時(shí)繼電器導(dǎo)通電磁鎖吸合。反之，電磁鐵釋放。電磁鎖開鎖流程如圖2.4所示。基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第11頁。圖2.4電磁鎖開鎖流程電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路如圖2.5所示。圖2.5電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路2.5.2軟件模塊USART通信模塊USART是一個(gè)全雙工通用同步/異步串行收發(fā)模塊，該接口是一個(gè)高度靈活的串行通信設(shè)備。USART收發(fā)模塊一般分為三大部分：時(shí)鐘發(fā)生器、數(shù)據(jù)發(fā)送器和接收器。控制寄存器為所有的模塊共享。基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第12頁。時(shí)鐘發(fā)生器由同步邏輯電路（在同步從模式下由外部時(shí)鐘輸入驅(qū)動(dòng)）和波特率發(fā)生器組成。發(fā)送時(shí)鐘引腳XCK僅用于同步發(fā)送模式下?；赑IC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第12頁。發(fā)送器部分由一個(gè)單獨(dú)的寫入緩沖器（發(fā)送UDR）、一個(gè)串行移位寄存器、校驗(yàn)位發(fā)生器和用于處理不同楨結(jié)構(gòu)的控制邏輯電路構(gòu)成。使用寫入緩沖器，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)發(fā)送多幀數(shù)據(jù)無延時(shí)的通信。接收器是USART模塊最復(fù)雜的部分，最主要的是時(shí)鐘和數(shù)據(jù)接收單元。數(shù)據(jù)接收單元用作異步數(shù)據(jù)的接收。除了接收單元，接收器還包括校驗(yàn)位校驗(yàn)器、控制邏輯、移位寄存器和兩級(jí)接收緩沖器（接收UDR）。接收器支持與發(fā)送器相同的幀結(jié)構(gòu)，同時(shí)支持幀錯(cuò)誤、數(shù)據(jù)溢出和校驗(yàn)錯(cuò)誤的檢測(cè)[4]。其通信設(shè)計(jì)如圖2.6所示。圖2.6USART串行通信設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)采指紋識(shí)別模塊與單片機(jī)使用USART串行通信方式進(jìn)行通信。即單片機(jī)與指紋識(shí)別模塊之間的通信以及單片機(jī)對(duì)該模塊的控制程序。當(dāng)單片機(jī)發(fā)送指令給指紋模塊后，單片機(jī)會(huì)接收到該模塊的反饋信息。其流程如圖2.7所示。圖2.7串口通信流程圖2.6預(yù)計(jì)結(jié)果基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第13頁。設(shè)計(jì)一個(gè)基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖，其主要流程如下：基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第13頁。當(dāng)沒有指紋存儲(chǔ)時(shí)，可以存儲(chǔ)指紋，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的第一個(gè)指紋就是管理員指紋。當(dāng)有指紋存儲(chǔ)時(shí)且用戶輸入的指紋與管理員匹配時(shí)，進(jìn)入管理員模式，管理員可以實(shí)現(xiàn)添加會(huì)員指紋，刪除會(huì)員指紋、開鎖等功能。在執(zhí)行任務(wù)之前，必須提示輸入指紋，當(dāng)輸入指紋與管理員指紋匹配時(shí)才能執(zhí)行該項(xiàng)任務(wù)。當(dāng)有指紋存儲(chǔ)時(shí)且用戶輸入指紋與會(huì)員指紋匹配時(shí)，則門鎖打開，當(dāng)輸入指紋與會(huì)員指紋不匹配時(shí)，門鎖不會(huì)打開。2.7研究的總體安排與進(jìn)度進(jìn)度目標(biāo)要求2012年12月20號(hào)-12月25號(hào)查閱文獻(xiàn)，撰寫報(bào)告和文獻(xiàn)綜述的初稿2012年12月26號(hào)-1月1號(hào)對(duì)開題報(bào)告和文獻(xiàn)綜述初稿進(jìn)行修改，外文翻譯2012年1月2號(hào)-1月15號(hào)準(zhǔn)備PPT，開題報(bào)告答辯2012年1月16號(hào)-3月1號(hào)完成系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)和原型開發(fā)2012年3月2號(hào)-4月17號(hào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與集成，建立完整、詳細(xì)的技術(shù)文檔2012年4月18號(hào)-5月1號(hào)論文的撰寫與整理，提交畢業(yè)論文，答辯基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第14頁。

基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第14頁。參考文獻(xiàn)[1]柴曉光,岑寶熾.民用指紋識(shí)別技術(shù)[J]．人民郵電出版社，2004[2]李榮正.PIC單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]（第二版）．北京航空航天大學(xué)出版社，2006[3]童詩白，華成英．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]．第4版．北京市：高等教育出版社，2006[4]USART[OL].百度百科．/view/1368493.htm基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第15頁?；赑IC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第15頁。外文翻譯微控制器的自動(dòng)切換磁性門鎖的人臉識(shí)別HarnaniHassanRaudahAbuBakarAhmadThaqibFawwazMokhtarFacultyofElectricalEngineering摘要由于人臉識(shí)別系統(tǒng)的鑒定能力，其被廣泛用于人體身份識(shí)別，其被廣泛用于人類身份識(shí)別，特別是安全領(lǐng)域。本文介紹了圖形用戶界面（GUI）的發(fā)展。GUI是基于面部識(shí)別系統(tǒng)以及外圍設(shè)備接口控制器（PIC）作為輸入輸出控制磁力鎖的開啟、關(guān)閉門鎖的安全系統(tǒng)。GUI和PIC微控制器之間使用USB串行通信，允許從GUI輸入數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)。本系統(tǒng)表明，自動(dòng)切換傳輸模式通過PIC單片機(jī)和USB串行通信進(jìn)行實(shí)施。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)授權(quán)GUI圖像數(shù)據(jù)庫被確定的時(shí)候，GUI可以成功地打開和關(guān)閉磁力鎖。關(guān)鍵詞：外設(shè)接口控制器（PIC）；微控制器；圖形用戶界面（GUI）；MATLAB；1概述安全目前已成為一個(gè)非常重要的問題，這是為什么大量的安全系統(tǒng)使用一個(gè)重要的過程作為目的，例如識(shí)別，特別是建立訪問控制[1]。人臉識(shí)別是提高建立訪問控制應(yīng)用程序的安全性進(jìn)程的一個(gè)例子。使用臉部識(shí)別而不是其他虹膜或指紋識(shí)別的好處是它具有少侵入性，而且更安全[2]?；贕UI的面部識(shí)別系統(tǒng)的門鎖控制的發(fā)展，使用微控制器是建立訪問控制安全系統(tǒng)的一個(gè)例子。該過程的開始時(shí)基于用戶的面部信息來創(chuàng)建一個(gè)新的模板。該模板與存在于模板數(shù)據(jù)庫中的模板相比較，如果此模板與設(shè)置的容差相匹配，則訪問的預(yù)期資源通過通信端口發(fā)送到微控制器被授予信號(hào)[3]?；赑IC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第16頁。目前，建立安全性成為重要問題之一來處理[2]。為了建立人臉識(shí)別、虹膜識(shí)別、指紋識(shí)別的的訪問控制，許多識(shí)別方法已被引入到提高保障制度中。與其他相比，人臉識(shí)別是低侵入性的，而且更安全[4]。最初，根據(jù)用戶的臉部信息，創(chuàng)建一個(gè)新的模板。創(chuàng)建的模板將會(huì)與存在于數(shù)據(jù)庫中的模板進(jìn)行比較。如果兩個(gè)模板之間的匹配特性在一組公差范圍內(nèi)，則訪問將會(huì)被授予?；赑IC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第16頁。許多方法在面部識(shí)別系統(tǒng)中得以應(yīng)用。其中之一是臉特征。這種方法適用于當(dāng)臉部圖像被投影到最好是定義為已知的測(cè)試圖像變化的一個(gè)面空間（特征空間）。面空間被定義為特征臉的組面的特征向量。然后，個(gè)人識(shí)別是通過比較新的圖像中的投影與可用的培訓(xùn)集的投影的特征空間圖像[4]。使用圖形用戶界面，可以大大簡化這個(gè)過程。它可以簡化用戶的工作，使用戶無需查找命令運(yùn)行的程序或者系統(tǒng)。所有圖形用戶界面和特征臉識(shí)別方法的算法都是建立于MATLAB2009a。單片機(jī)之所以使用于此項(xiàng)目，是因?yàn)樗哂懈咚傩阅堋⒌统杀竞途幊天`活性。作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)，該控制器還包括CPU、ROM、I/O端口和定時(shí)器。然而，它們被設(shè)計(jì)成只執(zhí)行一個(gè)特定任務(wù)來控制一個(gè)單一的系統(tǒng)。此外，PIC16F877A微控制器具有一個(gè)內(nèi)置的通用同步異步收發(fā)器（USART），可直接與個(gè)人電腦相連[5]。USART模塊有兩種操作模式：同步（在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間需要一個(gè)同步時(shí)鐘）和異步（無需同步時(shí)鐘）。USART通常使用于異步模式下。本文分為幾個(gè)部分。第2節(jié)簡要介紹了系統(tǒng)的開發(fā)方法。第3節(jié)解釋有關(guān)最小電路中使用的硬件實(shí)現(xiàn)。第4節(jié)介紹采用單片機(jī)門鎖系統(tǒng)電路的發(fā)展。第5節(jié)介紹單片機(jī)編程開發(fā)。第6章解釋使用圖形用戶界面（GUI）的發(fā)展MATLAB軟件。第7條提供結(jié)果，討論，最后第8節(jié)總結(jié)了整體工作。2系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第17頁。所開發(fā)的系統(tǒng)被劃分成兩部分。如圖所示在圖1中的第一部分，該系統(tǒng)是基于GUI的臉識(shí)別系統(tǒng)和第二部分是由單片機(jī)硬件實(shí)現(xiàn)?；贕UI的人臉識(shí)別系統(tǒng)的功能作為主控制從機(jī)單元，用于單片機(jī)PIC16F877A。在該系統(tǒng)中，確認(rèn)圖像被變換成8位的信號(hào)作為一個(gè)ASCII碼通過串行通信端口連接到單片機(jī)的電路。然后，將串行信號(hào)轉(zhuǎn)換成CMOS電平信號(hào)使用MAX232。將分析所接收的信號(hào)，由單片機(jī)磁力鎖來鎖上或解鎖?；赑IC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第17頁。硬件設(shè)計(jì)圖1門鎖系統(tǒng)流程圖3PIC16F877A單片機(jī)PIC16F877A單片機(jī)，多達(dá)8Kx14字節(jié)flash寄存器用于本系統(tǒng)。它具有368×8字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和256×8個(gè)字節(jié)的EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。它5V的直流電源供電，它也由33個(gè)I/O引腳[4]。最小的電路PIC16F877A圖2中給出。正如在圖2中所示，端口1是主復(fù)位輸入，可以重置PIC20MHz的晶體振蕩器和2個(gè)22pF的電容單位的用于使IC工作。基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第18頁?；赑IC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第18頁。圖2PIC16F887A最小系統(tǒng)MAX232是一個(gè)串行RS232，TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換器+/-10V串行RS232信號(hào)轉(zhuǎn)換成0V到5V的TTL/CMOS電平。這種連接是重要的，以允許筆記本電腦和PIC單片機(jī)之間的溝通[6]。由于目前大多數(shù)筆記本電腦沒有串口通信端口，因此，USB到DB9轉(zhuǎn)換器適用于所提出的設(shè)計(jì)。下面的圖3顯示了電路圖和連接的USB串行通信MAX232電路?；赑IC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第19頁。圖3USB與MAX232串行通信電路基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第19頁。4門鎖系統(tǒng)電磁鎖鎖定單元由PIC16F877A作為控制，如圖4中所示。單片機(jī)可實(shí)現(xiàn)各種功能端口，如數(shù)字I/O。此外模擬輸入和USART端口的串行通信由單片機(jī)監(jiān)管。圖4門鎖系統(tǒng)示意圖為了滿足本系統(tǒng)的要求，原電路開發(fā)控制磁性鎖。所設(shè)計(jì)的電路RC6接收到的串行信號(hào)由MAX232電路。然后，將開關(guān)晶體管2N2222轉(zhuǎn)到“ON”時(shí)，面對(duì)的是被確定在輸出引腳RD2。RD1引腳設(shè)置為打開的LED。每當(dāng)圖像被識(shí)別，該系統(tǒng)只使用發(fā)射機(jī)在引腳（RD6的），而不是使用發(fā)射機(jī)和接收器。這是因?yàn)橄到y(tǒng)只收到了從GUI傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。該電路被設(shè)計(jì)撐20MHz外部晶體振蕩器為了更快的執(zhí)行時(shí)間。5單片機(jī)編程基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第20頁。PIC16F877A的是一個(gè)可編程微控制器，一個(gè)串行編程和flash寄存器[7]。整個(gè)運(yùn)行過程的控制輸入和系統(tǒng)的輸出是用C語言編程開發(fā)。開發(fā)的編程持續(xù)延遲，輸入原始狀態(tài)設(shè)置提供可互換的串行數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)使用嵌入式USART。開發(fā)的編程使用了Mikroelectronika（mikroC）作為一個(gè)編譯器。它提供了支持工具，用于測(cè)試和調(diào)試有幫助軟件庫[8]。編程的流程圖如圖5所示基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第20頁。圖5PIC單片機(jī)算法流程圖6GUI開發(fā)基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第21頁。一個(gè)圖形用戶界面（GUI）是一個(gè)圖形接口程序。圖形用戶界面的實(shí)施是重要的，因?yàn)樗试S用戶選擇應(yīng)采取什么樣的行動(dòng)，由系統(tǒng)執(zhí)行的。圖6示出的圖形用戶界面的布局。有4個(gè)按鈕，這是開發(fā)GUI訓(xùn)練圖像，測(cè)試圖像，刪除數(shù)據(jù)庫并退出按鈕。每個(gè)按鈕執(zhí)行不同的任務(wù)。GUI也圖像顯示兩個(gè)圖片框和兩個(gè)文本文本框顯示。基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第21頁。圖6用戶界面GUI的圖形布局基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第22頁。圖7示出了GUI開發(fā)流程圖，使用MATLABR2009a。的流程圖中，被用作GUI窗口圖像識(shí)別處理平臺(tái)。基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第22頁。圖7GUI的開發(fā)流程圖GUI窗口平臺(tái)需要四個(gè)按鈕接口的過程。該平臺(tái)允許用戶選擇圖像在訓(xùn)練圖像文件夾中的數(shù)據(jù)庫。然后，用戶在測(cè)試圖像文件夾選擇圖像。該系統(tǒng)將兩個(gè)圖像識(shí)別或匹配。后識(shí)別過程中，信息將被發(fā)送到微控制器切換ON/OF磁力鎖。7結(jié)果與討論圖8示出了測(cè)試的圖像相匹配保存圖像，將關(guān)閉在門磁力鎖隨后允許用戶進(jìn)入房間。相匹配的圖象是由用戶選擇的圖像。輸入畫面是由系統(tǒng)跟蹤的圖像。在圖9中，LED接通“ON”的門被打開后，作為系統(tǒng)識(shí)別圖像的指示燈?；赑IC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第23頁?；赑IC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第23頁。圖8保存頭像與測(cè)試頭像進(jìn)行匹配圖9LED接通“ON”的，作為指示劑的磁性鎖變?yōu)椤癘FF”基于PIC單片機(jī)的指紋基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第24頁。圖10顯示的情況下，訪問被拒絕，這是因?yàn)闇y(cè)試圖像與在數(shù)據(jù)庫中的保存圖像不匹配。磁性門保持關(guān)閉或“ON”狀態(tài)，直到識(shí)別系統(tǒng)確定承認(rèn)的圖像。LED轉(zhuǎn)向'OFF'作為指示燈門仍然接近圖像后，未能被系統(tǒng)識(shí)別的，如在圖11中所示。圖10保存圖像和測(cè)試圖像不匹配圖11LED作為標(biāo)志把“OFF”磁力鎖打開“ON”基于PIC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第25頁?；赑IC單片機(jī)的指紋識(shí)別門鎖設(shè)計(jì)全文共28頁，當(dāng)前為第25頁。圖12顯示了ASCII'A'字符發(fā)送GUI的微控制器。單片機(jī)關(guān)閉磁力鎖，當(dāng)它從GUI接收到的字符'A'。單片機(jī)比較其參考ASCII碼字符與接收到的數(shù)據(jù)從GUI，并關(guān)閉了開關(guān)晶體管時(shí)，接收到的字符匹配字符保存在微控制器。圖12串行信號(hào)的ASCII'A'字符發(fā)送形式GUI傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一個(gè)GUI異步形式。然后，數(shù)據(jù)被分成幀中字節(jié)大小。從GUI傳輸?shù)臄?shù)據(jù)只使用7位稱為奇偶校驗(yàn)的數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀的第8位檢查位錯(cuò)誤目的。圖12示出了串行信號(hào)，然后被轉(zhuǎn)換成CMOS