生物識(shí)別；單片機(jī)；打卡；報(bào)警

PAGEPAGE13 哈爾濱工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要隨著現(xiàn)在更多新技術(shù)的快速更迭,在人們的日常生活中常常需要人們?nèi)ヲ?yàn)證種種身份的確認(rèn)。而在當(dāng)今的物聯(lián)網(wǎng)信息時(shí)代,每個(gè)人都擁有種類繁多的大量身份確認(rèn),有一些全是數(shù)字的,還有一些全是圖的密碼,例如手機(jī)解鎖的身份認(rèn)證，支付的身份認(rèn)證密碼，電腦解鎖的身份認(rèn)證的密碼,軟件登錄的身份認(rèn)證密碼等等,就單單這些移動(dòng)端的認(rèn)證的密碼都可以是無數(shù)個(gè)需要認(rèn)證的密碼那就更不要說還有一些更重要的需要認(rèn)證的安全密碼。還有另外的一些相對(duì)傳統(tǒng)的硬件機(jī)械安全防盜系統(tǒng),隨著當(dāng)今時(shí)代的變更科技的提升,曾經(jīng)的安全系統(tǒng)已經(jīng)沒那么可靠了,所以,所以更安全更新的生物識(shí)別技術(shù)慢慢地走進(jìn)了我們的生活,出現(xiàn)在我們生活中的身份認(rèn)證系統(tǒng)中。例如手指紋路、眼球、視網(wǎng)膜識(shí)別等新興技術(shù)已經(jīng)愈加成熟了,然而指紋識(shí)別技術(shù)作為生物識(shí)別里面一個(gè)相對(duì)來說較成熟的已經(jīng)獲得了各行業(yè)的人民的認(rèn)可與信任識(shí)大量的被應(yīng)用到了各種各樣的安全系統(tǒng)中去。因?yàn)樯镒R(shí)別具有僅有性,任何一個(gè)人的每一個(gè)指紋都是獨(dú)有的。關(guān)鍵詞：生物識(shí)別；單片機(jī)；打卡；報(bào)警

AbstractWiththerapddevelomentallkindofhigh-teh,weoftenneedtoconfirmtheauthenticationofvariousidentitiesinthedailylifeofthepeople.Intheerofbigdatainforation,everonehasavarityofauthentcationpasswords,someofwhcharalldigital,suchasmoblephonpoeronpassord,moilepayentpassord,computerpoweronpassword,chatsoftwareloginpassword,etc.,whichcanbecount,letalonesomemoreimportantsecuritypasswords,suchassilverPaymentpasswordofbankcard,etc.SecuritysystemsmanagementpublicblockserviceapplicationCRCstate,doorkeys,carkeys,motorcyclekeys,etc.withthechaneofthetimesandtheprogressofscieceandtechnolgy,traditionlsecurtysytemsarebecomemoreandmoreable.Therefore,moreadvancedandadvancedbiometrictechnologyhasbeguntoenterourside,appearinginavarietyofsecuritysystems。Forexample,facerecognition,fingerprintrecognitionfingerprintrecognitionhasbeenrecognizedbyvariousindustries.Fingeidentificisuni.Eachfingerprintofeachpersonisunique.Itcanbesaidthatfingerprintisasignofone'sidentity.Keywords：FingerprintidentificationMCUPasswordAlarm

目錄TOC\o"1-3"\u摘要 IAbstract II目錄 III第1章緒論 11.1課題研究背景和目的 11.2本系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)和國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀 11.3主要內(nèi)容 21.4指紋識(shí)別原理 2第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 32.1系統(tǒng)功能 32.2單片機(jī)的選擇 32.3STC89C52簡(jiǎn)介 42.4設(shè)計(jì)方案一 42.5設(shè)計(jì)方案二 52.6系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 52.7預(yù)期達(dá)到的目標(biāo) 5本章小結(jié) 6第3章主要元器件介紹 73.1最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 73.2電源輸入部分 73.3指紋模塊 83.3.1主要技術(shù)指標(biāo) 93.3.2指紋模塊引腳接法 93.3.3指紋模塊命令 93.4晶振部分 133.5液晶顯示電路設(shè)計(jì) 133.6報(bào)警部分 133.7存儲(chǔ)部分 14本章小結(jié) 15第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 164.1開發(fā)環(huán)境介紹 164.2主程序設(shè)計(jì) 174.3考勤打卡程序設(shè)計(jì) 184.4串口初始化 194.5液晶顯示程序設(shè)計(jì) 20本章小結(jié) 21第5章系統(tǒng)功能測(cè)試 225.1軟件仿真 225.2硬件調(diào)試 225.3軟件調(diào)試 225.4實(shí)物演示 235.5系統(tǒng)聯(lián)調(diào) 275.6調(diào)試環(huán)境設(shè)計(jì) 27本章小結(jié) 27結(jié)論 28第1章緒論1.1課題研究背景和目的隨著我們的生活越來越高科技與計(jì)算機(jī)技術(shù)的更新,曾經(jīng)廣為人知為安全識(shí)別技術(shù)已經(jīng)越來越脆弱了。生物識(shí)別技術(shù)是根據(jù)每個(gè)人的長(zhǎng)相、聲線等人體特征進(jìn)行確認(rèn)身份驗(yàn)證的科學(xué)解決辦法。在日常生活中生物識(shí)別技術(shù)主要優(yōu)勢(shì)有如下幾點(diǎn)：1.降低、避免身份假冒確認(rèn)的進(jìn)行真實(shí)身份。2．使成本大大減低了，人工管理將退出歷史舞臺(tái)。3．使用更加的簡(jiǎn)單,降低了使用的難度。4．方便了人們的日常使用與各種支付或者身份的驗(yàn)證。生物識(shí)別技術(shù)的發(fā)展始打算于指紋研究，也是目前的框架應(yīng)用最廣泛的生物識(shí)的技術(shù)。為了更昂上的有效地防止信息泄露，與傳統(tǒng)的身大蘇打份認(rèn)證機(jī)制相比，財(cái)產(chǎn)生物識(shí)別技術(shù)的安全性得到了極大的提高，受到了社會(huì)的撒和人們的科教科盡廣泛關(guān)注。指紋打孔和打算指紋解鎖是應(yīng)用最廣泛的生物識(shí)別技術(shù)。隨著計(jì)算框架技框架術(shù)的應(yīng)用和指紋識(shí)別技術(shù)的快速發(fā)展，低成本的指紋識(shí)別產(chǎn)品越來越多地應(yīng)用于商業(yè)市場(chǎng)，也逐的撒漸進(jìn)入家庭應(yīng)用。長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)外的研究者一直致力于指紋識(shí)別，開發(fā)了各種指紋識(shí)別模塊及其在的撒安全、考勤、走廊識(shí)別等方面的應(yīng)用產(chǎn)品。1.2本系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)和國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)在是經(jīng)濟(jì)效益會(huì)計(jì)科就看見高于一切的時(shí)候。1993年，指紋認(rèn)證技的撒旦術(shù)開始進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。經(jīng)過多年的發(fā)展廣泛的，特別是2003年互聯(lián)范德薩網(wǎng)接入控制方案實(shí)施后，得到了迅速的發(fā)展。國(guó)內(nèi)廣泛的相關(guān)技術(shù)與國(guó)際水平基本一致。在我國(guó)指紋識(shí)別的應(yīng)用中，以指紋為基礎(chǔ)研大蘇打究考勤系統(tǒng)的應(yīng)用占有相當(dāng)大的比重。在技術(shù)支持和多年與打國(guó)際接軌法師的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的法師雙重條件下，國(guó)內(nèi)相關(guān)廠家已經(jīng)能夠?yàn)槲覀兲峁┮灾讣y為的撒標(biāo)志的發(fā)放高品質(zhì)高端考勤設(shè)備。包括IBMaa、Intelbd、Microsoftdas、Motorolafgf等在內(nèi)的阿松大許多國(guó)外大公司都為自己的產(chǎn)廣泛的品品牌設(shè)立了專門的技術(shù)研發(fā)和反對(duì)法應(yīng)用機(jī)構(gòu)。當(dāng)然，指紋和其他識(shí)別技術(shù)郭德綱的機(jī)構(gòu)也包括在內(nèi)。在國(guó)際市非董場(chǎng)上，指紋采集、圖像處理、識(shí)別、比對(duì)框架發(fā)等技術(shù)從技術(shù)角度來看都非常完善。在完善成熟技術(shù)的支持下，這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)際市場(chǎng)上的應(yīng)用發(fā)框架也相當(dāng)普遍。其核心應(yīng)用范發(fā)生發(fā)框架是金融相關(guān)行業(yè)，信息飛灑發(fā)框架高度保密、安全等。這項(xiàng)技術(shù)為這些行業(yè)提供安全飛灑發(fā)生可靠的個(gè)人身份識(shí)別和其他服務(wù)。1.3主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)以51單片機(jī)STC89C52為主芯片，選用指紋識(shí)我去別模塊fm-180進(jìn)行二次開發(fā)。模塊采用串行框架大義務(wù)與通信方式，按照指紋系統(tǒng)的定義的協(xié)議與單片機(jī)進(jìn)行的通信。單片機(jī)按照固定奮斗史的協(xié)議讀取指紋系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，同時(shí)控制指紋系統(tǒng)的發(fā)送指令，實(shí)現(xiàn)的撒旦指紋的操作。顯示器選擇LCD1602，用于系統(tǒng)運(yùn)阿松大行時(shí)和各種功能模式下顯示相應(yīng)的提示內(nèi)容；設(shè)計(jì)要求指紋可以輸入、識(shí)別、刪除等操作，由不同的按看就看監(jiān)控機(jī)。本設(shè)計(jì)采用三個(gè)獨(dú)立按鍵，軟件部分采用發(fā)生的輪詢檢測(cè)IO電平來判斷按鍵值，報(bào)警提飛灑示部分采用蜂鳴發(fā)生看就看框架和繼電器控制端口。1.4指紋識(shí)別原理目前，在所有被人們熟知的生物的特征的識(shí)別的技術(shù)中，有一種是相對(duì)的成熟的，因?yàn)槠洳僮鬟^程相對(duì)簡(jiǎn)單，識(shí)別精度高的原因已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪凶顬榻邮芎蛷V泛應(yīng)用的。這項(xiàng)技術(shù)是利用每個(gè)人指紋的獨(dú)特特征來識(shí)別和區(qū)分每個(gè)人。指紋識(shí)別是科學(xué)技術(shù)發(fā)展帶來的一項(xiàng)新技術(shù)。其原理由采集、特征提取和特征匹配三部分組成。收集是第一個(gè)過程。在物理和生理傳輸計(jì)算機(jī)上，利用指紋的隆起和凹陷、指紋的凹陷來繪制不可比擬的圖像。物理上，山脊和山谷在反射光強(qiáng)度上有強(qiáng)弱差異，它們?cè)谂c物體接觸的過程中會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生不同的壓力；物理上，由于它們的不均勻特性，它們的溫度感略有不同，其反饋信息也大致相同波長(zhǎng)不一樣。下一步是提取特征。這一過程包括“總”和“次”兩個(gè)方面。首先，“總體”是采集指紋特征信息、采集到的各種特征點(diǎn)的類型和離散度；其次，“劃分”是識(shí)別兩個(gè)或多個(gè)特征點(diǎn)之間存在幾何差異的多邊形，最后將這些整體特征和局部特征導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，并以數(shù)字模板的形式反映出來。識(shí)別過程的最后一步是進(jìn)行匹配操作，通過比較已經(jīng)輸入和需要測(cè)試的指紋的現(xiàn)有數(shù)字模板的整體和局部特征值來完成匹配操作。第2章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)單片機(jī)STC89C52是本設(shè)計(jì)的核心處理器,本次設(shè)計(jì)分為如下幾個(gè)部分：信息檢測(cè)部分、數(shù)據(jù)分析處理部分、控制部分和顯示部分。2.1系統(tǒng)功能本設(shè)計(jì)以51單片機(jī)為核心處理器，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成為指紋讀取部分、單片機(jī)控制器部分、報(bào)警部分、按鍵部分、繼電器部分、信息數(shù)據(jù)儲(chǔ)存部分、顯示屏幕部分。系統(tǒng)硬件框圖，如圖2-1所示。繼電器控制STC89C52指紋讀取繼電器控制STC89C52指紋讀取信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)報(bào)警模塊信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)報(bào)警模塊液晶顯示模塊塊塊按鍵模塊液晶顯示模塊塊塊按鍵模塊圖2-1系統(tǒng)硬件框圖2.2單片機(jī)的選擇系統(tǒng)中的主要元件MCU，它代表著影響著系統(tǒng)的功能性能等。應(yīng)用最廣泛的機(jī)器，微控制器框架是51系列的8位單片機(jī)機(jī)器、他是很多計(jì)算CAN、一些更強(qiáng)悍的16位單片機(jī)和32位。CAN主要應(yīng)用于擁有許多信號(hào)需要處理的場(chǎng)合，但價(jià)格比較昂貴，難以發(fā)展；ARM芯片，具有一定的相似性，但小型系統(tǒng)的增強(qiáng)型16單片機(jī)已經(jīng)能足夠滿足我們的需求。51的單片機(jī)是Intelerat的8051的指令系統(tǒng)兼容框架的單片機(jī)。本設(shè)計(jì)以51單片機(jī)為核心處理器，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成為指紋讀取部分、單片機(jī)控制器部分、報(bào)警部分、按鍵部分、繼電器部分、信息數(shù)據(jù)儲(chǔ)存部分、顯示屏幕部分。所以針對(duì)很多不同應(yīng)用場(chǎng)景，另外，宏景公司生產(chǎn)的STC89C52系列單片機(jī)也能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。本文選用STC89C52單片機(jī)。實(shí)物圖，如圖2-2所示。圖2-2STC89C52單片機(jī)2.3STC89C52簡(jiǎn)介STC89C52的特點(diǎn)：50引腳，具備6k片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，具備158b的存儲(chǔ)器，具備的56個(gè)外部雙向接口框架，具備8個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)9層中斷嵌套中斷框架，同時(shí)還具備14個(gè)18位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器框架,具備5個(gè)全雙工串行通信口。除了以上的具備條件此外它還設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為1的并且可通過軟件設(shè)置的省電模式的場(chǎng)景應(yīng)用。在單片機(jī)不用的時(shí)候，它的內(nèi)核不工作，而它的行口外打算中斷的系統(tǒng)可繼續(xù)的工作，單片機(jī)數(shù)收到據(jù)在關(guān)機(jī)狀態(tài)下凍結(jié)振蕩器打算并保存數(shù)據(jù)。單片機(jī)停止芯片的打算其它功能，直到外部中打算斷激活或打算硬件復(fù)位等。同時(shí)，該芯片還具有芯片非?？煽康姆庋b形式，以滿足不同產(chǎn)品的需求和設(shè)計(jì)。2.4設(shè)計(jì)方案一觸發(fā)器構(gòu)成的電路是控制系統(tǒng)的核心。用戶可以輸入的信息有15個(gè)，其中只有5個(gè)是有效信息，其他信息是干擾信息。如果按下干擾信息，輸入電路會(huì)自動(dòng)識(shí)別信息并清除信息，因此，輸入的信息的時(shí)間超過15秒（一般情況下，用戶不會(huì)超過15秒，如果用戶覺得不方便，則需要重新輸入之前輸入請(qǐng)問的無效鍵信息，它還可以自行修改）電路會(huì)報(bào)警25秒，如果電路請(qǐng)問連續(xù)報(bào)警3次，電路框架大誤區(qū)定鍵盤3分鐘，為了防止他人的非法操作，做了上述設(shè)計(jì)。由于數(shù)而我空間的設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但控制的精度和靈活性較差，因此不使用。2.5設(shè)計(jì)方案二因?yàn)閱纹瑱C(jī)種類非常多，而且每個(gè)型號(hào)都有其一定的應(yīng)用環(huán)境與場(chǎng)景，所以在選擇單片機(jī)時(shí)要多多的比較，合理的選擇我們最需要的，為了期望獲得最佳的性價(jià)比。正常來講我們?cè)谶x取單片機(jī)時(shí)主要考慮以下幾個(gè)方面：?jiǎn)纹瑱C(jī)的性能、單片機(jī)的效率、單片機(jī)的接口、單片機(jī)的配置，除了以上的一些不需具備的性質(zhì)還有一些其他的需要具備,比如：?jiǎn)纹瑱C(jī)的中斷源的數(shù)量和優(yōu)先級(jí)、單片機(jī)的工作溫度范圍、單片機(jī)的有沒有低電壓檢測(cè)功能、單片機(jī)的單片機(jī)內(nèi)有無時(shí)鐘振蕩器、單片機(jī)的有無電復(fù)位功能等。當(dāng)然在開發(fā)過程中我們選擇的單片機(jī)還會(huì)受到：我們的開發(fā)工具、我們的編程器、我們的開發(fā)成本、我們開發(fā)人員的適應(yīng)性、我們的技術(shù)支持和我們的服務(wù)等等因素的影響。因此我們可以看出方案二的優(yōu)點(diǎn)：控制靈活符合我們的設(shè)計(jì)，準(zhǔn)確性符合我們的設(shè)計(jì)，而且該設(shè)計(jì)的可用性性強(qiáng)并且還具有擴(kuò)展功能所以最后我們根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活的需要此次設(shè)計(jì)采用此方案。2.6系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī),本次設(shè)計(jì)分為四部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。信息檢部分測(cè)、數(shù)據(jù)分析部分、控制顯示部分。信息檢測(cè)部分：利用光學(xué)指紋傳感器檢測(cè)和識(shí)別錄入指紋信息。數(shù)據(jù)分析處理部分：我們選用了STC89C52單片機(jī)對(duì)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。控制部分：我們選用了使用繼電器對(duì)信息的性質(zhì)進(jìn)行對(duì)比判斷,例如當(dāng)前指紋識(shí)別的狀態(tài),用蜂鳴器和LCD等我們可以直觀感受到的提醒讓我們察覺當(dāng)前指紋識(shí)別是否正確。顯示部分：用液晶LCD1602顯示器顯示當(dāng)前系統(tǒng)的信息狀態(tài)。2.7預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)1.利用指紋傳感器進(jìn)行信息的采集以及識(shí)別。2.當(dāng)識(shí)別的指紋是未錄入過的信息指紋,則識(shí)別失敗蜂鳴器報(bào)警。3.當(dāng)單片機(jī)成功完成模數(shù)轉(zhuǎn)換,并成功在顯示器上顯示指紋識(shí)別成功。4.用液晶LCD1602顯示器顯示當(dāng)前指紋識(shí)別的信息狀態(tài)。5.簽到成功燈光提示功能,便于清楚地觀察指紋簽到成功與否。本章小結(jié)本章首先設(shè)計(jì)了系統(tǒng)總體方案。然后，分析了本系統(tǒng)功能的要求和目標(biāo)，以及無線技術(shù)，對(duì)主要器件進(jìn)行選型，通過對(duì)比和分析選擇了最終方案。最后，對(duì)方案進(jìn)行了介紹，經(jīng)過分析和研究，選擇了最后方案，最終本次設(shè)計(jì)分為四個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。信息處理部分、數(shù)據(jù)分析部分、控制模顯示部分。哈爾濱華德學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PAGE哈爾濱工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）I-第3章主要元器件介紹系統(tǒng)的核心所在是STC89C52單片機(jī)，其主要功能是控制子模塊，并協(xié)助完成信號(hào)傳輸、數(shù)據(jù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換以及采集處理。本章主要介紹各個(gè)主要模塊的原理及其硬件設(shè)計(jì)。3.1最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)STC89C52是一種4K字節(jié)的閃存，不僅可編程，而且可擦除，其中包括性能較高的處理器，并且包含功它是一款6位低電壓微處理器，可擦除只讀存儲(chǔ)器75次。這是一種非常適合ATMEL的高密度非易失性存儲(chǔ)器制造技術(shù)。它與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SCM-51指令集和輸出引腳兼容。這是因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)多功能8位CPU和存儲(chǔ)器閃光器的單一組合。它是atmeel中一種高效的微控制器，其效率高，這是較為精簡(jiǎn)的版本。3.2電源輸入部分電源采用直流5V供電，電源模塊包括一個(gè)3腳的電源座子和6腳的電源開關(guān)。電源座子用于連接外部的電源插頭，電源開關(guān)用于控制整個(gè)單片機(jī)的電路開和關(guān)。1口引腳連接到電源開關(guān)的3口引腳，電源開關(guān)的1、3口引腳和4、6口引腳的作用相同，用于電源的正極輸出。電源開關(guān)的2、5口引腳作為單片機(jī)的接地引腳，在使用時(shí)采取相對(duì)的選擇，即選擇1、3口引腳作為輸出，那么就要選擇5口引腳作為接地引腳，選擇4、6引腳作為輸出端口，2口引腳則作為接地引腳。本次單片機(jī)的傳感器和無線傳輸芯片的電壓都在5V內(nèi)，所以5V的電壓足夠滿足。若有12V或者其他電壓的傳感器，則可以采取升壓模塊將5V提升到更高的電壓供電。電源電路如圖3-1所示。圖3-1電源電路圖3.3指紋模塊本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇的光學(xué)識(shí)別模塊的型號(hào)是FM-180，光學(xué)識(shí)別模塊電路如圖3-2所示。圖3-2指紋傳感器引腳圖該光學(xué)指紋識(shí)別模塊里面是以DSP芯片為主，它的型號(hào)是AS606，加上外面的芯片CMOS，該芯片主要作用就是對(duì)指紋進(jìn)行“照相”，生成指紋的唯一特征，如下圖所示，是一個(gè)已拍攝的指紋模板，需要輸入兩次才能生成這樣的指紋模板。該光學(xué)指紋識(shí)別模塊的具體的工作流程為：首先掃描指紋、其次生成特征、最后，對(duì)模板進(jìn)行綜合，生成指紋數(shù)據(jù)庫(kù)文件，并成功輸入指紋。如圖3-3所示。圖4-5指紋模版圖3-3指紋模版我們需要先給指紋拍個(gè)照片，然后在分析指紋原理和構(gòu)成，核對(duì)指紋的信息，在生成指紋的信息，通過以上的步驟，我們可以成功生成指紋的照片，再通過指紋模塊的分析處理最后我們可以得到指紋模板。當(dāng)我們想要識(shí)別指紋的時(shí)候也就是需要打卡簽到的時(shí)候，我們可以通過按鍵把系統(tǒng)切換到識(shí)別模式也就是打卡模式，然后用flash芯片剛剛輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較?？纯此欠翊嬖?。完成上述操作后，可通過單片機(jī)和計(jì)算機(jī)進(jìn)行指紋識(shí)別考勤和打卡。我們采取的指紋識(shí)別模塊為指紋模塊：fm-180它是光學(xué)傳感器2他與指紋識(shí)別器通過指紋通信連接線鏈接并且配備指紋輸入芯片以及穩(wěn)壓芯片還有閃存芯片和照相主要利用了傳感器技術(shù)。3.3.1主要技術(shù)指標(biāo)供電電壓：DC5V背光顏色：綠色亮燈方式：長(zhǎng)亮/閃爍電流：75mA錄入時(shí)間：0.5秒指紋的匹配的方式：一對(duì)一匹配文件大?。?12字節(jié)容量大小：1000枚安全等級(jí)：三錯(cuò)誤率：0.0009%保真率：1.5%匹配時(shí)間：大約1.0秒接口：TUAR3.3.2指紋模塊引腳接法模塊中電源接插腳1，單片機(jī)RXD接插腳2，單片機(jī)TXD接插腳3，引腳4的狀態(tài)為懸空，引腳5的狀態(tài)為接地。引腳功能表，如表3-1所示。表3-1引腳功能表引腳名稱類型功能1Vinin電源輸入端為正2RDin邏輯電平串行數(shù)據(jù)輸入TTL3GND－電源地與信號(hào)的內(nèi)部連接3.3.3指紋模塊命令先通過我們的主要核心處理器51單片機(jī)的串口給指紋模塊發(fā)送命令，之后我們要童謠我們的主要核心處理器51單片機(jī)的串口向我指紋模塊接受命令然后我們需要用單片機(jī)判斷我們接受與發(fā)送的命令是否執(zhí)行成功，如果成功的話要進(jìn)行處理分析等流程，如果不成功那么重復(fù)以上操作直到成功為止。主要需要的命令有以下幾條：1）接電源后先看指紋頭是不是連接正常先通過進(jìn)行模塊握手。指令包格式表，如表3-2所示。表3-2指令包格式表4bytes3bytes2byte1bytes2byte3bytes4bytes包頭模塊地址包標(biāo)識(shí)包長(zhǎng)度指令碼口令效驗(yàn)0xEF1Xxxx01H07H13HPasswdSUM表3-3應(yīng)答包格式表2bytes4bytes1byte2bytes1byte2bytes包頭模塊地址包標(biāo)識(shí)包長(zhǎng)度確認(rèn)碼效驗(yàn)0xEF01Xxxx07H03HxxHSUM注：00h=確認(rèn)碼表示密碼正確；01h=確認(rèn)碼表示接收錯(cuò)誤；13h=確認(rèn)碼表示密碼錯(cuò)誤；2）需要進(jìn)行四步：首先用單片機(jī)錄入圖像、其次用單片機(jī)生成特征、之后用單片機(jī)合成指紋模板、最后用單片機(jī)存儲(chǔ)指紋模板。指令包格式表，如表3-4所示。表3-4指令包格式表2bytes4bytes1byte2bytes1byte2bytes包頭模塊地址包標(biāo)識(shí)包長(zhǎng)度指令碼效驗(yàn)0xEF01Xxxx01H03H01HSUM表3-5應(yīng)答包格式表2bytes4bytes1byte2bytes1byte2bytes包頭模塊地址包標(biāo)識(shí)包長(zhǎng)度確認(rèn)碼效驗(yàn)0xEF01Xxxx07H03HxxHSUM注：00h=確認(rèn)碼表示密碼正確；01h=確認(rèn)碼表示接收錯(cuò)誤；13h=確認(rèn)碼表示密碼錯(cuò)誤；00H=確認(rèn)碼表示成功錄入生成特征圖像Img2指令：指令包格式表，如表3-6所示。表3-6指令包格式表2bytes4bytes1byte2bytes1byte1byte2bytes包頭模塊地址包標(biāo)識(shí)包長(zhǎng)度指令碼緩沖區(qū)號(hào)校驗(yàn)和0xEF01Xxxx01H04H02HBufferIDSUM表3-7應(yīng)答包格式表2bytes4bytes1byte2bytes1byte2bytes包頭模塊地址包標(biāo)識(shí)包長(zhǎng)度確認(rèn)碼校驗(yàn)和0xEF01Xxxx07H03HxxHSUM注：00h=確認(rèn)碼表示成功生成特征；01h=確認(rèn)碼表示接收特征錯(cuò)誤；13h=確認(rèn)碼表示特征錯(cuò)誤；15h=確認(rèn)碼表示不生成圖像因?yàn)閳D像緩沖區(qū)內(nèi)沒有有效原始圖；融合特征模板Mode1的指令：功能解析：對(duì)比Char1與Char2中的文件合成模板。如表3-8所示。表3-8指令包格式表2bytes4bytes1byte2bytes1byte2bytes包頭模塊地址包標(biāo)識(shí)包長(zhǎng)度指令碼校驗(yàn)和0xEF01Xxxx01H03H05HSUM表3-9應(yīng)答包格式表2bytes4bytes1byte2bytes1byte2bytes包頭模塊地址包標(biāo)識(shí)包長(zhǎng)度確認(rèn)碼校驗(yàn)和0xEF01Xxxx07H03HxxHSUM注：00H=確認(rèn)碼表示成功合并；01H=確認(rèn)碼表示有錯(cuò)收包；0aH=確認(rèn)碼表示失敗合并（兩枚指紋不一樣）；Store指令為存儲(chǔ)模板：指令包格式表，如表3-10所示。表3-10指令包格式表2bytes4bytes1byte2bytes1byte1byte2bytes2byte包頭模塊地址標(biāo)識(shí)包長(zhǎng)度指令碼緩沖區(qū)號(hào)位置號(hào)校驗(yàn)和0xEF01XXXX01H06H06HBufferIDPageIDSUM表3-11應(yīng)答包格式表2bytes4bytes1byte2bytes1byte2bytes包頭模塊地址標(biāo)識(shí)包長(zhǎng)度確認(rèn)碼校驗(yàn)和0xEF01Xxxx07H03HxxHSUM注：00H=確認(rèn)碼表示儲(chǔ)存成功；01H=確認(rèn)碼表示收包有錯(cuò)；經(jīng)過以上四個(gè)步驟和命令，我們成功地輸入了指紋。重復(fù)上述步驟，我們可以再次輸入其他指紋。3）指紋識(shí)別是先轉(zhuǎn)換到識(shí)別模式，然后不斷檢測(cè)光學(xué)采集頭上是否有指紋。如果是，掃描指紋，將其與庫(kù)中的指紋進(jìn)行比較，如果是，讀取指紋的數(shù)量。模塊將檢查有沒有錄入的指紋信息，如果有發(fā)送下面的指令：搜索指紋搜索說明：如表3-12所示。表3-12指令包格式表2byte4bytes1byte2bytes1byte1byte2bytes2bytes2bytes包頭模塊地址標(biāo)識(shí)包長(zhǎng)度指令碼緩沖區(qū)號(hào)參數(shù)參數(shù)校驗(yàn)和0xEF01Xxxx01H08H04HIDStarPagePageNumSUM表3-13應(yīng)答包格式表2byte4bytes1byte2bytes1byte2bytes2bytes2bytes包頭模塊地址標(biāo)識(shí)包長(zhǎng)度確認(rèn)碼頁(yè)碼得分校驗(yàn)和3.4晶振部分STC89C52的Xtal2和xtal1引腳與晶體振蕩器和電容器相連。如圖3-4所示連接。電容和片上三點(diǎn)振蕩器由晶體振蕩器和非柵極振蕩器組成。晶體振蕩器信號(hào)的頻率與電容的容量有關(guān)，但主要由晶體頻率決定。電容的范圍在0MHz到33MHz之間，電容范圍之間。本設(shè)計(jì)采用11.0935作為系統(tǒng)晶體振蕩器。選擇20pF的電容。晶振電路原理圖，如圖3-4所示。圖3-4晶振電路原理圖3.5液晶顯示電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中的顯示部分放棄了普通數(shù)碼管，完成了LCD1602的替換。只有在按下鍵盤上的電源按鈕后，顯示器才處于初始化狀態(tài)，按下關(guān)閉按鍵或其他按鍵后顯示器才為熄屏狀態(tài)。不然顯示器將處于初始狀態(tài)當(dāng)需要考勤打卡等操作時(shí)，按下鍵盤上的打卡按鍵，每按下一個(gè)按鍵后會(huì)在顯示器上顯示相應(yīng)狀態(tài)。原理圖如圖3-5所示。圖3-5LCD顯示模塊3.6報(bào)警部分警報(bào)部分采用的是蜂鳴器以及它的外圍電路。聽聲音不想那么我們?cè)O(shè)置的是開機(jī)后按一次才會(huì)響，我們按多少次就響多少次，識(shí)別正確時(shí)，不發(fā)聲直接打卡成功，當(dāng)識(shí)別錯(cuò)誤或失誤時(shí)，單片機(jī)的蜂鳴器發(fā)出警報(bào)。蜂鳴器報(bào)警模塊，如圖3-6所示。圖3-6蜂鳴器報(bào)警模塊電磁的蜂鳴器由電磁圈的影響下膜片震動(dòng)，發(fā)出有規(guī)律聲音在電磁的相互作用下。蜂鳴器由單片機(jī)直接用插腳驅(qū)動(dòng)，另一種是利用I/O接口的高低電平來控制驅(qū)動(dòng)等兩種方法。3.7存儲(chǔ)部分當(dāng)我們關(guān)閉電源并存儲(chǔ)當(dāng)前數(shù)據(jù)時(shí)，我們需要采用外部存儲(chǔ)方式把當(dāng)前的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)值A(chǔ)T24C01的芯片引腳圖，芯片引腳圖，如圖3-7所示。 圖3-7芯片引腳圖本章小結(jié)本章首先對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路進(jìn)行了分析，其次又介紹了主控制器核心電路如最小系統(tǒng)、指紋傳感器電路和晶振電路等的設(shè)計(jì)。為了提高考勤打卡系統(tǒng)的顯示效果能力。設(shè)計(jì)中的顯示部分放棄了普通數(shù)碼管，完成了LCD1602的替換。只有按下鍵盤上的電源按鈕，顯示器才能處于開機(jī)初始化狀態(tài)，只有按下關(guān)機(jī)按鈕或其他鍵，顯示器才能處于關(guān)機(jī)狀態(tài)。本章介紹了系統(tǒng)的實(shí)際思路，元器件的確認(rèn)采用以及各種配置信息。

第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在一個(gè)完整的設(shè)計(jì)中軟件的運(yùn)行成功與否，是至關(guān)重要的，不論什么樣子的電子設(shè)計(jì)都需要考慮一定的軟件對(duì)它進(jìn)行編譯，使它可以運(yùn)行，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)所要達(dá)到的目的。4.1開發(fā)環(huán)境介紹本次設(shè)計(jì)使用的開發(fā)環(huán)境收單片機(jī)的C語言軟件的開發(fā)環(huán)境。Keil美國(guó)人研發(fā)的軟件美國(guó)的公司上線發(fā)行的，使得的語言是C語言，它比匯編語言的結(jié)構(gòu)上，易學(xué)行上的又是更大，并且在功能方面C語言更加的適合我們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)所以最后我們選擇了C語言進(jìn)行開發(fā)與設(shè)計(jì)。如圖4-1所示。圖4-1開發(fā)環(huán)境界面圖本次設(shè)計(jì)使用的開發(fā)環(huán)境收單片機(jī)的C語言軟件的開發(fā)環(huán)境。Keil美國(guó)人研發(fā)的軟件美國(guó)的公司上線發(fā)行的，使得的語言是C語言，它比匯編語言的結(jié)構(gòu)上，易學(xué)行上的又是更大，并且在功能方面C語言更加的適合我們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)所以最后我們選擇了C語言進(jìn)行開發(fā)與設(shè)計(jì)。使用單片機(jī)開發(fā)的系統(tǒng)里面，除了需要硬件之外，也是需要軟件輔助的，可以直接的利用單片機(jī)執(zhí)行各個(gè)部分的機(jī)器語言，不過機(jī)器是不容易讀寫的。對(duì)于具有單片機(jī)的開發(fā)系統(tǒng)，很多都是使用匯編語言作為軟件系統(tǒng)，之后才逐漸的使用C語言，因?yàn)镃語言利用的也是一種結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)模式，移植性與可讀性與易學(xué)性很好，利用C語言編寫的單片機(jī)具有周期性不長(zhǎng)，后期的調(diào)試也是比較簡(jiǎn)單的利用匯編語言之后在使用C語言來開發(fā)，體會(huì)更深刻。4.2主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用簡(jiǎn)單的C語言編程，開通電源后，最先開始的是LCD1602的初始化，然后是AT24C02的初始化以及指紋串口的初始化，開始的時(shí)候系統(tǒng)啟動(dòng)程序后它會(huì)自我的進(jìn)行防范措施，最后系統(tǒng)進(jìn)行掃描，執(zhí)行流程，如果沒有，執(zhí)行另一個(gè)進(jìn)程并最終完成。主程序流程圖如下圖4-2所示。LCD1602LCD1602顯示當(dāng)前信息開始指紋串口初始化At24c02初始化LCD1602初始化等待按鍵輸入選擇模式 等待按鍵輸入選擇模式NN簽到模式管理員模式簽到模式管理員模式NN指紋對(duì)比？指紋對(duì)比？Y Y指紋識(shí)別指紋識(shí)別YY刪除錄入刪除錄入打卡成功打卡成功圖4-2主程序流程圖4.3考勤打卡程序設(shè)計(jì)開始時(shí)按打卡鍵，指紋識(shí)別，如果識(shí)別正確，則打卡成功。如果識(shí)別錯(cuò)誤，則執(zhí)行警報(bào)部分進(jìn)行報(bào)警起到提示的作用。考勤打卡程序流程圖如圖4-3所示。考勤程序考勤程序初始化初始化按打卡鍵按打卡鍵N輸入指紋N輸入指紋指紋核實(shí)指紋核實(shí)指紋是否存在?指紋是否存在?YY結(jié)束結(jié)束圖4-3考勤程序流程圖4.4串口初始化串行口是與本系統(tǒng)的其他模塊進(jìn)行鏈接通信的，所以我們首先要商定串行口的工作速度和單片機(jī)與模塊的數(shù)據(jù)包格式。所以我們使用一個(gè)特殊的功能寄存器scon來設(shè)置串行端口的方式、輸入/輸出控制和設(shè)置狀態(tài)標(biāo)識(shí)。如表4-1所示。表4-1SCON寄存器地址位位76543210字節(jié)地址：95HSM1SM2SM3SM4SM5SM6SM7SM8我們使用工作模式選擇位有四種工作模式可用。工作方式表，如表4-2所示。表4-2工作方式表SM0SM1方式說明波特率111移位寄存器fosc/1612211位異步收發(fā)器（4位數(shù)據(jù)）不可變21312位異步收發(fā)器（5位數(shù)據(jù)）fosc/3422413位異步收發(fā)器（6位數(shù)據(jù)）不可變只有一位與串行口工作有關(guān)在其中，寄存器表，如表4-3所示。表4-3寄存器表位76543210字節(jié)地址：97HSMODPCON我們需要先給指紋拍個(gè)照片，然后在分析指紋原理和構(gòu)成，核對(duì)指紋的信息，在生成指紋的信息，通過以上的步驟，我們可以成功生成指紋的照片，再通過指紋模塊的分析處理最后我們可以得到指紋模板。當(dāng)我們想要識(shí)別指紋的時(shí)候也就是需要打卡簽到的時(shí)候，我們可以通過按鍵把系統(tǒng)切換到識(shí)別模式也就是打卡模式，然后用flash芯片剛剛輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較?？纯此欠翊嬖凇Ｍ瓿缮鲜霾僮骱?，可通過單片機(jī)和計(jì)算機(jī)進(jìn)行指紋識(shí)別考勤和打卡。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有11-14字節(jié)。前6個(gè)字節(jié)是包頭，模塊地址是固定值，后5-8個(gè)字節(jié)是發(fā)送模塊的命令。同時(shí)，根據(jù)外部晶體振蕩器和系統(tǒng)的默認(rèn)傳輸速率計(jì)算控制串行端口的每個(gè)寄存器的初始值。4.5液晶顯示程序設(shè)計(jì)在系統(tǒng)完成后，處理器將要顯示的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，處理器發(fā)出命令調(diào)用相關(guān)的公式，將系統(tǒng)要體現(xiàn)的信息和結(jié)果顯示出來。如圖4-7所示。開始開始初始化LCD初始化LCD按鍵選擇按鍵選擇接下來的操作設(shè)置顯示格式設(shè)置顯示格式設(shè)置X和Y的值設(shè)置X和Y的值向（X、Y）向（X、Y）寫入字符信息顯示識(shí)別狀態(tài)顯示識(shí)別狀態(tài)NN顯示是否成功顯示是否成功?YY結(jié)束結(jié)束圖4-7液晶顯示程圖本章小結(jié)在本章節(jié)中，主要對(duì)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)介紹，其中主要包括系統(tǒng)的流程說明、系統(tǒng)的子程序和主程序設(shè)計(jì)、判斷情況、開發(fā)語言的相關(guān)介紹，子程序以及系統(tǒng)主程序的設(shè)計(jì)液晶顯示系統(tǒng)的控制器部分以及數(shù)據(jù)采集部分、通信模塊的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收等最后使得系統(tǒng)在操作的時(shí)候充分的利用了光學(xué)指紋識(shí)別及報(bào)警等功能。

第5章系統(tǒng)功能測(cè)試在完成指紋考勤打卡系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、主模塊設(shè)計(jì)、功能模塊設(shè)計(jì)之后，另一個(gè)重要的工作就是模擬真實(shí)場(chǎng)景的功能測(cè)試。功能測(cè)試包括該系統(tǒng)的軟件仿真、該系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、主模塊設(shè)計(jì)、功能模塊設(shè)計(jì)之后，另一個(gè)重要的工作和該系統(tǒng)的軟件結(jié)合，進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，對(duì)其整體性能進(jìn)行了測(cè)試，保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。5.1軟件仿真在硬件調(diào)試之前，用proteus對(duì)指紋識(shí)別的電路進(jìn)行軟件仿真，由于條件和仿真環(huán)境的因素，只能對(duì)部分電路仿真。5.2硬件調(diào)試按照產(chǎn)品的要求用Proteus軟件畫出系統(tǒng)的完整電路圖，并制成實(shí)物電路板。并確認(rèn)元件選擇與電路板選擇正確無錯(cuò)誤后，經(jīng)過上述步驟之后我們就可以對(duì)基于51單片機(jī)的指紋考勤打卡系統(tǒng)進(jìn)行每一個(gè)模塊的調(diào)試與測(cè)試我們要進(jìn)行軟件的功能測(cè)試與性能測(cè)試，如果條件允許也要做壓力測(cè)試和安全測(cè)試。對(duì)于該系統(tǒng)需要驚醒檢查，看一看電壓輸入的端口有沒有與該系統(tǒng)的指定的芯片進(jìn)行連接，系統(tǒng)的地線是否與總數(shù)字接地或模擬接地相連，在系統(tǒng)通電前確認(rèn)電源線與地線之間沒有短路。當(dāng)系統(tǒng)芯片發(fā)熱異常時(shí)，必須立即切斷電源，重新檢查電路是否完好，直至完全滿足要求。在系統(tǒng)的最后硬件調(diào)試階段，我們要對(duì)顯示電路進(jìn)行調(diào)試，需要測(cè)試他的按鍵功能以及他的準(zhǔn)確性，和功能是否實(shí)現(xiàn)。測(cè)試指紋識(shí)別模塊可相對(duì)獨(dú)立，用其自身的開發(fā)板可實(shí)現(xiàn)對(duì)指紋模塊的功能測(cè)試5.3軟件調(diào)試本次調(diào)試的順序先由系統(tǒng)的子程序開始，其次是本系統(tǒng)的終端程序，之后是系統(tǒng)的功能，最后是系統(tǒng)的主程序調(diào)試。（1）子程序調(diào)試我們使用模擬器進(jìn)行該系統(tǒng)的子程序測(cè)試，而且還要檢查子程序是否與硬件正常工作，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的系統(tǒng)的子程序都與外部相關(guān)，所以要測(cè)試檢查是否與工作流程匹配，達(dá)到完美的工作效果。（2）中斷程序調(diào)試我們需要測(cè)試它是否能在波環(huán)境中正確地計(jì)算出CP端，并正確判斷信號(hào)音的類型。系統(tǒng)的中斷服務(wù)程序定時(shí)/計(jì)數(shù)器0主要用于幫助識(shí)別信號(hào)音調(diào)的類型。（3）串并聯(lián)轉(zhuǎn)換功能調(diào)試首先，我們需要進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，因?yàn)橄到y(tǒng)中使用的芯片遵循串行總線，而我們選擇的單片機(jī)是并行總線，以實(shí)現(xiàn)它們之間的平滑通信。在調(diào)試串并聯(lián)轉(zhuǎn)換程序時(shí)，我們通?？梢赃B接X5045，看看是否能得到正確的轉(zhuǎn)換結(jié)果。(4)主程序調(diào)試所有的子程序與液晶顯示模塊還有指紋識(shí)別模塊和蜂鳴器以及晶振等模塊都調(diào)試通過后。那么就是最終的主程序調(diào)試了，主程序調(diào)試主要調(diào)試兼容性的問題，需要一個(gè)一個(gè)模塊重新調(diào)試，每個(gè)模塊都調(diào)試完畢通過后在逐一的加入到主程序中，調(diào)試是否兼容直到通過為止。5.4實(shí)物演示以下是本設(shè)計(jì)所完成的硬件實(shí)物圖，其中包含了兩大部分，指紋采集和識(shí)別部分和指紋處理以及液晶顯示及報(bào)警部分。硬件實(shí)物圖以及運(yùn)行中液晶顯示部分如圖5-1所示。圖5-1硬件實(shí)物圖光學(xué)指紋識(shí)別模塊用于指紋的輸入和打孔。同時(shí)，液晶屏將顯示當(dāng)前狀態(tài)和識(shí)別結(jié)果。光學(xué)指紋識(shí)別模塊的物理圖像如圖5-2所示。手指放在指紋上面指紋識(shí)別模塊以光學(xué)的方式進(jìn)行指紋識(shí)別如圖5-3所示。圖5-2光學(xué)指紋識(shí)別模塊的物理圖像手指放在指紋上面指紋識(shí)別模塊以光學(xué)的方式進(jìn)行指紋識(shí)別。指紋識(shí)別狀態(tài)實(shí)物圖，圖5-2指紋識(shí)別模塊FM-180實(shí)物圖圖5-3識(shí)別狀態(tài)實(shí)物圖當(dāng)我們按下第一個(gè)按鍵在接通電源后，因按鍵功能為錄入指紋功能所以在識(shí)別