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        基于單片機(jī)的指紋識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

        2016-09-16 08:27:03南京郵電大學(xué)通達(dá)學(xué)院通信與信息工程學(xué)院
        電子世界 2016年12期
        關(guān)鍵詞:指紋識(shí)別考勤按鍵

        南京郵電大學(xué)通達(dá)學(xué)院通信與信息工程學(xué)院 陳 贊 陳 燕 李 楊

        基于單片機(jī)的指紋識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

        南京郵電大學(xué)通達(dá)學(xué)院通信與信息工程學(xué)院陳贊陳燕李楊

        本文概述了基于單片機(jī)的指紋識(shí)別系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì),并分析指紋模塊。應(yīng)用STC89C52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,形成一個(gè)獨(dú)立的指紋識(shí)別系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(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)行添加用戶、刪除指定用戶、刪除全部用戶、認(rèn)證用戶;以及管理用戶權(quán)限等功能。

        生物識(shí)別技術(shù);指紋識(shí)別;串口通信;單片機(jī)

        0 引言

        如今,科學(xué)技術(shù)的發(fā)展在讓社會(huì)進(jìn)步的同時(shí);也讓傳統(tǒng)的安全管理系統(tǒng)受到威脅。此外,基于指紋識(shí)別的員工考勤系統(tǒng)能夠徹底解決代打卡問題,由此,提高了考勤數(shù)據(jù)的真實(shí)性,便于管理。鑒于此,我們萌生了研究指紋簽到系統(tǒng)的想法,并寫此文簡(jiǎn)述指紋簽到系統(tǒng)的部分設(shè)計(jì)。

        1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

        采用STC89C52為系統(tǒng)的主控芯片,單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì)主要涉及到外部晶振電路、復(fù)位電路、電源電路、按鍵控制電路以及指紋模塊電路的設(shè)計(jì)。

        2 硬件設(shè)計(jì)

        STC89C52(主控芯片),片內(nèi)具有12k字節(jié)的Flash閃速存儲(chǔ)器、1024字節(jié)的內(nèi)部RAM以及2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器,5個(gè)中斷向量,32個(gè)I/O口線,同時(shí)片內(nèi)置有一個(gè)全雙工串行通信口、片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。

        圖1 STC89C52引腳圖

        2.1外部晶振電路的設(shè)計(jì)

        由于STC89C52內(nèi)部的高增益反相放大器能夠構(gòu)成振蕩器,所以通過XTAL1,ATAL2外部接上一片作為反饋元件的晶體,與C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路,使其構(gòu)成自激振蕩器,具體的接法如圖2所示。

        圖2 外部晶振電路

        圖3 復(fù)位電路

        在本次項(xiàng)目中,我們選用11.0592MHZ的晶振,在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),為了避免找不到信號(hào),晶振不能離單片機(jī)太遠(yuǎn)。

        2.2復(fù)位電路的設(shè)計(jì)

        本系統(tǒng)采用簡(jiǎn)單的自動(dòng)復(fù)位電路如圖3所示。單片機(jī)在上電瞬間,RC電路充電,RST引腳端出現(xiàn)正脈沖,只要RST端加上兩個(gè)機(jī)器周期及以上的高電平,就能使單片機(jī)有效復(fù)位。

        2.3電源電路設(shè)計(jì)

        本系統(tǒng)采用的5V電源主要采用兩種方法,第一是直接用9V電池然后通過一個(gè)變壓電路,利用7805將轉(zhuǎn)化成5V供單片機(jī)和液晶顯示部分使用;其二是用220V通過變壓器等將其轉(zhuǎn)化成5V。

        兩種方法都可以,但是由于第一種方法便于攜帶、而且成本相對(duì)較低所以我們選用第一種方案。

        圖4 電源電路

        2.4按鍵電路設(shè)計(jì)

        多數(shù)情況下,我們利用高低電平反應(yīng)按鍵的閉合與斷開,即高電平表示斷開,低電平表示閉合。由于實(shí)際操作中存在干擾信號(hào),并且要確保CPU對(duì)一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次,所以我們應(yīng)當(dāng)采取措施以消除電平抖動(dòng)。由于本系統(tǒng)中按鍵較多,可采用軟件消抖。

        本次將鍵盤設(shè)計(jì)成4*4矩陣形式鍵盤,共16個(gè)按鍵,其中包括10個(gè)數(shù)字鍵,1個(gè)確認(rèn)鍵,1個(gè)消除鍵,1個(gè)簽到鍵,1個(gè)時(shí)間修改鍵,1個(gè)指紋錄入鍵,1個(gè)指紋刪除鍵。

        2.5指紋模塊電路

        指紋模塊主要是里面的DSP芯片,加上外面的CMOS芯片。CMOS芯片主要是對(duì)指紋進(jìn)行采集,生成指紋特征。具體的工作過程是:掃描指紋(錄入圖像)、生成特征、合成模板(建立一個(gè)指紋庫文件,成功錄入一個(gè)指紋)。指紋模塊電路如圖7所示:

        圖5 指紋模塊電路

        指紋模塊就是“照一次相”,指紋模塊里面的CMOS芯片采集一次指紋信息,然后進(jìn)行模糊處理生成0和1兩種記錄信息,存入指紋模塊的FLASH芯片里面。

        當(dāng)切換到識(shí)別模式的時(shí)候,指紋模塊就會(huì)先讓CMOS芯片采集一次指紋,然后和FLASH芯片的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。看是不是存在,如果存在就能返回是幾號(hào)指紋。這樣我們就能通過單片機(jī)或者電腦進(jìn)行指紋識(shí)別與登記了。

        3 指紋模塊分析

        我們進(jìn)行指紋模塊的操作是通過單片機(jī)的串口發(fā)送與接收命令完成的。我們先通過串口給指紋模塊發(fā)送命令,然后等待指紋模塊傳回?cái)?shù)據(jù)。再通過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理,從而判斷命令有沒有執(zhí)行。指紋模塊的算法是自帶的,所以我們只需要從指紋模塊的用戶手冊(cè)當(dāng)中選取相關(guān)的命令進(jìn)行組合。PS_GetImage命令旨在探測(cè)用戶手指,探測(cè)到后錄入指紋圖像存于ImageBuffer。再由PS_GenChar命令將ImageBuffer中的原始圖像生成指紋特征文件存于CharBuffer1或者CharBuffer2中,繼而PS_RegModel命令會(huì)將CharBuffer1與CharBuffer2中的特征文件合并生成模版,結(jié)果存于CharBuffer1與CharBuffer2。將CharBuffer1或者CharBuffer2中的模版文件存到PageID號(hào)flash數(shù)據(jù)庫位置時(shí)執(zhí)行PS_StoreChar命令。即生成指紋模塊大致需要進(jìn)行如下四個(gè)命令:錄入圖像(PS_GetImage)、生成特征(PS_GenChar)、合成指紋模塊(PS_RegModel)、存儲(chǔ)指紋模版(PS_StoreChar)。經(jīng)過這四個(gè)步驟與命令,我們就錄入了一個(gè)指紋,重復(fù)以上步驟,我們可以再錄入其它指紋。

        4 項(xiàng)目成果

        經(jīng)過一年的實(shí)踐,基于單片機(jī)的指紋考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研制工作已基本完成。完成了該系統(tǒng)從方案選擇,器件挑選、原理圖設(shè)計(jì)、板圖設(shè)計(jì)到元器件焊接、軟件及硬件調(diào)試等所有工作。能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的功能:通過指紋采集模塊采集考勤者的指紋,比對(duì)、識(shí)別后通過單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)處理,確保錄入指紋的唯一性,同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)考勤數(shù)據(jù)的一鍵刪除、查詢、統(tǒng)計(jì)等功能。

        5 結(jié)束語

        本文研究的是基于單片機(jī)的指紋簽到考勤模塊的設(shè)計(jì),從實(shí)現(xiàn)角度出發(fā),說明了選擇指紋模塊這一領(lǐng)域的重要意義,然后介紹了其模塊的一些基本特性,并根據(jù)多種算法進(jìn)行研究實(shí)現(xiàn)。其次是本文的硬件電路設(shè)計(jì),由于系統(tǒng)用了模塊式的設(shè)計(jì)方法,所以硬件電路的設(shè)計(jì)就相對(duì)簡(jiǎn)單。最后是本文的軟件設(shè)計(jì)部分,優(yōu)先考慮C語言,從整體考慮,再進(jìn)行分支設(shè)計(jì)。由于時(shí)間的限制,沒有對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

        [1]龍占超,蔡超.一種新的指紋細(xì)化算法[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2007(03).

        [2]于秀霞.指紋識(shí)別技術(shù)在身份認(rèn)證系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代情報(bào),2005(05).

        [3]彭曙蓉,王耀南.一種基于指紋識(shí)別的網(wǎng)絡(luò)考勤系統(tǒng)[J].長(zhǎng)沙電力學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006(02).

        [4]薛亞許,陳金玉.學(xué)校指紋考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].微型機(jī)與應(yīng)用,2011(01).

        陳贊(1995—),江蘇東臺(tái)人,大學(xué)本科,現(xiàn)就讀于南京郵電大學(xué)通達(dá)學(xué)院。

        陳燕(1993—),江蘇南京人,大學(xué)本科,現(xiàn)就讀于南京郵電大學(xué)通達(dá)學(xué)院。

        李楊(1994—),江蘇徐州人,大學(xué)本科,現(xiàn)就讀于南京郵電大學(xué)通達(dá)學(xué)院。

        項(xiàng)目來源:2015年江蘇省大學(xué)生科技創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目省級(jí)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):201513989019X)。

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