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基于51单片机指纹识别系统.docx

发布时间：2022-05-29 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.71M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    2.5指纹特征提取概述
    2.6 指纹图像的匹配
    3.设计方案
    3.1设计要求
    4 指纹识别系统硬件设计
    4.1.2 指纹模块
    4.1.3 12864液晶显示器介绍
    4.2.3 指纹模块电路
    4.2.4 蜂鸣器电路
    在指纹输入和匹配正确时做出鸣叫。该电路主要由三极管和蜂鸣器构成，三级管主要充当开关，且B脚接入
    图4-6 蜂鸣器电路
    4.2.5 按键电路
    按键电路主要控制系统功能的切换。本次系统采用了4个独立按键，它们在液晶显示屏行使功能分别是
    图4-7 按键电路
    6.硬件电路制作和调试
    5.1 绘制PCB板
    5.1.1布局、布线要求
    5.1.2 PCB制作
    6.总结
    基于单片机的指纹识别系统研制 摘要 日常生活中，我们常常需要对各类事物进行身份验证和密码认证，例如门房钥匙等， 随着科技的不断进步和发展，使得传统的安防系统的越来越弱，各类的盗窃事故屡见 不鲜。生物识别技术作为人类身份验证的技术，开始运用在我们的生活方方面面，其 中 指 纹 特 征 具 有 唯 一 性 ， 且 是 人 类 终 身 不 变 的 特 点 ， 被 广 泛 的 应 用 。 本 次 利 用 STC89C52RC 芯片设计一款身份验证系统，采用 LCD12864 作为人机交互界面，与指纹模 块进行串口通信，通过编写程序来实现简单的指纹指纹录入、搜索、删除的功能。 【关键词】 指纹识别 单片机 STC89C52 LCD12864
    Abstract In all kinds of things in daily life, we often need to authenticate and password authentication, such as key to the porter, along with the advance of science and technology and the development, makes the traditional security system is more and more weak, all kinds of theft of the accident. Biometrics authentication technology, as a human have started to use in every aspect of our lives, including fingerprint characteristics has uniqueness, the characteristics of human life and is the same, by widespread application. This with STC89C52RC chip design an authentication system, using LCD12864 as human-computer interaction interface, and the fingerprint module, serial communication by writing program to implement simple fingerprint fingerprint entry, search, delete functions. 【 Key Words 】 Fingerprint identificationSingle chip microcomputer STC89C52 LCD12864
    目 录 1 引言 ............................................................ 4 2 指纹识别基本原理 ................................................ 4 2.1 自动指纹识别原理 ...........................................5 2.2 指纹图像的采集 .............................................5 2.3 指纹图像的预处理 ...........................................6 2.4 指纹图像细化 ...............................................7 2.5 指纹特征提取概述 ...........................................7 2.6 指纹特征匹配 ................................ 错误！未定义书签。 3 设计方案 ......................................... 错误！未定义书签。 3.1 设计要求 ...................................................9 3.2 设计方案 .................................... 错误！未定义书签。 3.3 系统方框图 .................................. 错误！未定义书签。 4 指纹识别系统硬件设计 ............................. 错误！未定义书签。 4.1 器材选用 ..................................... 错误！未定义书签。 4.1.1 单片机选择 ............................ 错误！未定义书签。 4.1.2 指纹模块 ............................................ 11 4.1.3 12864 液晶显示屏介绍 ................... 错误！未定义书签。 4.2 电路设计 ..................................................11 4.2.1 单片机最小系统 ...................................... 11 4.2.2 液晶显示电路 ........................................ 12 4.2.3 指纹模块电路 ........................................ 13 4.2.4 蜂鸣器电路 .......................................... 14 4.2.5 按键电路 ............................................ 15 5 硬件电路设计与调试 .............................................. 15 5.1 绘制 PCB 板 .................................................16
    5.1.1 布局、布线要求 ......................................... 16 5.1.1 PCB 板制作 ............................................. 17 5.1.1 焊接电路 ............................................... 17 5.2 调制过程 ...................................................18 5.3 调制完成与实物图 ...........................................18 5.3 功能介绍 ...................................................18 6 总结 ........................................................... 19 参考文献 .......................................................... 20 致谢 .............................................................. 21
    引言 随着现代的高新技术的快速发展，在我们日常生活中都需要我们进行各种身份验 证。在这个大数据信息时代中，为了保证个人隐私安全，我们需要大量的密码。有些 是数字的，而有些是图像密码，比如，电脑开机密码，手机密码等等。单单移动端的 用户密码就可以是很多个，更不要说一些更为重要的安全密码，比如银行账户的密码 等。还有一些传统的机械硬件的安全系统，如大门钥匙，保险柜等等。然而随着时代 的发展，这些传统的安全系统正逐渐变的脆弱，因此更高级更先进的生物识别系统开 始走向我们生活当中，出现各类安全系统之中，比如指纹识别、人脸识别、瞳孔识别 等，而指纹识别是生物识别比较成熟的应用，被广泛应用在安全系统中。指纹识别具 有唯一性，世界上不可能有两个相同的指纹，所以指纹可以作为一个人身份验证的标 志。 本指纹识别系统选用 STC89C52RC 作为主控 MCU，是因为其消耗功率低、外接电路 简单丰富、编译简单等特点。然而在高端产品中由于其实时性，扩展性有很大的限制， 所以很少能被看到，但是也有突出的意义。这次设计用其作为主芯片，与指纹模块和 液晶模块进行串口通信，外加简单外围电路，可以简单完成指纹识别系统中一些基本 的功能。通过这次指纹识别系统制作让我更充分了解指纹识别的相关原理以及单片机 的结构和应用，这也就这次选题的意义所在。 每一个人的手指都有着不一样的花纹，是人的一种生物特征，这个特征具有非常 重要的特点[1]，就是唯一性，其独特性使得指纹成为身份识别的绝佳方法在生物识别技 术中指纹成为指印。 指纹识别一般包括指纹采集和比对两个环节[2]。指纹采集一般采用指纹采集器，指 纹图像被采集进入计算机系统。识别过程是一系列复杂的算法，获得指纹中的特征点， 与数据库的特征点进行比对，判定所属。指纹的发展过程是，人们发现指纹两个非常 重要的特点，每个人指纹纹脊是不同的和纹脊的样式具备一生不变的特点，这个重大 发现，使得指纹成为人们身份验证的开始。最早期的应用在犯罪鉴别，通过现场指纹 与嫌疑人的指纹进行对比，判定其是否为罪犯。而后随着 PC 的和各类取像仪器的出现， 指纹识别开始进入生活之中。现在指纹识别计算基本完善，研究的方向转向了高效率
    图像算法之中。 2. 指纹识别基本原理 2.1 自动指纹识别原理 指纹蕴含大量信息，是因为手指末端皮肤上皮肤上凹凸不平的纹路，每个人的指 纹在图案、端点以及交叉点都各不相同，这也就是“特征”。 自动指纹识别技术主要有五个部分：指纹图像采集，指纹图像预处理，指纹图像 细化，指纹特征提取和指纹特征匹配[3]。首先，指纹取像设备对指纹进行采集，内含 DSP 处理器内部算法对图像进行二值化和细化预处理，去除相应的噪声，使指纹图像纹 线更加清晰。特征提取则是从纹线中提取特征点，例如脊线的分叉点或末梢点，这些 细节点和方向的组合可以产生不一样数据信息，特征提取的算法至今没有统一的标准。 指纹匹配是两个指纹图像的特征数据进行相互对比，通过计算它们的相识度，来判定 是否来自同一个人的指纹。 图 2-1 指纹识别原理图 2.2 指纹的采集 指纹的采集经由指纹采集设备采集指纹图像，使其转化为数字信息。目前指纹采 集设备有很多种类型，常见设备有电容式取像和光学式取像。
    电容式取像设备上有上万电容传感器组成。当手指放在采集器上，由于手指上纹 路高低不平，与电容传感器不一样间隔会造成其的电容数值不用，电容值经过电压转 化，记录不同部位电压值，就能记录下指纹的相应灰度图像。而光学式取像是根据光 的反射原理设计的，由于指纹上凹凸不平的纹路，当光照射指纹，会反射出不同方向 光线。这些光线被电荷耦合器件图像传感器 CCD 来收集，能把光线转变成电荷,通过模 数转换器芯片转换成数字信号，从而获得指纹图像信息[4]。 2.3 指纹图像预处理 图像的预处理主要有两个过程，增强滤波和二值化[5]。在指纹的采集过程中，不可 避免指纹接触不好，导致取像图像差或者受到其他的杂讯的影响，这些成为噪声。而 所谓滤波的过程就是去除留在图像中的噪声，目前带通滤波器是指纹图像常用的滤波 的方法。而二值化的过程是将指纹图像转化成黑白两色的灰度图像。主要思想是以整 幅图像的灰度平均值作为门限，与周围的值进行比较，大于门限的值，该点像素为 1， 小于门限的值，该点像素为 0，获得整个图像像素。不过这种方法产生相应的噪声较大， 目前常用的方法是动态局部阈值，满足条件的图像灰度值为 128，反之为 255，判定是 否为背景 Ic 值进行修订，图像灰度值为 128 且 Ic 值为 1，像素值为 0，Ic 和灰度值为 255，像素为 1[6]。 2.4 指纹图像细化 细化过程是图像预处理中不可缺少的过程。图像细化便于我们获得单像素的骨架， 不影响贯通性的前提下，细化过程会删除纹线边沿像素，使之成为单像素纹线，有助 于突出形状特点，消除冗杂信息。理想话细化是纹线中心位置为纹线的骨架，并且保 持纹线的贯通性和细节特征[7]。 细化过程中选择一个好的模板是关键的，模板分为保留模板和消除模板，保留模 块是根据条件判断点作为模块，能够将较粗的曲线细化为以像素为单位的曲线。这样 大大削减了图像的冗杂的信息量，有利与指纹模块高效率的特征匹配。而消除模块则 是根据条件判断这点作为删除背景模块。删除冗杂的图像信息。
    图 2-2 指纹预处理图像 从图 b 中看，图 a 二值化过程使指纹图像变成了清晰黑白两色，且纹线清晰，有 助于压缩数据量和细化过程。从图 c 上看，图 b 指纹纹线变成了单个像素带宽的指纹 图像。由于模板选择的不同，在一定程度上存在分叉、断点、毛刺等不理想的情况， 为了更好提取特征值，需要对图像信息进行稍微加工。 2.5 指纹特征提取概述 提取特征指的是对细化后的指纹图像提取具有特征信息的操作，包括全局特征和 局部细节特征，全局特征表述了指纹纹线的走向，主要表现在奇异点，局部细节特征 主要包括了端点和分叉点。指纹特征提取选择单一性的特征信息尤为重要，该指纹特 征具有这几种特性，单一性，可测试性、紧凑性。Galton 指出这 4 种指纹细节点，分 别是：岛、环、端点、分叉点。并证明具有唯一性 可用于指纹匹配[8]。 2.6 指纹图像的匹配 指纹图像的匹配是指纹识别过程的最后一步，两个指纹图像的特征数据进行相互 对比，通过计算它们的相识度，来判定是否来自同一个人的指纹。 指纹匹配的算法，主要基于细节点如脊线分叉点或末梢点的提取，以及该细节点 与方向的组合[9]。到目前为止，最常运用的方法是细节点坐标模型，通过这些模型来进 行细节匹配，细节点代表点模型，将指纹识别问题转化为点模型匹配的问题，平移变
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