《基于指纹识别技术的防盗系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于指纹识别技术的防盗系统设计.docx（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、机电一体化系统课程大作业基于指纹识别技术的防盗系统设计专 业 _ _班 级 _ _姓 名 _ _指导教师 _ _ _提交日期 _年_月_日基于指纹识别技术的防盗系统设计【摘 要】 本文介绍了指纹防盗系统的开发背景和意义，简单介绍了一些国内外常见的指纹识别装置和指纹识别密码锁，并指出了当前指纹识别控制系统存在的问题。本设计以STM-32为开发平台进行了系统的总体结构设计，阐述了系统的软、硬件组成，并重点探讨了指纹识别模块、键盘模块、LCD液晶显示模块和报警模块等几个主要功能模块的设计与实现。系统的集成与调试是本次设计的关键，在调试过程中对于指纹模块指纹的采集与识别指令的学习与应用，TFT彩屏显示
2、各种状态。系统先要初始化，然后在密码正确的情况下，实现指纹的录入，修改，等等功能，防盗系统可以在密码下解锁，也可以在指纹识别通过下解锁。整个系统经过调试，指纹识别、TFT屏显示和报警等功能可以基本达到设计要求关键词 指纹识别；STM32单片机；指纹密码锁；彩屏显示前 言人类手指的前端有凹凸不平的皮肤，这些皮肤相互交织形成纹路，这便是指纹。人的指纹各不相同，形状各异，主要是由于纹路上的断点和交叉点的不同。现在有科学的依据可以证明，指纹的重复率非常非常的低，因此指纹就具备了识别不同人的功能了。科学的大发展，也带动了指纹识别技术爆炸式的大发展，指纹门锁，保险柜，指纹打卡，登记，这样的应用越来越多，也
3、与我们的生活越来越联系紧密。中国的制造业在向高端转型，现在制造技术使得我们能够生产各种各样的传感器。指纹与传感器的结合就诞生了指纹模块。指纹的复杂程度保证了它与现在信息技术结合后的安全性，信息的安全对我们来说特别重要，现在在网上不乏因为信息的泄露而造成重大财产损失的报告，因此指纹密码防盗系统的研究就具有了重大的的现实意义。1 指纹识别的原理与现状指纹识别技术其实是属于模式识别的范畴它通过我们的数学知识进行算法设计，然后给出判定，确定两枚指纹特征的相似度。主要通过指纹特征分析和匹配两个过程进行实现。其中指纹特征分析是对指纹采集之后的图像的整体特征和细节特征进行提取和鉴别，主要对细化图端点和交叉点
4、进行处理。匹配分为局部和整体两个部分的匹配，局部的匹配重要的是关注指纹的细节处的一些特殊状况，具体表示的状态，这些状态我们可以用坐标，纹线的曲率，还有方向度和梯度等等，对整体的匹配主要还是在全局的关注上，指纹的整体是有一个形状的，有的指纹是椭圆形的圈，有的指纹是一个箕线形的，指纹的大小，指纹线的疏密等等，都是一些重要的特征，都是不同指纹相互区别的依据，也有一些匹配是根据拓扑关系进行比对和匹配。其中特征点的匹配现在采有线长度的匹配、三角形边长匹配以及点类型匹配。2 系统设计总体要求 指纹防盗系统的毕业设计是以STM32开发板为开发平台，配合FM-180指纹识别模块和开发板上的2.8寸TFT彩色L
5、CD液晶显示屏幕，利用 keil4.0开发软件环件开发，通过软硬件模块的整合和控制模拟实现控制指纹密码锁，熟悉数据的读写功能实现。指纹识别采用专用的指纹识别模块，同时结合键盘自主设置密码，系统可以实现密码重置、按键解锁、指纹解锁、LCD屛状态显示、语音提示以及控制报警等功能。用户可以将按键密码锁和指纹锁结合起来使用或将指纹锁单独使用，实现住宅门禁和汽车等需要防盗的设施或设备的防盗系统设计。 一、设计的具体功能要求如下： 1、通过按键输入密码，比对设置的密码，若输入正确，在按键1可以解锁，若 此时按复位键可以清除密码，然后重新输入密码 2、密码正确后按键2控制指纹录入模式，这时可以录入指纹； 3
6、、录入模式下继续检测到指纹模块上有指纹信息能够继续录入指纹，并对每次 录入的指纹进行编号；4、密码正确按3可进去指纹识别，若在识别模式下，检测到指纹模块下指纹与录入的指纹相同则显示屏显示识别成功，并自动解锁；若是识别不成功，则显示识别失败，不解锁，此时内部程序记录一次失败；5、蜂鸣器针对成功或失败不同结果下发出不同间隔和次数的蜂鸣，若失败三次发出长时间的蜂鸣；6、在LCD上显示录入的状态和系统工作的状态，比如录入，识别，开锁，识别正确等等；LCD显示不同的模式以及录入和识别成功或失败不同结果进行显示。 二、开发工具这次的毕业设计的主控核心用的是STM32，自己有一块开发板，所以所有的设计都是在
7、这个开发板上实现的，开发板自带一个TFT的彩屏显示模块，我就直接借用了，指纹模块我通过查阅资料决定选用FM-180指纹模块，这个模块的DSP核心处理很先进，能给工作带来便利，语音模块用一个简单的蜂鸣器，通过分蜂鸣器发出不同频率的声音来报警。一个好的编译环境是很重要的，能够检测出编译上的错误，提高编译的准确性，这次我选的编译环境是最主流的kiel4.0,串口调试和系统仿真在Jlink上实现。Jlink是一款很强大的仿真软件，应对STM32的仿真能够得心应手。2.2硬件总体结构设计本系统的硬件由以下几个部分组成（如图2.1）：指纹FM-180指纹识别模块主控器键盘模块LCD液晶显示模块 报警模块
8、图2.1 系统硬件结构图本系统的硬件如上图所示，主要的程序在STM32单片机中，单片机会按照程序按照编写的程序发送不同的指令，相应的指令发给指纹模块，显示模块和报警模块，显示模块收到主控指令显示相应的字，指纹模块收到4*4的键盘模块的输入值执行相应的动作，TFT彩屏显示器显示各种相应的状态，蜂鸣报警器发出声音报警， 指纹通过FM-180指纹识别模块采集处理；并将处理后的指纹特征值等以数据包的形式发给主控模块；主控模块发送指令包对FM-180指纹识别模块进行控制以及对键盘模块、报警模块、LCD液晶显示模块进行控制。在LCD液晶显示屏上显示录入和识别成功的指纹号码。报警模块中以开发板自带的蜂鸣器为
9、主，在不同的状态和结果下进行不同间隔和次数的蜂鸣。键盘模块可以输入密码，初步设置4位数的密码，密码可以用来解锁，在密码输入正确的状态下，然后按照输入不同数对应调取不同的程序，实现不同的功能。2.3软件总体结构设计本系统的软件由以下几个部分组成（如图2.2）：图2.2 系统软件结构图由系统软件机构图可以看出，以STM32单片机作为系统的核心，通过编写好的程序对其他模块进行相应的控制，实现数据的发送，接收还有存储。按键模块实现的是密码数字的输入，以及指纹识别主要接收主控制器的指令并发送数据给主控制器并且对输入指纹进行采集处理。显示屏显示各个状态特别是录入的指纹号和识别的指纹号，还有对相应的状态进行
10、显示。按键主要实现密码输入、重置，功能切换，指纹录入、清除三个功能。报警程序以蜂鸣器为主，通过驱动程序实现不同状态下不同次数和间隔的蜂鸣。3.1指纹识别模块设计与实现 指纹识别模块选用FM-180指纹识别设备实现，FM-180采用光学指纹传感器，由高性能DSP处理器和flash等芯片构成。供电电压3.6-6.0V，供电电流小于120mA，匹配方式有比对方式（1：1）和搜索方式（1：N）指纹识别模块与STM32的CPU进行串行通讯时，通过外部引脚与STM32开发板相连接。指纹识别模块的引脚定义如表3.1所示：表3.1 指纹识别模块引脚定义表引脚号码名称类型功能描述1Vin输入电源正输入端2TD输
11、出串行数据输出。TTL逻辑电平。3RD输入串行数据输入。TTL逻辑电平。4GND信号地。内部与电源地连接。从上面的表可以知道该指纹模块只有四个接口，数据的通讯方式是串行通讯，本次设计的开发板板载的USB串口和STM32F103ZET6的串口是通过单片机的P6口连接起来的。通过PA9和PA10接口与外部设备连接就能实现和外部设备的串行通信。串口1选择接口原理图如图3.2所示：图3.2 STM32的USB串口/串口1选择接口图RXD接口与开发板的PA9口连接，TXD与开发板的PA10口连接。这样连接就可以实现FM-180与STM32进行数据串口通信。这样STM32的CPU就能通过串口1的PA10口
12、对指纹识别模块发送规定格式的命令包，就能实现对外部的指纹识别设备的控制操作，让外部指纹识别设备完成指纹的采集、存储、识别等功能。该指纹模块中的flash是一个具有512字节的存储区域，能够存储采集中同一个指纹的两个特征值的合并之和。CPU通过读或者写外部指纹设备寄存器来调取或者存储不同的配置状态以及指纹图像特征值。外部指纹识别设备也能够通过串口1的PA9口对接收到的指令发出应答，并以数据包的形式发送给STM32的CPU，完成指令应答。通过串口1的数据通信，就能实现STM32的CPU与外部指纹识别设备数据交互，实现控制与反馈，也就是可以完成指纹的录入和识别。3.2 LCD液晶显示模块设计与实现L
13、CD显示模块选用与战舰 STM32 配套的2.8寸TFT液晶显示屏实现，与主板的TFTLCD模块接口相接。FTLCD模块接口如图3.4所示:图3.3 2.8寸TFTLCD模块接口图 从上图我们可以清晰的看出，TFTLCD彩屏显示模块的数据是16位的，对外通讯方式是16位并行数据发送，并行通讯，数据传输快，数据一次通讯传输的多，这同样也是TFT显示屏的优点。其中CS接片选信号，当片选信号是高电平，则表明该块TFT屏被选中，可以正常工作，反之为低电平时，则不工作。WR写入数据端口，但是该端口是个低电平端口，当外接低电平时，允许DB数据端口并行写入数据。RD是读取数据端口，它和WR端口刚好不同，是一
14、个高电平有效的端口，外输入为高电平时，允许DB数据端口读入并行的数据。TFT屏上的数据端口是16位双向数据线，可以读也可以写，双向并行的传递数据。3.3键盘模块设计与实现STM32开发板自带四个键盘，还配合了一个4*4键盘模，键盘与STM32的连接如图所示。 图3.4 按键与STM32连接原理图STM32单片机可以实现多种中断，键盘的按下对于单片机来说就是一种中断，当一有键盘被按下，单片机CUP立马检测到中断信号，CPU发出不同按键对应的操作指令，从而跳转到中断程序去执行，实现不同功能的切换。不同的功能包括指纹的录入，识别，清除，还有密码的输入，清除。当我们把KEY0按下，实现指纹的录入并且由
15、LCD显示当前模式；当我们把KEY1键按下，实现指纹的识别；当按下单片机开发板上的KEY2则删除已经存储的指纹。开发板外接的4*4的键盘用来实现对系统密码的设置和用密码来解锁。按下清除的键也可以清除密码，然后来重置密码。3.4报警模块设计与实现报警模块主要通过对蜂鸣器的控制来实现。STM32开发板自带蜂鸣器，蜂鸣器的驱动信号连接在STM32的PB8上，与STM32的连接原理如图3.6所示:图3.5 蜂鸣器与STM-32连接原理图采用NPN三极管（S8050）驱动蜂鸣器，R60作为防止蜂鸣器误发声音。当PB8输出高电平时，蜂鸣器发声；PB8输出低电平的时候，蜂鸣器停止发出声音。蜂鸣器的声响可以通过对其提供电源的端口的频率进行控制，单片机内部有定时器，可以通过定时器来确定蜂鸣器响的时间的长短，也可以来控制响的次数，CPU在接收到的指纹匹配值和本来的储存值不同的时候，即指纹识别不成功，蜂鸣器就会发出5秒的叫声，当连续三次都识别不成功，就会发出30秒的叫声，在指纹的在指
