基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計

基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計TOC\o"1-3"\h\u11590第一章文獻綜述 130679基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計 1225981.1課題背景與意義 1250291.2國內(nèi)外現(xiàn)狀 2172331.2.1指紋識別原理簡介 3269461.2.2單片機簡介 324691.3總結(jié) 523565參考文獻 719343基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計 911592.1設(shè)計意義 9205022.2設(shè)計目標 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)計結(jié)果 1354512.7研究的總體安排與進度 1418540參考文獻 15196631概述 1642872系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計 1746933PIC16F877A單片機 1890404門鎖系統(tǒng) 20300455單片機編程 20239836GUI開發(fā) 212497結(jié)果與討論 23233698結(jié)論 2713574參考文獻 28文獻綜述基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計1.1課題背景與意義基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第1頁。今天的工作生活中，很多的場合都需要身份的認證，而傳統(tǒng)的基于標志的身份認證技術(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——指紋識別技術(shù)。將指紋識別技術(shù)應(yīng)用于筆記本、門鎖等方面，可以對文件、財產(chǎn)起保護作用，并且可以進行身份識別[1]?；赑IC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第1頁。眾所周知．世界上沒有兩個完全相同特征的人，沒有兩枚完全相同的指紋。指紋識別技術(shù)是目前最方便、可靠、非侵害和價格便宜的解決方案。指紋是人體獨一無二的特征，具有隨身性、唯一性、不可復(fù)制性、絕對保密性，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，但用于識別的數(shù)據(jù)量相當大，對這些數(shù)據(jù)進行比對也不是簡單的相等與不相等的問題，而是使用需要進行大量運算的模糊匹配算法?，F(xiàn)代電子集成制造技術(shù)使得我們可以制造相當小的指紋圖像讀取設(shè)備，同時飛速發(fā)展的個人計算機運算速度提供了在微機甚至單片機上可以進行兩個指紋的比對運算的可能。另外，匹配算法可靠性也不斷提高，指紋識別技術(shù)己非常實用[3]。隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機安全技術(shù)和身份認證對人們越來越重要而隨著基于個人特征的身份認證技術(shù)的不斷完善和身份認證設(shè)備價格的下降[4]。由此可見，指紋識別技術(shù)將在互聯(lián)網(wǎng)通信安全、金融證券、政府機構(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單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第2頁。目前，單片機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)，具有實時控制功能強、可靠性高、實用性強、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點。隨著人們生活水平的不斷提高，單片機控制系統(tǒng)無疑是人們追求的目標之一，它所給人們帶來的方便也是不可否定的。因此，了解單片機知識、掌握單片機的應(yīng)用技術(shù)具有重大的意義。單片機技術(shù)結(jié)合指紋識別系統(tǒng)這一系統(tǒng)設(shè)計，是單片機廣泛應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域的一個范例?；赑IC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第2頁。1.2.1指紋識別原理簡介指紋識別技術(shù)的原理和其它生物識別技術(shù)的原理相似。它是利用人體的指紋特征對個體身份進行區(qū)分和鑒定。嚴格來講，指紋識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指紋圖案的整體特征和細節(jié)特征進行提取、鑒別的原理。其分析的對象包括紋形特征和特征點的分布、類型，以及一組或多組特征點之間的平面幾何關(guān)系。指紋特征值匹配原理是對指紋圖案的整體特征和細節(jié)特征按模式識別的原理進行比對匹配。匹配是在已注冊的指紋和當前待驗證的指紋之間進行的。匹配運算不是對兩個指紋圖像進行比較，而是對已形成數(shù)字模板的指紋特征值進行匹配[5]。1.2.2單片機簡介單片機操作簡便，成本低，功能也相對穩(wěn)定。因此本次設(shè)計采用單片機控制指紋識別模塊與外圍設(shè)備。目前單片機主要有以下幾類：1.51單片機系列Mcs-5l系列單片微處理機是美國INTEL公司在MCS-48單片機的基礎(chǔ)上于80年代初推出的產(chǎn)品，具有較強的功能，適應(yīng)用比較復(fù)雜的應(yīng)用場合，堪稱世界上性能最高的微計算機系列。其具有以下特點：1)集成度高：MCS-52單片機的代表產(chǎn)品為8051，其內(nèi)部包含了4字節(jié)的ROM，128個字節(jié)的RAM，4+8位并行口，一個全雙工串行口，二個十六位的定時計數(shù)器以及一個處理功能很強的中央處理機。5個中斷源2個優(yōu)先級。2)可靠性高：由于單片機總線大多在芯片內(nèi)部不易受干擾，而且單片機應(yīng)用系統(tǒng)體積小容易屏蔽，可靠性高，可以應(yīng)用于多種場臺?；赑IC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第3頁。3)處理功能強、速度高：Mcs一5l單片微處理機指令系統(tǒng)中具有加減乘除指令及各種邏輯運算和轉(zhuǎn)移指令，還具有位操作功能，CPU時鐘高達l2MHz，單字節(jié)乘法和除法僅需4ps就可完成，且具有特殊的多機通訊功能，可作為多機系統(tǒng)中的一個子系統(tǒng)[7]?；赑IC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第3頁。2.AVR單片機系列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，AVR單片機。相對于出現(xiàn)較早也較為成熟的51系列單片機，AVR系列單片機片內(nèi)資源更為豐富，接口也更為強大，同時由于其價格低等優(yōu)勢，在很多場合可以替代51系列單片機[8]。其具有以下特點：1)采用CMOS技術(shù)和RISC架構(gòu)，實現(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50ns(20MHz)，而耗電則在1μA～2.5mA間。2)超功能精簡指令：具有32個通用工作寄存器(相當于8051中的32個累加器)，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，可靈活使用指令運算，適合使用功能很強的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，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?？芍苯釉陔娐钒迳线M行程序的修改、燒錄等操作，方便產(chǎn)品升級[9]。3.MSP430單片機系列MSP430系列單片機是美國\德州儀器（\TI）1996年開始推向市場的一種16位超低功耗、具有\(zhòng)精簡指令集（\RISC）的混合信號處理器（MixedSignalProcessor]。稱之為混合信號處理器，是由于其針對實際應(yīng)用需求，將多個不同功能的\模擬電路、\數(shù)字電路模塊和\\t"_blank"微處理器集成在一個芯片上，以提供“單片機”解決方案。該系列單片機多應(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：1)處理能力強：MSP430系列單片機是一個16位的單片機，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)存儲器都可參加多種運算；還有高效的查表處理指令。這些特點保證了可編制出高效率的源程序?；赑IC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第4頁。2)運算速度快：MSP430系列單片機能在25MHz晶體的驅(qū)動下，實現(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（能實現(xiàn)乘加運算）相配合，能實現(xiàn)\數(shù)字信號處理的某些算法。基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第4頁。3)超低功耗：MSP430單片機之所以有超低的功耗，是因為其在降低芯片的電源電壓和靈活而可控的運行時鐘方面都有其獨到之處[11]。4.PIC系列PIC單片機系列是美國微芯公司(MiCroShip)的產(chǎn)品，是當前市場份額增長最快的單片機之一，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)的單片機程序可以反復(fù)擦寫,低功耗，靈活性很強[12,13]。其具有以下特點：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單片機有118條指令，都比前者復(fù)雜。2)高效率：PIC單片機采用Haryard雙總線結(jié)構(gòu)，運行速度快(指令周期約160～200nS)，它能使程序存儲器的訪問和數(shù)據(jù)存儲器的訪問并行處理，這種指令流水線結(jié)構(gòu)，在一個周期內(nèi)完成兩部分工作，一是執(zhí)行指令，二是從程序存儲器取出下一條指令，這樣總的看來每條指令只需一個周期(個別除外)[14]。3)驅(qū)動能力強：PIC單片機I/O口是雙向的，其輸出電路為CMOS互補推挽輸出電路。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腳為高電平時同為輸入和輸出的狀態(tài)。低電平吸人電流達25mA，高電平輸出電流可達20mA。相對于51系列而言，這是一個很大的優(yōu)點，它可以直接驅(qū)動數(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單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第5頁。PIC單片機不搞單純的功能堆積，而是從實際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價格比，靠發(fā)展多種型號來滿足不同層次的應(yīng)用要求,我們可以針對我們所要設(shè)計的產(chǎn)品選擇我們所需的單片機類型。PIC單片機具有優(yōu)越開發(fā)環(huán)境，像普通51單片機的開發(fā)系統(tǒng)大都采用高檔型號仿真低檔型號，其實時性不盡理想。PIC單片機以保密熔絲來保護代碼，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.從價格來看PIC單片機也處于較低位置[16]?；赑IC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第5頁。傳統(tǒng)的PC機+算法的指紋識別系統(tǒng)存在設(shè)計結(jié)構(gòu)體積大、成本高、處理速度慢而且不便于攜帶等缺點[17]。而嵌入式指紋識別系統(tǒng)則具有體積小、外圍電路簡單、處理速度快、能移植到PC機開發(fā)的程序上實現(xiàn)片上系統(tǒng)等優(yōu)點[18,19,20]基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第6頁。因此，本次設(shè)計決定使用PIC單片機與嵌入式指紋識別模塊結(jié)合的方案?；赑IC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第6頁。參考文獻[1]盧官明，李海波，劉莉．生物特征識別綜述[J]．南京郵電大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2007，27(2):81-82[2]盧雪賢.指紋識別技術(shù)門禁應(yīng)用解決方案[J]．中國防偽報道，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[J]．電子技術(shù)應(yīng)用，2004，6(8):3-20[4]聶鵬耿文波．指紋識別技術(shù)淺談[J]．電腦知識與技術(shù)，2007，15(9):937-943[5]YangXD，NingXB，YinYL.Fingerprintimagepreprocessingtechniqueandfeatureextractionalgorithm.JournalofNanjingUniversityNaturalSciences，2006.4(42):351-361[6]指紋識別概念、指紋識別原理和過程[OL]．/archive/13309/[7]王琮．高性能單片微計算機：MOS—51單片機簡介[J]．電子工業(yè)專用設(shè)備，1989，12(1):46-48[8] 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第二章開題報告基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第8頁?；赑IC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計2.1設(shè)計意義現(xiàn)代社會越來越需要高效可靠的身份識別系統(tǒng)。傳統(tǒng)的門鎖系統(tǒng)中個人身份鑒別手段如鑰匙、密碼、身份磁卡、IC卡等識別卡方式。但是，傳統(tǒng)的個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)代社會經(jīng)濟活動和社會安全防范的需要。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別系統(tǒng)逐漸為社會所矚目。隨著識別技術(shù)的不斷成熟，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，各種基于人體生理特征的身份識別系統(tǒng)如：指紋、手掌、聲音、視網(wǎng)膜、瞳孔、面紋等識別技術(shù)紛紛從實驗室中走出來，由小型機落戶微機，走向民用。而從易用性、安全性、成熟性和造價等方面綜合比較，指紋識別技術(shù)將成為未來人體生理特征身份識別技術(shù)的主流之一，指紋自動識別技術(shù)開創(chuàng)了個人身份鑒別的新時代，將來我們生活的很多場合都要用到指紋，指紋使我們的生活更方便、安全[1]。2.2設(shè)計目標本設(shè)計主要針對指紋識別模塊開發(fā)出基于PIC單片機的指紋識別門鎖系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用指紋識別模塊采集指紋信息保存，并與PIC單片機建立通信，單片機將根據(jù)按鍵選擇執(zhí)行不同的功能，可以實現(xiàn)與指紋錄入、指紋比對、刪除指紋數(shù)據(jù)、開鎖、關(guān)鎖等功能同時當前所處狀態(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單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第9頁。本設(shè)計完成一種基于PIC單片機的指紋識別門鎖系統(tǒng)。主要包括PIC單片機，指紋采集模塊，液晶屏模塊，獨立按鍵模塊，電磁鎖模塊。整體設(shè)計框圖如圖2.1所示?；赑IC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第9頁。圖2.1整體設(shè)計總體框圖PIC單片機: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、刪除。液晶屏模塊:用于將該系統(tǒng)當前狀態(tài)及指紋數(shù)據(jù)比對成果顯示出來。獨立按鍵模塊: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)計解決的主要問題是指紋識別模塊與PIC單片機之間的通信、獨立按鍵模塊控制、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)計主要有硬件模塊和軟件模塊兩個部分：硬件設(shè)計主要包括指紋識別模塊、獨立按鍵模塊、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）指紋識別模塊基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第10頁。本次設(shè)計采用基于嵌入式的指紋識別模塊，該指紋識別模塊系統(tǒng)主要由以下幾個部分構(gòu)成：指紋傳感器部分、電源管理及復(fù)位部分、時鐘控制部分、通訊端口部分、程序及數(shù)據(jù)存儲部分。這種結(jié)構(gòu)保證了系統(tǒng)的可靠性和可擴展性，同時節(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單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第10頁。圖2.2指紋識別模塊結(jié)構(gòu)系統(tǒng)2）液晶屏模塊本設(shè)計使用LCD12864漢字圖形點陣式液晶顯示模塊，可顯示漢字和圖形，內(nèi)置8192個中文漢字（16X16點陣）、128個字符（8X16點陣）及64X256點陣顯示RAM（GDRAM），配置LED背光，多種軟件功能（光標顯示、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）獨立按鍵模塊鍵盤采用獨立式鍵盤。其電路結(jié)構(gòu)為：鍵盤一端接微處理器的一個I/O口，同時接上拉電阻值系統(tǒng)電源，另一端接地。在程序中采用查詢的形式，當有按鍵按下時，將掃描碼保存起來，根據(jù)鍵值，執(zhí)行相關(guān)程序代碼，實現(xiàn)用戶操作功能。4）電磁鎖模塊基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第11頁。磁力鎖是利用電生磁的原理，當電流通過硅鋼片時，電磁鎖會產(chǎn)生強大的吸力緊緊的吸住吸附鐵板達到開鎖的效果。非常小的電流也會讓電磁鎖就會產(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單片機電源為5V,因此本設(shè)計采用5V電磁鎖與繼電器結(jié)合的方式。當I/O口為高電平時繼電器導(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單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第11頁。圖2.4電磁鎖開鎖流程電磁鐵驅(qū)動電路如圖2.5所示。圖2.5電磁鐵驅(qū)動電路2.5.2軟件模塊USART通信模塊USART是一個全雙工通用同步/異步串行收發(fā)模塊，該接口是一個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單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第12頁。時鐘發(fā)生器由同步邏輯電路（在同步從模式下由外部時鐘輸入驅(qū)動）和波特率發(fā)生器組成。發(fā)送時鐘引腳XCK僅用于同步發(fā)送模式下?；赑IC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第12頁。發(fā)送器部分由一個單獨的寫入緩沖器（發(fā)送UDR）、一個串行移位寄存器、校驗位發(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，實現(xiàn)了連續(xù)發(fā)送多幀數(shù)據(jù)無延時的通信。接收器是USART模塊最復(fù)雜的部分，最主要的是時鐘和數(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，接收器還包括校驗位校驗器、控制邏輯、移位寄存器和兩級接收緩沖器（接收UDR）。接收器支持與發(fā)送器相同的幀結(jié)構(gòu)，同時支持幀錯誤、數(shù)據(jù)溢出和校驗錯誤的檢測[4]。其通信設(shè)計如圖2.6所示。圖2.6USART串行通信設(shè)計本文設(shè)計采指紋識別模塊與單片機使用USART串行通信方式進行通信。即單片機與指紋識別模塊之間的通信以及單片機對該模塊的控制程序。當單片機發(fā)送指令給指紋模塊后，單片機會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)計結(jié)果基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第13頁。設(shè)計一個基于PIC單片機的指紋識別門鎖，其主要流程如下：基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第13頁。當沒有指紋存儲時，可以存儲指紋，在數(shù)據(jù)存儲器中存儲的第一個指紋就是管理員指紋。當有指紋存儲時且用戶輸入的指紋與管理員匹配時，進入管理員模式，管理員可以實現(xiàn)添加會員指紋，刪除會員指紋、開鎖等功能。在執(zhí)行任務(wù)之前，必須提示輸入指紋，當輸入指紋與管理員指紋匹配時才能執(zhí)行該項任務(wù)。當有指紋存儲時且用戶輸入指紋與會員指紋匹配時，則門鎖打開，當輸入指紋與會員指紋不匹配時，門鎖不會打開。2.7研究的總體安排與進度進度目標要求2012年12月20號-12月25號查閱文獻，撰寫報告和文獻綜述的初稿2012年12月26號-1月1號對開題報告和文獻綜述初稿進行修改，外文翻譯2012年1月2號-1月15號準備PPT，開題報告答辯2012年1月16號-3月1號完成系統(tǒng)分析設(shè)計和原型開發(fā)2012年3月2號-4月17號系統(tǒng)實現(xiàn)與集成，建立完整、詳細的技術(shù)文檔2012年4月18號-5月1號論文的撰寫與整理，提交畢業(yè)論文，答辯基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第14頁。

基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第14頁。參考文獻[1]柴曉光,岑寶熾.民用指紋識別技術(shù)[J]．人民郵電出版社，2004[2]李榮正.PIC單片機原理及應(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單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第15頁?；赑IC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第15頁。外文翻譯微控制器的自動切換磁性門鎖的人臉識別HarnaniHassanRaudahAbuBakarAhmadThaqibFawwazMokhtarFacultyofElectricalEngineering摘要由于人臉識別系統(tǒng)的鑒定能力，其被廣泛用于人體身份識別，其被廣泛用于人類身份識別，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。本系統(tǒng)表明，自動切換傳輸模式通過PIC單片機和USB串行通信進行實施。同時還發(fā)現(xiàn)，當授權(quán)GUI圖像數(shù)據(jù)庫被確定的時候，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非常重要的問題，這是為什么大量的安全系統(tǒng)使用一個重要的過程作為目的，例如識別，特別是建立訪問控制[1]。人臉識別是提高建立訪問控制應(yīng)用程序的安全性進程的一個例子。使用臉部識別而不是其他虹膜或指紋識別的好處是它具有少侵入性，而且更安全[2]。基于GUI的面部識別系統(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)的一個例子。該過程的開始時基于用戶的面部信息來創(chuàng)建一個新的模板。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[3]?；赑IC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第16頁。目前，建立安全性成為重要問題之一來處理[2]。為了建立人臉識別、虹膜識別、指紋識別的的訪問控制，許多識別方法已被引入到提高保障制度中。與其他相比，人臉識別是低侵入性的，而且更安全[4]。最初，根據(jù)用戶的臉部信息，創(chuàng)建一個新的模板。創(chuàng)建的模板將會與存在于數(shù)據(jù)庫中的模板進行比較。如果兩個模板之間的匹配特性在一組公差范圍內(nèi)，則訪問將會被授予。基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第16頁。許多方法在面部識別系統(tǒng)中得以應(yīng)用。其中之一是臉特征。這種方法適用于當臉部圖像被投影到最好是定義為已知的測試圖像變化的一個面空間（特征空間）。面空間被定義為特征臉的組面的特征向量。然后，個人識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，可以大大簡化這個過程。它可以簡化用戶的工作，使用戶無需查找命令運行的程序或者系統(tǒng)。所有圖形用戶界面和特征臉識別方法的算法都是建立于MATLAB2009a。單片機之所以使用于此項目，是因為它具有高速性能、低成本和編程靈活性。作為一個標準的計算機，該控制器還包括CPU、ROM、I/O端口和定時器。然而，它們被設(shè)計成只執(zhí)行一個特定任務(wù)來控制一個單一的系統(tǒng)。此外，PIC16F877A微控制器具有一個內(nèi)置的通用同步異步收發(fā)器（USART），可直接與個人電腦相連[5]。USART模塊有兩種操作模式：同步（在發(fā)射機和接收機之間需要一個同步時鐘）和異步（無需同步時鐘）。USART通常使用于異步模式下。本文分為幾個部分。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現(xiàn)。第4節(jié)介紹采用單片機門鎖系統(tǒng)電路的發(fā)展。第5節(jié)介紹單片機編程開發(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)計基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第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的臉識別系統(tǒng)和第二部分是由單片機硬件實現(xiàn)?；贕UI的人臉識別系統(tǒng)的功能作為主控制從機單元，用于單片機PIC16F877A。在該系統(tǒng)中，確認圖像被變換成8位的信號作為一個ASCII碼通過串行通信端口連接到單片機的電路。然后，將串行信號轉(zhuǎn)換成CMOS電平信號使用MAX232。將分析所接收的信號，由單片機磁力鎖來鎖上或解鎖?；赑IC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第17頁。硬件設(shè)計圖1門鎖系統(tǒng)流程圖3PIC16F877A單片機PIC16F877A單片機，多達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)存儲器和256×8個字節(jié)的EEPROM數(shù)據(jù)存儲器。它5V的直流電源供電，它也由33個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22pF的電容單位的用于使IC工作。基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第18頁?；赑IC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第18頁。圖2PIC16F887A最小系統(tǒng)MAX232是一個串行RS232，TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換器+/-10V串行RS232信號轉(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。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單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第19頁。圖3USB與MAX232串行通信電路基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第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。單片機可實現(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)計的電路RC6接收到的串行信號由MAX232電路。然后，將開關(guān)晶體管2N2222轉(zhuǎn)到“ON”時，面對的是被確定在輸出引腳RD2。RD1引腳設(shè)置為打開的LED。每當圖像被識別，該系統(tǒng)只使用發(fā)射機在引腳（RD6的），而不是使用發(fā)射機和接收器。這是因為系統(tǒng)只收到了從GUI傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。該電路被設(shè)計撐20MHz外部晶體振蕩器為了更快的執(zhí)行時間。5單片機編程基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第20頁。PIC16F877A的是一個可編程微控制器，一個串行編程和flash寄存器[7]。整個運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）作為一個編譯器。它提供了支持工具，用于測試和調(diào)試有幫助軟件庫[8]。編程的流程圖如圖5所示基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第20頁。圖5PIC單片機算法流程圖6GUI開發(fā)基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第21頁。一個圖形用戶界面（GUI）是一個圖形接口程序。圖形用戶界面的實施是重要的，因為它允許用戶選擇應(yīng)采取什么樣的行動，由系統(tǒng)執(zhí)行的。圖6示出的圖形用戶界面的布局。有4個按鈕，這是開發(fā)GUI訓(xùn)練圖像，測試圖像，刪除數(shù)據(jù)庫并退出按鈕。每個按鈕執(zhí)行不同的任務(wù)。GUI也圖像顯示兩個圖片框和兩個文本文本框顯示。基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第21頁。圖6用戶界面GUI的圖形布局基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第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窗口圖像識別處理平臺。基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第22頁。圖7GUI的開發(fā)流程圖GUI窗口平臺需要四個按鈕接口的過程。該平臺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，用戶在測試圖像文件夾選擇圖像。該系統(tǒng)將兩個圖像識別或匹配。后識別過程中，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)識別圖像的指示燈。基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第23頁?；赑IC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第23頁。圖8保存頭像與測試頭像進行匹配圖9LED接通“ON”的，作為指示劑的磁性鎖變?yōu)椤癘FF”基于PIC單片機的指紋基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第24頁。圖10顯示的情況下，訪問被拒絕，這是因為測試圖像與在數(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)，直到識別系統(tǒng)確定承認的圖像。LED轉(zhuǎn)向'OFF'作為指示燈門仍然接近圖像后，未能被系統(tǒng)識別的，如在圖11中所示。圖10保存圖像和測試圖像不匹配圖11LED作為標志把“OFF”磁力鎖打開“ON”基于PIC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第25頁?；赑IC單片機的指紋識別門鎖設(shè)計全文共28頁，當前為第25頁。圖12顯示了ASCII'A'字符發(fā)送GUI的微控制器。單片機關(guān)閉磁力鎖，當它從GUI接收到的字符'A'。單片機比較其參考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，接收到的字符匹配字符保存在微控制器。圖12串行信號的ASCII'A'字符發(fā)送形式GUI傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為一個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位稱為奇偶校驗的數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀的第8位檢查位錯誤目的。圖12示出了串行信號，然后被轉(zhuǎn)換成CMOS