文 献 综 述

1．研究现状和生产需求状况：

利用指纹识别技术的应用系统常见有两种方法，即嵌入式系统和连接PC的桌面应用系统。嵌入式系统是一个相对独立的完整系统，它不需要连接其他设备或计算机就可以独立完成其设计的功能，像指纹门锁、指纹考勤终端就是嵌入式系统。其功能较为单一，应用于完成特定的功能。而连接PC的桌面应用系统具有灵活的系统结构，并且可以多个系统共享指纹识别设备，可以建立大型的数据库应用。当然，由于需要连接计算机才能完成指纹识别的功能，限制了这种系统在许多方面的应用。　　当今市场上的指纹识别系统厂商，除了提供完整的指纹识别应用系统及其解决方案外，可以提供从指纹取像设备的OEM产品到完整的指纹识别软件开发包，从而使得无论是系统集成商还是应用系统开发商都可以自行开发自己的增值产品，包括嵌入式的系统和其他应用指纹验证的计算机软件。　　指纹识别系统可以分为两类：验证和辨识。验证就是把一个现场采集到的指纹与一个己经登记的指纹进行一对一的比对，来确认身份的过程；辨识则是把现场采集到的指纹同指纹数据库中的指纹逐一对比，从中找出与现场指纹相匹配的指纹。　　指纹验证和辨识在比对算法和系统设计上各有特点，例如验证系统一般只考虑对完整的指纹进行比对，而辨识系统要考虑残纹的比对；验证系统对比对算法的速度要求不如辨识系统高，但更强调易用性；另外在辨识系统中，一般要使用分类技术来加快查询的速。指纹门禁识别系统是指纹应用系统中验证的一种。　　指纹门禁识别系统以手指取代传统的钥匙，使用时只需将手指平放在指纹采集仪的采集窗口上，即可完成开锁任务，操作十分简便，避免了其它门禁系统（传统机械锁、密码锁、识别卡等）有可能被伪造、盗用、遗忘、破译等弊端。　　指纹门禁识别系统的硬件主要由微处理器、指纹识别模块、液晶显示模块、键盘、实时时钟/日历芯片、电控锁和电源等组成。微处理器作为系统的上位机，控制整个系统。指纹识别模块主要完成指纹特征的采集、比对、存储、删除等功能。液晶显示模块用于显示开门记录、实时时钟和操作提示等信息，和键盘一起组成人机界面。　　按系统功能，软件主要由指纹处理模块、液晶显示模块、实时时钟模块和键盘扫描模块等组成。指纹处理模块主要负责微处理器与指纹识别模块之间命令和返回代码的信息处理；液晶显示模块根据液晶显示模块的时序，编写驱动程序，以实现显示汉字、字符的目的；实时时钟模块根据时钟芯片的时序，编写通讯程序．实现对时钟芯片的读写操作；键盘扫描模块就是根据键盘的设计原理编写键盘程序来识别有无按键动作和按下键的键号。　　按操作流程，软件主要由指纹开门程序、指纹管理程序、密码管理程序和系统设置程序四部分组成。其中指纹管理、密码管理和系统设置三部分只有管理员才有此权限。指纹管理程序由登记指纹模板程序、删除指纹模板程序、清空指纹模板程序和浏览开门记录程序四部分组成；密码管理程序由密码修改程序和密码开门程序两部分组成；系统设置程序由时间设置程序和日期设置程序两部分组成

2．目的与意义：

　1、指纹是人体独一无二的特征，并且它们的复杂度足以提供用于鉴别的足够特征；　

　2、如果要增加可靠性，只需登记更多的指纹、鉴别更多的手指，最多可以多达十个，而每一个指纹都是独一无二的；　　

3、扫描指纹的速度很快，使用非常方便；　　

4、读取指纹时，用户必需将手指与指纹采集头相互接触，与指纹采集头直接；　

　5、接触是读取人体生物特征最可靠的方法；　　

6、指纹采集头可以更加小型化，并且价格会更加的低廉；

3．参考文献：

[1] 楼然苗, 李光飞.单片机课程设计指导.北京航空航天大学出版社.2007.

[2] 王秋爽，曾昭龙.单片机开发基础与经典设计实例.机械工业出版社.2007.

[3] 张大明.单片机控制实训指导及综合应用实例.机械工业出版社.2007.

[4] 周坚.单片机C语言轻松入门.北京航空航天大学出版社.2006.

[5] 赵亮，侯国锐.单片机C语言编程与实例.人民邮电出版社.2003.

[6] 马忠梅.单片机的C语言应用程序设计.北京航空航天大学出版社.2003.

[7] 李广第，朱月秀，冷祖祁.单片机基础.北京航空航天大学出版社.2007.

[8] 何立明.单片机应用系统设计.北京航空航天大学出版社.1995.

[9] 肖洪兵，等.跟我学用单片机.北京航空航天大学出版社.2002.

[10] 戴佳，戴卫恒.51单片机C语言应用程序设计实例精讲.电子工业出版社.2006.

[11] 薛栋梁.CS-51单片机原理与运用[M].中国水利出版社.2001.

[12] 刘迎春. MCS-51单片机原理及应用教程[M].清华大学出版社. 2009

[13] 林毓梁. 单片机原理及应用[M].机械工业出版社.2007.

[14] 阎石. 数字电子技术基础（第四版）[M]. 北京：高等教育出版社.2006.

[15] 杨打生，宋伟. 单片机C51技术应用[M]. 北京：北京理工大学出版社.

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

1．内容：

该系统主要由电源电路、单片机控制器、指纹录入电路、指纹存储电路、LED数码管及指示灯电路、报警电路和继电器电路组成。把指纹模块当做一个传感器，通过指纹录入，存储指纹信息。当开门时录入指纹和原本存储指纹信息匹配，匹配成功为1；不成功则为0；1则开门并且叫一声，起动继电器；0则不开门，且报警响两声。

2．思路：

用2位数码管显示出指纹匹配是否成功；

指纹匹配后，，成功显示11，不成功显示00；

设置3个轻触按钮，分别为电源开关键、”录入”键和”监测”键；

当指纹录入，存储后，有一个标准指纹，即为解锁指纹，之后开门与否取决于这个指纹的对比；

当开门时录入指纹和原本存储指纹信息匹配，匹配成功则开门并且叫一声，起动继电器；

6.当开门时录入指纹与原本存储指纹信息不匹配，匹配失败则不开门，并且报警响两声。

3.模块设计

2.1.1外部晶振的设计

STC89C52的内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，通过XTAL1，ATAL2外部接上一片作为反馈元件的晶体，与C1和C2构成了并联谐振电路，使其构成自激振荡器，电容的值具有微调的作用，我们取30PF，具体的接法如图4-1外部晶振电路。

图 外部晶振电路

STC89C52的工作频率范围在 0-24MHZ。我们选用的是11.0592MHZ的晶振，振荡周期约为1us机器周期约为0.1us，所以这个晶振可以满足这个系统的要求。并且晶振不能离单片机太远，不然使用外部晶振进行软件调试时就会发现找不到信号。

2.1.2复位电路的设计

MCS51单片机通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式，本系统采用简单的自动复位电路如图4-2所示。单片机在上电瞬间，RC电路充电，RST引脚端出现正脉冲，只要RST端保持两个机器周期以上的高电平，就能使单片机有效复位。其中电容选10uF、电容选10K。

图 复位电路

2.2电源电路设计

1 本系统采用的5V电源主要采用两种方法，第一是直接用9V电池然后通过一个变压电路，利用7805将转化成5V供单片机和液晶显示部分使用；其二是用220V通过变压器等将其转化成5V。

两种方法都可以，但是由于第一种方法便于携带、而且成本相对较低所以我们选用第一种方案。

2.3按键控制部分电路

按键的闭合与否反应在电压上就是呈现出高电平或低电平，如果高电平表示断开，那么低电平则表示闭合，通过电平的高低状态的检测可确认键按下与否。为了确保CPU对一次按键动作只确认一次，并且防止干扰信号的影响，必需加入消除电平抖动的措施，下图2-6为按键抖动示意。消除抖动通常有硬、软硬两种方法，硬件消除抖动可采取双稳态电路或滤波消抖电路；软件消抖是在第一次检测到有键按下时，执行一段延时程序再确认该键是否仍闭合，如果还是闭合状态则确认该键按下，从而消除抖动和干扰影响。当按键较多时，我们多采用硬件件消抖法。本系统中按键少直接采用直接接入的方式。

按键接口设计有两种方法，独立式按键和矩阵式键盘。独立式按键各键相独立，每个按键各接入一根输入线，只要检测输入线的电平就可以识别按键状态。这种方法电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键需占用一根输入口。由于该设计方案IO资源浪费大。故此方法只适用于按键少或其他控制功能很简单的场合。由于本设计中的按键只有3个，考虑系统可靠性和键盘设计的简单所以采用独立式按键。本系统的按键电路如图2-7所示，按键按下是呈低电平，我们采用软件消抖来减少对的单片机影响，电路图如图2-7所示。

图2-6按键闭合及断开前后的电压 图2-7 独立按键电路

2.4指纹模块电路如下所示：

指纹模块里面主要是DSP芯片，型号为PS1802，加上外面的CMOS芯片，CMOS芯片主要是对指纹进行”照相”，生成指纹特征，如下图所示就是一个指纹模板，录入两次这样的指纹特征就能生成一个指纹模板。

具体的工作过程是：扫描指纹（录入图像）、生成特征、合成模板（建立一个指纹库文件，成功录入一个指纹）。

3.工作流程为：

指纹识别是先转换到识别模式，然后不断的探测是不是有指纹出现在光学采集头上。如果有则扫描指纹，与库里面的指纹进行比对，如果是就读出是几号指纹。

模块会自动探测是不是有指纹，如果有则发送下面的命令：

如果搜索到就返回相应的指纹号，如果没有就会返回0。