指纹识别系统的设计
摘 要本文主要研究一种基于单片机的指纹识别系统，系统采用增强型52单片机作为主控芯片，采用FPM10A指纹识别传感器作为指纹采集。系统组成部分主要有报警系统、LCD12864显示、4×4矩阵键盘及STC89C52单片机系统（最小系统）等，密码错误报警、超次锁定、超次报警、6位密码修改、设置、指纹开锁等是其基本功能。能够自动实现指纹的录入和识别，实时方便的更新指纹库，只有系统判断在指纹库中的指纹才能开启电磁锁，同时在开锁的同时，系统在显示屏上显示出使用者的指纹编号和开门时间，方便后期的查询，如果指纹库中没有开锁者的指纹信息，无法开锁，没通过识别的指纹能通过显示屏进行报错。本设计可以应用到传统的单位、住宅安防和个人资料存储绝大部分都采用加锁这一原始方法。而且，传统机械式锁具通常需要机械式钥匙才能打开，由于钥匙的数量比较多，操作起来相对麻烦，而且钥匙一旦发生丢失现象，则会增大安全风险。从锁具操作及安全标准需求来看，锁具的安全性能提升势在必行，从安全技术发展趋势来看，指纹识别密码锁可以发出防盗报警信号，其总体功能明显超过了安全性差、密码简单的机械式密码锁，采用密码将传统的机械式钥匙替代已经成为锁具行业的主流，密码锁也由此诞生。本次设计的指纹识别系统易操作、功耗低、成本低、安全性高等特点。这是本次设计开发成功的指纹识别密码锁的基本优势，推广、应用价值比较突出。
目 录
1绪 论 1
1.1课题背景和意义 1
1.2指纹识别研究现状 1
1.3本课题的研究内容 2
2总体系统方案设计 3
2.1指纹识别系统的要求 3
2.2总体设计方案 3
3系统硬件电路设计 6
3.1元器件的选择 6
3.1.1指纹传感器选择 6
3.1.2液晶显示器件选择 6
3.2单片机最小系统电路 7
3.2.1单片机介绍 7
3.2.2时钟电路 9
3.3.3复位电路 9
3.3.4最小系统电路 10
3.3液晶显示电路设计 11
3.4指纹传感器电路设计 12
3.5指纹识别算法设计 13
3.5.1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
指纹图像分割设计 14
3.5.2指纹图像二值化算法 15
3.5.3指纹图像细化设计 15
3.5.4指纹特征匹配识别 15
3.6语音报警器电路设计 16
3.7按键电路设计 16
3.8电源电路设计 17
3.8.1电源变压器 17
3.8.2整流电路 17
3.8.3滤波电路 18
3.8.4稳压电路 18
4系统软件设计 19
4.1主程序设计 19
4.2初始化子程序 21
4.3按键子程序 21
4.4指纹识别程序 22
5系统测试与分析 24
5.1系统调试过程 24
5.2测试结果分析 24
6总结与展望 26
参考文献 27
致 谢 29
附 录A 31
附 录B 32
1绪 论
1.1课题背景和意义
指纹就是我们每个人的手指头上的指纹线。每个人的指纹纹线都是不同的，所以它可以成为一种很安全技术来鉴别身份信息，指纹识别目前在生活中已经被广泛使用。另一方面，现在我们处于一个信息社会，每个人都有属于自己的密码。大量的密码需要人去记忆，并且容易搞错，安全性不是很高，容易被别有用心的人破解，社会的进步，需要更好方便的安全系统为人们服务。指纹识别技术在当今社会发展的各个领域都在普遍使用，指纹它是自然形成的信息。设计中查询资料发现指纹识别非常安全可靠。每个人的指纹只属于自己的，别人不会和你有相同的指纹。并且指纹形状都是不一样的，所以他可以作为我们身份的识别安全的工具；而且指纹永远不会发生改变。目前科研人士对它的研究逐渐的成熟了，现在人们的手机开机、指纹支付、门锁等领域都应有到了指纹识别。
本课题采用STC89C52单片机和指纹传感器进行一种指纹识别系统的设计。指纹传感器首先采集要识别人的指纹，然后将采集到的指纹数据通过转换电路送到单片机机系统的存贮器中存贮起来，在进行身份指纹识别时，先采集识别人的指纹信息，然后将指纹信息转换成相应数据与单片机中存贮的指纹数据比对，确认是否正确。最后通过LCD12864液晶显示屏上显示最终识别信息，并通过蜂鸣器进行报警提示，因此本课题具有一定的社会使用价值。
1.2指纹识别研究现状
通过对市场上已有指纹识别系统的设计调查研究，发现指纹识别在国际、国内都有着巨大的市场影响。现在指纹识别在市场上又很多的企业公司都在激烈的竞争。目前指纹研究的功能就是更好的完善指纹的算法。在这些公司企业中将会对指纹识别有更好的发展和完善。最终这些竞争的公司在很短的时间内会主要研究指纹生物特征识别技术的局面。
通过查询资料发现指纹识别系统在我国发展过程非常缓慢，就这几十年来才进入研究状态，国内外有许多的研究人士在指纹识别这一块有了很大的发现并且进行研究。现在在我国就出现了很多的公司对指纹识别开发和销售。就现在我国经济的发展，指纹识别系统研究这方面已经可以从计算机到嵌入式了。目前商业机构在错误率这块报告中已经降到了最低，我相信指纹识别在我国将会有更好的发展体系。
1.3本课题的研究内容
本课题的研究内容主要包括以下几个方面：
（1）根据指纹识别系统设计要求，提出基于MCS51单片机的指纹识别系统的设计总体方案；
（2）完成指纹识别系统的硬件设计，主要包括：单片机的最小系统、指纹传感器识别转换电路、语音器报警电路、键盘输入电路和LCD液晶显示电路等；
（3）完成指纹识别系统的软件程序设计，主要包括：主程序、初始化子程序、指纹识别子程序、LCD12864液晶显示子程序和语音报警子程序等；
（4）进行系统硬件电路制作，完成系统的软、硬件调试。
2总体系统方案设计
2.1指纹识别系统的要求
本文所设计的基于单片机指纹识别系统硬件部分由单片机最小系统、能够自动实现指纹的录入和识别，实时方便的更新指纹库，只有系统判断在指纹库中的指纹才能开启电磁锁，同时在开锁的同时，系统在显示屏上显示出使用者的指纹编号和开门时间，方便后期的查询，如果指纹库中没有开锁者的指纹信息，无法开锁，没通过识别的指纹能通过显示屏进行报错。指纹储存方面，考虑到实际应用状况，系统可以存储多个指纹，扩展了该指纹电磁锁使用的灵活性。系统应能发出报警提示，即密码输入不准确时，LED灯应亮起，报警器应发出响声；用户可以根据实际需要自行设定密码（密码最多6），密码修改前，密码应再次输入，新密码输入之后，确认必须进行两次，以此对误操作可能进行预防。每个人的每一个手指的皮肤都有一个不一样的花纹，这就是它本身的生物特征，这个特征具有唯一性。如图2.1所示指纹就是人们所有的三种指纹图案。
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目 录
1绪 论 1
1.1课题背景和意义 1
1.2指纹识别研究现状 1
1.3本课题的研究内容 2
2总体系统方案设计 3
2.1指纹识别系统的要求 3
2.2总体设计方案 3
3系统硬件电路设计 6
3.1元器件的选择 6
3.1.1指纹传感器选择 6
3.1.2液晶显示器件选择 6
3.2单片机最小系统电路 7
3.2.1单片机介绍 7
3.2.2时钟电路 9
3.3.3复位电路 9
3.3.4最小系统电路 10
3.3液晶显示电路设计 11
3.4指纹传感器电路设计 12
3.5指纹识别算法设计 13
3.5.1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
指纹图像分割设计 14
3.5.2指纹图像二值化算法 15
3.5.3指纹图像细化设计 15
3.5.4指纹特征匹配识别 15
3.6语音报警器电路设计 16
3.7按键电路设计 16
3.8电源电路设计 17
3.8.1电源变压器 17
3.8.2整流电路 17
3.8.3滤波电路 18
3.8.4稳压电路 18
4系统软件设计 19
4.1主程序设计 19
4.2初始化子程序 21
4.3按键子程序 21
4.4指纹识别程序 22
5系统测试与分析 24
5.1系统调试过程 24
5.2测试结果分析 24
6总结与展望 26
参考文献 27
致 谢 29
附 录A 31
附 录B 32
1绪 论
1.1课题背景和意义
指纹就是我们每个人的手指头上的指纹线。每个人的指纹纹线都是不同的，所以它可以成为一种很安全技术来鉴别身份信息，指纹识别目前在生活中已经被广泛使用。另一方面，现在我们处于一个信息社会，每个人都有属于自己的密码。大量的密码需要人去记忆，并且容易搞错，安全性不是很高，容易被别有用心的人破解，社会的进步，需要更好方便的安全系统为人们服务。指纹识别技术在当今社会发展的各个领域都在普遍使用，指纹它是自然形成的信息。设计中查询资料发现指纹识别非常安全可靠。每个人的指纹只属于自己的，别人不会和你有相同的指纹。并且指纹形状都是不一样的，所以他可以作为我们身份的识别安全的工具；而且指纹永远不会发生改变。目前科研人士对它的研究逐渐的成熟了，现在人们的手机开机、指纹支付、门锁等领域都应有到了指纹识别。
本课题采用STC89C52单片机和指纹传感器进行一种指纹识别系统的设计。指纹传感器首先采集要识别人的指纹，然后将采集到的指纹数据通过转换电路送到单片机机系统的存贮器中存贮起来，在进行身份指纹识别时，先采集识别人的指纹信息，然后将指纹信息转换成相应数据与单片机中存贮的指纹数据比对，确认是否正确。最后通过LCD12864液晶显示屏上显示最终识别信息，并通过蜂鸣器进行报警提示，因此本课题具有一定的社会使用价值。
1.2指纹识别研究现状
通过对市场上已有指纹识别系统的设计调查研究，发现指纹识别在国际、国内都有着巨大的市场影响。现在指纹识别在市场上又很多的企业公司都在激烈的竞争。目前指纹研究的功能就是更好的完善指纹的算法。在这些公司企业中将会对指纹识别有更好的发展和完善。最终这些竞争的公司在很短的时间内会主要研究指纹生物特征识别技术的局面。
通过查询资料发现指纹识别系统在我国发展过程非常缓慢，就这几十年来才进入研究状态，国内外有许多的研究人士在指纹识别这一块有了很大的发现并且进行研究。现在在我国就出现了很多的公司对指纹识别开发和销售。就现在我国经济的发展，指纹识别系统研究这方面已经可以从计算机到嵌入式了。目前商业机构在错误率这块报告中已经降到了最低，我相信指纹识别在我国将会有更好的发展体系。
1.3本课题的研究内容
本课题的研究内容主要包括以下几个方面：
（1）根据指纹识别系统设计要求，提出基于MCS51单片机的指纹识别系统的设计总体方案；
（2）完成指纹识别系统的硬件设计，主要包括：单片机的最小系统、指纹传感器识别转换电路、语音器报警电路、键盘输入电路和LCD液晶显示电路等；
（3）完成指纹识别系统的软件程序设计，主要包括：主程序、初始化子程序、指纹识别子程序、LCD12864液晶显示子程序和语音报警子程序等；
（4）进行系统硬件电路制作，完成系统的软、硬件调试。
2总体系统方案设计
2.1指纹识别系统的要求
本文所设计的基于单片机指纹识别系统硬件部分由单片机最小系统、能够自动实现指纹的录入和识别，实时方便的更新指纹库，只有系统判断在指纹库中的指纹才能开启电磁锁，同时在开锁的同时，系统在显示屏上显示出使用者的指纹编号和开门时间，方便后期的查询，如果指纹库中没有开锁者的指纹信息，无法开锁，没通过识别的指纹能通过显示屏进行报错。指纹储存方面，考虑到实际应用状况，系统可以存储多个指纹，扩展了该指纹电磁锁使用的灵活性。系统应能发出报警提示，即密码输入不准确时，LED灯应亮起，报警器应发出响声；用户可以根据实际需要自行设定密码（密码最多6），密码修改前，密码应再次输入，新密码输入之后，确认必须进行两次，以此对误操作可能进行预防。每个人的每一个手指的皮肤都有一个不一样的花纹，这就是它本身的生物特征，这个特征具有唯一性。如图2.1所示指纹就是人们所有的三种指纹图案。
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