指紋識(shí)別門禁控制裝置的設(shè)計(jì)

朱家震 賈婷 菅洪生 郝一良 沈陽工學(xué)院信息與控制學(xué)院

門禁系統(tǒng)是時(shí)代快速發(fā)展的產(chǎn)物，是信息領(lǐng)域中的新興產(chǎn)業(yè)。最早的傳統(tǒng)門鎖只是簡單的機(jī)械原理的運(yùn)用，是純粹的機(jī)械裝置。雖然在數(shù)代人的努力下不斷的改良，其安全性不斷提高，但還是可以通過暴力等非正常手段拆除，安全性較低。隨著時(shí)代的進(jìn)步，人們對(duì)安全性的要求不度提高，簡單的機(jī)械鎖已經(jīng)滿足不了人們的需求，門禁系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。

在實(shí)際應(yīng)用中，有相當(dāng)一部分要處理的指紋圖像的質(zhì)量是比較差的。本設(shè)計(jì)主要包含了5部分,對(duì)低質(zhì)量的指紋圖像的處理效果還遠(yuǎn)不能令人滿意，對(duì)于質(zhì)量很差的圖像，如果不經(jīng)過特殊的增強(qiáng)處理，是不能正確并且有效的進(jìn)行指紋信息的取樣的。

本文主要設(shè)計(jì)一個(gè)基于指紋識(shí)別技術(shù)的門禁裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，它以STC89C52單片機(jī)作為控制器，通過單片機(jī)、指紋識(shí)別模塊、顯示器、網(wǎng)絡(luò)通信模塊，報(bào)警模塊等硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)單片機(jī)的指紋識(shí)別技術(shù)的門禁裝置功能和顯示功能。

根據(jù)設(shè)計(jì)目的并遵循單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)原則提出了本課題實(shí)現(xiàn)方案：

1.硬件電路的設(shè)計(jì)：包括最小系統(tǒng)模塊、指紋識(shí)別模塊、顯示模塊、按鍵模塊，網(wǎng)絡(luò)通信檢測模塊、報(bào)警模塊。

2.軟件的設(shè)計(jì)：包括主程序設(shè)計(jì)、指紋識(shí)別程序設(shè)計(jì)、鍵盤模塊程序設(shè)計(jì)、LCD顯示程序模塊設(shè)計(jì)、報(bào)警模塊程序設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)通信程序設(shè)計(jì)。系統(tǒng)總框圖如圖1所示。

軟件設(shè)計(jì)上，根據(jù)功能分了幾個(gè)模塊編程，包括主程序模塊、讀卡模塊、顯示模塊，存儲(chǔ)模塊、延時(shí)子程序模塊和中斷子程序模塊等。系統(tǒng)工作時(shí)當(dāng)卡片靠近讀卡模塊時(shí)指示燈亮起，屏幕顯示卡片信息，然后程序判斷權(quán)限，若合法，開鎖模塊程序點(diǎn)亮指示燈，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)模擬門鎖打開。若非合法卡，是否賦予權(quán)限，如果賦予權(quán)限電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，指示燈亮起，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)，如果不賦予則返回。

系統(tǒng)軟件工作流程

單片機(jī)采用STC89C52,單片機(jī)的主程序主要是完成上位機(jī)與下位機(jī)通信、單片機(jī)與模塊通信的任務(wù)，首先要將波特率設(shè)置為9600bps（與模塊相對(duì)應(yīng)），然后在根據(jù)模塊的指令包格式，來發(fā)送命令。軟件使用Keil C51版本，主程序采用c語言編寫。單片機(jī)對(duì)指紋識(shí)別模塊發(fā)送命令，得到識(shí)別結(jié)果，在根據(jù)這個(gè)結(jié)果來控制顯示模塊、語音模塊和電子鎖模塊。

FM-180作為一個(gè)指紋識(shí)別模塊，它的內(nèi)部已經(jīng)很完整，用戶只需要對(duì)模塊下達(dá)合適的命令就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)模塊的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。不同的功能，需要不同的指令來實(shí)現(xiàn)，而每一條指令都有其規(guī)定的格式，用戶必須按照其規(guī)定個(gè)格式來進(jìn)行。

指紋識(shí)別模塊需要完成的工作有：獲取指紋圖像，生成指紋特征模板，儲(chǔ)存指紋特征模板和匹配指紋等工作，單片機(jī)根據(jù)模塊的指令系統(tǒng)，給模塊發(fā)送指令信息，來控制模塊完成相應(yīng)的工作。

結(jié)論：作為一種可靠的生物識(shí)別技術(shù)，指紋識(shí)別技術(shù)受到了廣泛關(guān)注，高效可靠的指紋圖像識(shí)別算法技術(shù)在實(shí)際生活中具有很高的實(shí)用價(jià)值。設(shè)計(jì)了基于STC89C52單片機(jī)的指紋識(shí)別系統(tǒng)。主要研究內(nèi)容如下：

1.指紋識(shí)別原理。分析如何對(duì)采集到的圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括圖像的規(guī)格化，圖像分割，圖像二值化，圖像增強(qiáng)，圖像細(xì)化以及特征值的提取。

2.指紋識(shí)別模塊工作流程。包括添加用戶，刪除指定用戶，刪除所有用戶，認(rèn)證用戶，管理用戶權(quán)限等功能的工作原理。

3.單片機(jī)的通信。如何實(shí)現(xiàn)通信，以及怎樣運(yùn)用軟件進(jìn)行仿真。掌握指紋識(shí)別模塊的與單片機(jī)的通信機(jī)制，運(yùn)用通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)各功能控制。

本文由于時(shí)間上的限制，在指紋識(shí)別系統(tǒng)的用戶管理功能上沒有進(jìn)行更深入的開發(fā)，是一個(gè)缺憾。如何有效提高指紋識(shí)別可靠度，更安全地管理用戶控制權(quán)限，以及尋求更為簡潔可靠的指紋圖像識(shí)別算法，應(yīng)該是今后開展工作的方向。

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[2] 王東峰.單片機(jī)C語言應(yīng)用100例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009：151-161.