基于51单片机的指纹考勤器的设计Word文件下载.docx
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基于51单片机的指纹考勤器的设计Word文件下载.docx
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生物识别;
测量;
鉴别
Fingerprintattendance
machine
basedon51singlechipmicrocomputer
LINJian
SanmingCollege10ElectronicInformationEngineeringSanmingFujian365004
Abstract:
Fingerprintrecognitiontechnology
asastarting
researchonbiologicalrecognitiontechnology,
and
hasbeenwidelyapplied.Thistechnologythroughtheanalysisoftheproprietarypeculiarityofhumanfingerprint.Itcanconfirmtheidentityofapersonreliablybythepeculiarity.Comparedwiththetraditionalattendancesystem,fingerprintattendancesystemhassomeadvantages.Itisunnecessarytoputalotofhumanresourcesinmanagement.Andthereisnoneedtoworryabouttheproblemwhichcausedbylosingcardorforgettingpassword.Besides,thiskindofattendancesystemeliminatestheagentphenomenoneffectively.
Keywords:
biologicalrecognition;
measurementandidentification
第一章绪论
1.1指纹识别的研究意义
如今,无论在工作或是生活中,越来越多的场合都需要对我们身份进行认证,而传统的身份认证技术在科技越来越发达的现代,逐渐地显现出有些心余力绌的现象。
不过,科技的发展不光只给我们带来了烦恼也给我们带来了更为可靠便捷的生物识别技术。
不仅可以将该技术应用到对个人私隐的保护中,并且可以应用与进行身份确认。
该种技术是依由人体的部分特征,如视网膜、指纹、声音等进行身份辨识的科学解决方案。
其优势主要有:
1、对于身份的假冒现象可以有效的减少甚至是完全消除;
2、无需在管理方面投入大量的人员,有效地节省了人力资源的浪费;
3、使用便捷,无需携带卡或钥匙,也不用担心忘记密码或是卡片、钥匙遗失带来的困扰。
指纹的研究作为此类高端技术研究对象的开端,相对而言是目前比较成熟的,在使用上也是比较普遍的。
现代电子技术和快速且可靠的算法的研究是指纹识别技术得以发展的前提。
指纹虽然面积不大,但其蕴含的数据量相当大,在认证和识别的时候对于这些数据进行比对也不光是传统意义上的简单的判断等与否的问题,而是需要使用到特有的能在短时间内对大量数据进行运算的模糊匹配算法。
如今高速发展的电子科技催生了体型小巧的有关指纹的设备,除此之外随着有关算法可靠性的不断提高以及计算机运算速度的不断提升也为指纹设备能在微控制器上运行奠定了基础,也让该技术变得非常实用。
就传统的考勤方式而言,无论是哪一种都会存在一些不可避免的不完善之处。
诚如,在磁卡考勤系统使用中,某员工可把自己的Ic卡转交他人,代其打卡,由此可见设立考勤的真实初衷没有能够实现。
在计算机及生物科技极速发展的背景条件下,开发出能够消除传统考勤体系中不完备之处的日常管理考勤软件并非极为困难的事。
考勤机和考勤管理组成了本系统,以指纹模板为标志进行身份上验证,利用指纹的独一无二性革除传统考勤中存在的弄虚作假现象,有效地消除了人情因素,公正性得以体现。
1.2课题的国内外发展现状
现如今是一个经济效益高于一切的时代。
1993年指纹认证技术开始进入中国市场,经历了多年的发展后,尤其是在2003年有关联网门禁方案实施后迅捷发展。
国内相关技术也与国际水平基本持平。
有关于使用指纹作为基底来研究考勤系统的应用在国内相关于指纹识别的应用中占有较重的比例。
本国国内相关厂商在与国际水平接轨的技术支持并多年实战的经验的双重条件确保下,已能够为我们提供高质量的有关使用指纹作为标志的高端考勤设备。
国外包括IBM、Intel、韩国现代、Microsoft、Motorola等许多大公司都设立有为自己产品品牌服务的有关与各种技术的研究、开发、应用的专门的机构,当然有关于指纹等识别技术的机构自然也包括在内了。
国际市场中有关于指纹的采集到图像的处理、识别、对比等技术从技术层面上来看都很完善。
在完善成熟的技术作为强有力的后盾的支持下,此种技术在国际市场中的应用也是相当普遍,其核心应用范围是在有关金融、信息需高度保密的、安保等行业,该种技术为这些行业提供了安全可靠使用的个人身份是确认识别等服务。
1.3指纹识别的原理
在目前被人们所熟知的所有的生物识别技术中,有一种相对来说是最为成熟,也因为其操作过程较为简便,在识别的时候准确率较高的原因成为了最为被人们接受,也是在日常生活中应用最为广泛的。
这种技术是利用每个人身上的指纹的独有特征来对每个个体身进行确认和区分,它就是科技发展所带来的新兴技术――指纹识别。
其原理是由采集、特征提取、特征匹配三个部分所构建。
采集是第一个进程,它是运用嵴即指纹的突起部分和峪即指纹的凹陷部分在物理和生理上的不同特质传输电脑中绘制出无可比拟的图像来实行的。
物理上,嵴与峪在对光线强度的反射上存在强弱的差异,而且两者在与物体接触的历程中会对该物体产生压力上的不一样;
生理上来说,由于二者凹凸不平的特点,导致了它们的温感的些许不同,再来就是它们对电流的敏感度也不尽相同,也因如斯,其关于同一波长所产生的回馈信息也就不相径庭。
接下来的步骤就是对特征的提取,这个流程囊括了“总――分”两个方面。
首先“总”便是对已经搜集到的指纹实行指纹特点以及各式特征点的种类和离散情况的信息收集;
其次“分”也就是对两个或多个特征点之间所构成的有几何特性上的差异的多边形进行鉴识,最终将这些总体特质和局部特质导入计算机再以数字模板的形态映现出来。
这识别过程的最后一个环节就是要开展匹配运算,此运算是针对已被录入和尚需要检验的指纹通过对比已有的数字模板的总体和局部特性值来完成的。
第二章系统方案的制定
2.1方案一
方案一系统框图如下图2.1所示:
图2.1方案一系统框图
方案一采用DSP作为系统的主控芯片,通过DSP的高速运算能力来实时采集指纹图像信息,并对图像信息进行保存。
存储采用铁电存储器,因为铁电存储器速度非常的快,几乎是零延时,这样刚好可以配合DSP的高速特点,而且铁电存储器都自带时钟的功能,显示采用TFT彩屏进行显示,这样的方案人机界面友好,稳定性高,但是成本方面将会非常的昂贵。
DSP芯片和TFT彩屏的价格都比较昂贵,而且铁电也比其他的存储器价格高好几倍。
另一方面DSP编程难度比较大,需要使用到很多种复杂的算法,无论是时间还是成本开销都太大了,所以我最终放弃了这种方案。
2.2方案二
方案二系统框图如下图2.2所示:
图2.2方案二系统框图
方案二使用的是ARM芯片,ARM芯片是32位的处理器,运算能力虽然不如DSP那么强,但是也属于比较强的。
ARM可以用MDK来进行开发,这样比较容易上手,存储芯片使用ATMEL的AT93C56,AT93C56使用的是SPI的通信协议,显示使用TFT彩屏,ARM中可以移植ucGUI函数来控制TFT彩屏的显示。
指纹传感器的信号通过ARM来进行解析,得出图像特征并保存,输入通过按键的方式进行。
这种方案成本相对方案一来说比较低,该方案将时钟和存储分开,这样在成本上也可以有很大的下降。
但是ARM处理器直接运算图像可能速度会有点跟不上,这样会经常出现指纹录入失败或者是指纹识别失败。
2.3方案三
方案三系统框图如下图2.3所示:
图2.3方案三系统框图
方案三综合考虑了成本,开发难度,和稳定性这三个方面的要素。
方案三采用了51单片机作为系统的主控制器,51单片机采用的是台湾宏晶公司的STC12C5A60S2系列增强型1T速率的单片机。
指纹录入使用的是现成的指纹识别模块FM-180,该模块内置DSP高速运算核心,单片机只需要简单的使用串口发送命令来对其进行控制即可。
存储采用的ATMEL的AT24C02,该存储器采用IIC的总线方式,网上资料比较丰富,示例程序也比较多。
显示采用LCD12864进行显示,LCD12864是一种常用的液晶点阵显示屏,控制简单,价格也比较低。
综合来看,方案三成本大幅度降低,并且开发难度比方案一和方案二都有较大幅度的下降,所以我最终选择了方案三作为系统的实现方案。
2.4最终方案的确定
综合考虑开发难度和成本方面的因素,我最终选择了方案三,即采用51单片机作为系统的主控制器,51单片机采用的是台湾宏晶公司的STC12C5A60S2系列增强型1T速率的单片机。
第三章系统硬件设计
3.1系统主芯片
担当着本系统心脏功能的核心芯片的就是STC89C52RC,与传统的51单片机相较而言它更为强大,内部的第二脚不仅得到了功能上的更为丰富完善,其运行速率也得到了提升。
相较于其他种类的单片机而言,51系列能长期占有较大市场比例的原因也是其闪光点之一便是在于它有一套相当完善的按位操作系统贯穿于它内部的硬件部分和软件部分,也就是它的位处理器,该处理器其处理的目标为位而非字或字节,并且它除了拥有和一些别类单片机能对片内的某些特殊功能寄存器进行某位上的常规处理功能外,更为强大的是它能实现那些别类单片机无法完成的微的逻辑运算。
除此之外在运行一个较为繁琐的程序时往往会碰到许多的分支,这使得创立多个标志位成为必然,与此同时在执行此程序的过程中还会对标志位进行一系列的必要的相关处理,以确保程序能按照正确的方向运行。
为了满足上述条件和使使用者在操作时能较为简便,51系类贴心的特意在片内RAM区间设立了一个不但可作合十六个字节,单元地址为20H—2FH的字节处理,或者可作合128位,位地址为00H—7FH的位处理的双重功能地址区间。
3.2单片机最小系统的设计
单片机最小系统的设计如下图3.2所示:
图3.2单片机最小系统的设计
复位电路:
复位RESET作为一个重新调配整合的操作,对单片机来说是格外关键的.复位时,需在RST脚施加一个一直处于高电平状态持续时间大于两个机器周期即2us的复位电压。
人在按下key到松开的反应时间必定大于2us,由此餍足了复位的必要时间长度,复位也就成为板上钉钉的了。
在尚未按下key之前,阻值为10k的电阻将RST教的电压拉低,处于低电平状态;
按下key后,主机内部的寄存器状态将返回初始
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