基于PIC单片机的指纹识别系统毕业设计论文Word文档下载推荐.docx

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1.2.1指纹识别原理简介指纹识别原理简介指纹识别技术的原理和其它生物识别技术的原理相似。

它是利用人体的指纹特征对个体身份进行区分和鉴定。

严格来讲，指纹识别的原理包括指纹采集原理、指纹特征提取原理和指纹特征匹配原理三大部分。

指纹采集原理主要是根据指纹的几何特性或生理特性，通过各种传感技术把指纹表现出来，形成数字化表示的指纹图案。

指纹特征分析的原理是对指纹图案的整体特征和细节特征进行提取、鉴别的原理。

其分析的对象包括纹形特征和特征点的分布、类型，以及一组或多组特征点之间的平面几何关系。

指纹特征值匹配原理是对指纹图案的整体特征和细节特征按模式识别的原理进行比对匹配。

匹配是在已注册的指纹和当前待验证的指纹之间进行的。

匹配运算不是对两个指纹图像进行比较，而是对已形成数字模板的指纹特征值进行匹配5。

1.2.2单片机简介单片机简介单片机操作简便，成本低，功能也相对稳定。

因此本次设计采用单片机控制指纹识别模块与外围设备。

目前单片机主要有以下几类：

1.51单片机系列Mcs-5l系列单片微处理机是美国INTEL公司在MCS-48单片机的基础上于80年代初推出的产品，具有较强的功能，适应用比较复杂的应用场合，堪称世界上性能最高的微计算机系列。

其具有以下特点：

1）集成度高：

MCS-52单片机的代表产品为8051，其内部包含了4字节的ROM，128个字节的RAM，4+8位并行口，一个全双工串行口，二个十六位的定时计数器以及一个处理功能很强的中央处理机。

5个中断源2个优先级。

2）可靠性高：

由于单片机总线大多在芯片内部不易受干扰，而且单片机应用系统体积小容易屏蔽，可靠性高，可以应用于多种场台。

3）处理功能强、速度高：

Mcs一5l单片微处理机指令系统中具有加减乘除指令及各种逻辑运算和转移指令，还具有位操作功能，CPU时钟高达l2MHz，单字节乘法和除法仅需4ps就可完成，且具有特殊的多机通讯功能，可作为多机系统中的一个子系统7。

2.AVR单片机系列1997年,由ATMEL公司利用Flash新技术,共同研发出RISC精简指令集的高速8位单片机，AVR单片机。

相对于出现较早也较为成熟的51系列单片机，AVR系列单片机片内资源更为丰富，接口也更为强大，同时由于其价格低等优势，在很多场合可以替代51系列单片机8。

1）采用CMOS技术和RISC架构，实现高速（50ns）、低功耗（A）、具有SLEEP（休眠）功能。

AVR的一条指令执行速度可达50ns（20MHz），而耗电则在1A2.5mA间。

2）超功能精简指令：

具有32个通用工作寄存器（相当于8051中的32个累加器），克服了单一累加器数据处理造成的瓶颈现象。

片内含有128-4K字节SRAM，可灵活使用指令运算，适合使用功能很强的C语言编程，易学、易写、易移植。

3）操作方便：

程序写入器件时，可以使用并行方式写入（用编程器写入），也可使用串行在线下载（ISP）、在应用下载（IAP）方法下载写入。

可直接在电路板上进行程序的修改、烧录等操作，方便产品升级9。

3.MSP430单片机系列MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器（MixedSignalProcessor。

称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片机”解决方案。

该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中10。

1）处理能力强：

MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式，大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；

还有高效的查表处理指令。

这些特点保证了可编制出高效率的源程序。

2）运算速度快：

MSP430系列单片机能在25MHz晶体的驱动下，实现40ns的指令周期。

16位的数据宽度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加运算）相配合，能实现数字信号处理的某些算法。

3）超低功耗：

MSP430单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压和灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处11。

4.PIC系列PIC单片机系列是美国微芯公司（MiCroShip）的产品，是当前市场份额增长最快的单片机之一，高调速性能好，成本低和编程灵活性，可使用C语言编程开发。

FlashROM内的单片机程序可以反复擦写,低功耗，灵活性很强12,13。

1）精简指令集：

CPU采用RISC结构，分别有33、35、58条指令三种。

而51系列有111条指令，AVR单片机有118条指令，都比前者复杂。

2）高效率：

PIC单片机采用Haryard双总线结构，运行速度快（指令周期约160200nS），它能使程序存储器的访问和数据存储器的访问并行处理，这种指令流水线结构，在一个周期内完成两部分工作，一是执行指令，二是从程序存储器取出下一条指令，这样总的看来每条指令只需一个周期（个别除外）14。

3）驱动能力强：

PIC单片机IO口是双向的，其输出电路为CMOS互补推挽输出电路。

IO脚增加了用于设置输入或输出状态的方向寄存器，从而解决了51系列IO脚为高电平时同为输入和输出的状态。

低电平吸人电流达25mA，高电平输出电流可达20mA。

相对于51系列而言，这是一个很大的优点，它可以直接驱动数码管显示且外电路简单。

它的AD为10位，能满足精度要求。

具有在线调试及编程（ISP）功能15。

1.3总结总结PIC单片机不搞单纯的功能堆积，而是从实际出发，重视产品的性能与价格比，靠发展多种型号来满足不同层次的应用要求,我们可以针对我们所要设计的产品选择我们所需的单片机类型。

PIC单片机具有优越开发环境，像普通51单片机的开发系统大都采用高档型号仿真低档型号，其实时性不尽理想。

PIC单片机以保密熔丝来保护代码，用户在烧入代码后熔断熔丝，别人再也无法读出，除非恢复熔丝,目前，PIC采用熔丝深埋工艺，恢复熔丝的可能性极小.从价格来看PIC单片机也处于较低位置16。

传统的PC机+算法的指纹识别系统存在设计结构体积大、成本高、处理速度慢而且不便于携带等缺点17。

而嵌入式指纹识别系统则具有体积小、外围电路简单、处理速度快、能移植到PC机开发的程序上实现片上系统等优点18,19,20因此，本次设计决定使用PIC单片机与嵌入式指纹识别模块结合的方案。

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本文介绍了图形用户界面（GUI）的发展。

GUI是基于面部识别系统以及外围设备接口控制器（PIC）作为输入输出控制磁力锁的开启、关闭门锁的安全系统。

GUI和PIC微控制器之间使用USB串行通信，允许从GUI输入数据传输到单片机。

本系统表明，自动切换传输模式通过PIC单片机和USB串行通信进行实施。

同时还发现，当授权GUI图像数据库被确定的时候，GUI可以成功地打开和关闭磁力锁。

关键词：

外设接口控制器（PIC）；

微控制器；

图形用户界面（GUI）；

MATLAB；

1概述概述安全目前已成为一个非常重要的问题，这是为什么大量的安全系统使用一个重要的过程作为目的，例如识别，特别是建立访问控制1。

人脸识别是提高建立访问控制应用程序的安全性进程的一个例子。

使用脸部识别而不是其他虹膜或指纹识别的好处是它具有少侵入性，而且更安全2。

基于GUI的面部识别系统的门锁控制的发展，使用微控制器是建立访问控制安全系统的一个例子。

该过程的开始时基于用户的面部信息来创建一个新的模板。

该模板与存在于模板数据库中的模板相比较，如果此模板与设置的容差相匹配，则访问的预期资源通过通信端口发送到微控制器被授予信号3。

目前，建立安全性成为重要问题之一来处理2。

为了建立人脸识别、虹膜识别、指纹识别的的访问控制，许多识别方法已被引入到提高保障制度中。

与其他相比，人脸识别是低侵入性的，而且更安全4。

最初，根据用户的脸部信息，创建一个新的模板。

创建的模板将会与存在于数据库中的模板进行比较。

如果两个模板之间的匹配特性在一组公差范围内，则访问将会被授予。

许多方法在面部识别系统中得以应用。

其中之一是脸特征。

这种方法适用于当脸部图像被投影到最好是定义为已知的测试图像变化的一个面空间（特征空间）。

面空间被定义为特征脸的组面的特征向量。

然后，个人识别是通过比较新的图像中的投影与可用的培训集的投影的特征空间图像4。

使用图形用户界面，可以大大简化这个过程。

它可以简化用户的工作，使用户无需查找命令运行的程序或者系统。

所有图形用户界面和特征脸识别方法的算法都是建立于MATLAB2009a。

单片机之所以使用于此项目，是因为它具有高速性能、低成本和编程灵活性。

作为一个标准的计算机，该控制器还包括CPU、ROM、IO端口和定时器。

然而，它们被设计成只执行一个特定任务来控制一个单一的系统。

此外，PIC16F877A微控制器具有一个内置的通用同步异步收发器（USART），可直接与个人电脑相连5。

USART模块有两种操作模式：

同步（在发射机和接收机之间需要一个同步时钟）和异步（无需同步时钟）。

USART通常使用于异步模式下。

本文分为几个部分。

第2节简要介绍了系统的开发方法。

第3节解释有关最小电路中使用的硬件实现。

第4节介绍采用单片机门锁系统电路的发展。

第5节介绍单片机编程开发。

第6章解释使用图形用户界面（GUI）的发展MATLAB软件。

第7条提供结果，讨论，最后第8节总结了整体工作。

2系统架构设计系统架构设计所开发的系统被划分成两部分。

如图所示在图1中的第一部分，该系统是基于GUI的脸识别系统和第二部分是由单片机硬件实现。

基于GUI的人脸识别系统的功能作为主控制从机单元，用于单片机PIC16F877A。

在该系统中，确认图像被变换成8位的信号作为一个ASCII码通过串行通信端口连接到单片机的电路。

然后，将串行信号转换成CMOS电平信号使用MAX232。

将分析所接收的信号，由单片机磁力锁来锁上或解锁。

硬件设计图1门锁系统流程图3PIC16F877A单片机单片机PIC16F877A单片机，多达8Kx14字节flash寄存器用于本系统。

它具有3688字节的数据存储器和2568个字节的EEPROM数据存储器。

它5V的直流电源供电，它也由33个IO引脚4。

最小的电路PIC16F877A图2中给出。

正如在图2中所示，端口1是主复位输入，可以重置PIC20MHz的晶体振荡器和2个22pF的电容单位的用于使IC工作。

图2PIC16F887A最小系统MAX232是一个串行RS232，TTLCMOS电平转换器+-10V串行RS232信号转换成0V到5V的TTLCMOS电平。

这种连接是重要的，以允许笔记本电脑和PIC单片机之间的沟通6。

由于目前大多数笔记本电脑没有串口通信端口，因此，USB到DB9转换器适用于所提出的设计。

下面的图3显示了电路图和连接的USB串行通信MAX232电路。

图3USB与MAX232串行通信电路4门锁系统门锁系统电磁锁锁定单元由PIC16F877A作为控制，如图4中所示。

单片机可实现各种功能端口，如数字IO。

此外模拟输入和USART端口的串行通信由单片机监管。

图4门锁系统示意图为了满足本系统的要求，原电路开发控制磁性锁。

所设计的电路RC6接收到的串行信号由MAX232电路。

然后，将开关晶体管2N2222转到“ON”时，面对的是被确定在输出引脚RD2。

RD1引脚设置为打开的LED。

每当图像被识别，该系统只使用发射机在引脚（RD6的），而不是使用发射机和接收器。

这是因为系统只收到了从GUI传输的数据。

该电路被设计撑20MHz外部晶体振荡器为了更快的执行时间。

5单片机编程单片机编程PIC16F877A的是一个可编程微控制器，一个串行编程和flash寄存器7。

整个运行过程的控制输入和系统的输出是用C语言编程开发。

开发的编程持续延迟，输入原始状态设置提供可互换的串行数据传输技术使用嵌入式USART。

开发的编程使用了Mikroelectronika（mikroC）作为一个编译器。

它提供了支持工具，用于测试和调试有帮助软件库8。

编程的流程图如图5所示图5PIC单片机算法流程图6GUI开发开发一个图形用户界面（GUI）是一个图形接口程序。

图形用户界面的实施是重要的，因为它允许用户选择应采取什么样的行动，由系统执行的。

图6示出的图形用户界面的布局。

有4个按钮，这是开发GUI训练图像，测试图像，删除数据库并退出按钮。

每个按钮执行不同的任务。

GUI也图像显示两个图片框和两个文本文本框显示。

图6用户界面GUI的图形布局图7示出了GUI开发流程图，使用MATLABR2009a。

的流程图中，被用作GUI窗口图像识别处理平台。

图7GUI的开发流程图GUI窗口平台需要四个按钮接口的过程。

该平台允许用户选择图像在训练图像文件夹中的数据库。

然后，用户在测试图像文件夹选择图像。

该系统将两个图像识别或匹配。

后识别过程中，信息将被发送到微控制器切换ONOF磁力锁。

7结果与讨论结果与讨论图8示出了测试的图像相匹配保存图像，将关闭在门磁力锁随后允许用户进入房间。

相匹配的图象是由用户选择的图像。

输入画面是由系统跟踪的图像。

在图9中，LED接通“ON”的门被打开后，作为系统识别图像的指示灯。

图8保存头像与测试头像进行匹配图9LED接通“ON”的，作为指示剂的磁性锁变为“OFF”图10显示的情况下，访问被拒绝，这是因为测试图像与在数据库中的保存图像不匹配。

磁性门保持关闭或“ON”状态，直到识别系统确定承认的图像。

LED转向OFF作为指示灯门仍然接近图像后，未能被系统识别的，如在图11中所示。

图10保存图像和测试图像不匹配图11LED作为标志把“OFF”磁力锁打开“ON”图12显示了ASCIIA字符发送GUI的微控制器。

单片机关闭磁力锁，当它从GUI接收到的字符A。

单片机比较其参考ASCII码字符与接收到的数据从GUI，并关闭了开关晶体管时，接收到的字符匹配字符保存在微控制器。

图12串行信号的ASCIIA字符发送形式GUI传输的数据转化为一个GUI异步形式。

然后，数据被分成帧中字节大小。

从GUI传输的数据只使用7位称为奇偶校验的数据帧，数据帧的第8位检查位错误目的。

图12示出了串行信号，然后被转换成CMOS电平，因此电压电平为+-6.24V和-6.24V表示逻辑1，而+6.24V分别代表“0”。

图13示出了一个整体的系统，其中的磁性锁自动开启OFF时，它确定的授权GUI图像数据库。

用户4秒，以访问门ON和锁磁力锁前转门。

图13整个基于GUI的单片机控制面部识别门锁系统8结论结论基于GUI的面部识别系统门锁在这项研究中，采用先进的单片机控制。

所有相关的工作和研究最终完成，其中包括基于GUI的面部识别系统的开发和单片机自动切换磁力锁系统。

所设计的系统的性能和功能的表明，传输的数据从GUI到微控制器成功后的图像进行确认。

该系统可以改善成为完全人脸自动识别系统，通过增加另一个功能自动捕捉图像传感器在门口判断此人是否存在。

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pageId=74,9am,18Oct2011.毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

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