基于嵌入式的分層指紋識別控制系統(tǒng)

摘要：指紋識別作為一種生物特征識別技術具有針對性強、操作方便、應用廣泛、安全性強等優(yōu)點，發(fā)展至今已經成為最可靠，最廣泛的識別類型。本文闡述的分層指紋識別控制系統(tǒng)使用52單片機作為控制器，以光學指紋識別模塊作為指紋信息采集和輸入模塊設計一個指紋分控系統(tǒng)。通過程序控制，此系統(tǒng)可以通過識別多個手指指紋下達多個操作指示，從而實現多個指紋控制多個設備工作的目的。

關鍵詞：52單片機;指紋識別;分層控制

引言

指紋識別技術的發(fā)展得益于現代電子集成制造技術和快速可靠的算法的研究，其應用領域也越來越廣。常見的指紋識別設備都是通過指紋采集模塊獲取指紋信息來控制單個設備的運行與終止。指紋采集模塊通常可以獲取多個指紋生物信息，但這些指紋只能控制相同單個設備，不能做到輸入多個的指紋生物信息控制多個設備，造成的指紋識別模塊資源的浪費。基于嵌入式的分層指紋識別控制系統(tǒng)在這方面進行了創(chuàng)新改進，可實現多個的指紋輸入單個指紋采集模塊，利用主芯片與指紋采集及識別模塊的串口通信，串接起外圍設備，可方便完成指紋識別系統(tǒng)應具備的功能，不僅降低了制造成本，還在使用過程中節(jié)省了能源。

1系統(tǒng)設計

使用指紋識別裝備來收集，識別和部分處理指紋。ST89C52微控制器用作核心微控制器，通過串行通信發(fā)送命令來控制指紋識別模塊。執(zhí)行將指紋存儲在指紋上的工作。整個過程如圖1所示，具體工作原理如下：

指紋登陸時通過ST89C52單片機發(fā)出指令，通過指紋識別采集裝備對單枚指紋錄入至少兩次，將兩次錄入的指紋信息進行處理，合成模板存儲于模塊中。

指紋識別時通過指紋采集裝備輸入待檢驗指紋信息并對信息進行校正處理，然后對原模塊中已錄入指紋模板進行匹配，模塊通過匹配給出通過或失敗結果;串口傳輸到單片機，單片機反映當前指紋識別結果，蜂鳴器用于響應當前指紋識別結果是否正確，若指紋輸入正確，則蜂鳴器響起。

2 硬件設計

2.1元器件選擇

（1）控制模塊—ST89C52

在這種設計中，有必要使用指紋模塊進行通信，并且在單片機和模塊通信方法之間進行各種比較后，決定使用相對簡單的串行通信。串行通信方法幾乎在任何單片機中都有硬件支持，但是有的類型串口多，部分類型串口少，ST89C52單片機作為該單片機的主控芯片，功能基本可以實現。

（2）指紋識別傳感器—FPM10A

本次需要用到的功能有錄入指紋、識別指紋、清空指紋，顯然這三個指令幾乎所有的模塊都可以實現，決定選用FPM10A光學指紋識別模塊作為指紋采集器，如圖2所示。FPM10A光學指紋識別模塊系統(tǒng)穩(wěn)定性好、成本低、可提供500 dpi分辨率的圖像，可以實現大面積的指紋圖像采集。

（3）LCD顯示屏—1602LCD

作為人機交互界面，顯示器是重要組件。需要在顯示器上顯示整個操作過程，例如獲取或讀取指紋、識別指紋是否正確。識別顯示器使用1602液晶模塊，1602是字符LCD，16*2顯示器。1602字符LCD通常有14個引腳線，功耗更低。1602識別ASCII碼，1602液晶模塊的內部字符代存儲器（CGROM）存儲了160個不同的點陣字符。

（4）操作鍵盤

操作鍵盤由4個立式4腳微動開關構成，功能分別為“選擇”、“確定”、“返回”、“復位”。在本設計中，有指紋輸入功能、指紋識別功能和指紋庫清除功能。通過獨立按鈕、矩陣鍵盤實現這些功能的切換。

（5）蜂鳴器電路

由于需要在錄入指紋和指紋被判斷為正確或不正確，因此蜂鳴器被添加到電路設計中作為警報響應的提醒，使用具有5 V的DC電壓的有源蜂鳴器。

（6）電磁繼電器

采用高電平觸發(fā)的電磁繼電器作為各設備的控制開關，DC+和DC-連接外部電源，IN端連接單片機數據輸出端口，當輸出為高電平時，繼電器閉合、設備電路導通。

2.2總體系統(tǒng)電路圖

3 軟件設計

3.1系統(tǒng)方框圖

根據設計要求，STC89C52用作主控芯片。FPM10A被用作最重要的指紋傳感器。LCD 12864用作人機交互界面。同時獨立功能用于切換每個功能。蜂鳴器和LED燈用作警報提示。最后根據設計要求，框圖如下所示：

3.2操作步驟

①首先給該裝置通5 V電源，打開設備液晶顯示屏上顯示“search finger、add、delete”，設備底部設有四個按鍵，分別為復位鍵、選擇鍵、確定鍵、返回鍵。

②用四組LED燈分別代表四個不同的設備。

③錄入指紋;

④通過指紋識別控制不同的設備;

⑤錄入相應指紋并搜索指紋，若有錄入的指紋則相應設備被打開，即實現錄入不同的指紋相應指紋對應的設備被打開。每個設備單獨進行工作。同時可以更改程序，使用一個指紋實現所有設備進行工作或者關閉，

⑥通過外接電阻來控制端口電流和電壓大小，通過外接按鈕，單獨控制端口的開關。

3.3功能測試

代碼在keil uvision4軟件平臺上編譯和調試，程序被編輯并傳輸到52 MCU。打開電源，檢查每個模塊使其正常工作。然后打開串口通訊軟件，找到程序文件選項并選擇打開，單擊需要輸入MCU的文件，下載，程序下載成功后，程序已經由MCU保存，成功的調試程序下載到硬件電路，實現指紋識別和分層控制，測試。

4總結

基于嵌入式的分層指紋識別控制系統(tǒng)可以通過識別不同的手指指紋下達不同的操作指令，從而實現不同的指紋權限控制不同的繼電器，從而達到控制不同電器的效果。該系統(tǒng)大量推廣可以降低現有指紋識別設備制造成本，還能節(jié)約使用過程中的能源。

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作者簡介：張正大（1997.01.24—），男，漢族，山東濟南人，本科學歷，武警士官學校助教，研究方向：軍事通信。