发布时间 : 星期六 文章基于指纹识别技术的考勤系统的研究与设计更新完毕开始阅读6470b783e53a580216fcfe75
控制软件的指挥下，统一管理指纹识别模块、液晶显示器、4×4键盘、大容量存储器、实时时钟、通讯接口等设备模块，使整个指纹考勤机有序地运行。
2.4.1 CPU控制处理器
指纹考勤机的CPU选用集成度和性能比较高的MCS51兼容系列单片机AT89C52。AT89C52单片机内集成有8K Flash ROM程序存储器，256字节内部RAM，2个外部中断，3个定时器，1个串行通讯口，32个通用双向I/0端口，非常适合作为指纹考勤机这种设备的内嵌控制处理器。
AT89C52单片机的8K Flash ROM程序存储器，可以重复编程擦写1000次以上，特别适合用来开发和调试控制程序，而且8K的容量足以设计开发相当复杂的控制逻辑。
256字节的内部RAM可以用来保存控制过程中产生的参数，以及与指纹识别模块或计算机进行通讯时的临时数据。
串行通讯口用来与指纹识别模块和计算机进行通讯。其他通用双向I/O口用来检测键盘的按键信号，以及控制液晶显示器的显示、大容量存储器和实时时钟的读写操作。
2.4.2 指纹识别模块
指纹识别模块采用CPU内嵌式的、具有RS232接口的指纹识别系统独立模块FDA01，能方便自如地集成于各类指纹识别应用产品中。其详细介绍详见“第三章指纹识别模块”。
2.4.3 人机接口
键盘、显示器和蜂鸣器是指纹考勤机的人机交互接口设备。用户通过键盘输入指令，如登记、修改、识别等；液晶显示器可显示当前日期、时间，以及识别的用户编号、错误编号、错误代码等信息；蜂鸣器可以给用户提示操作状态和识别结果。
键盘采用行列式的接口设计，由4个I/O线组成4行输入口，令4个I/O线组成4列输出口，在行列线的每个交点上，设置一个按键，共组成4×4=16个有效按键。读键值方法采用扫描方式，即4个输出口按位轮流输出低电平，同时从输入口读入4位按键信息，最后用软件方法获得按键码值。这种方法占用的I/O口线比较少，并且需要采用位操作，因此在单片机系统中是最为常用的。
2.4.4 大容量数据存储器
大容量数据存储器主要用来保存考勤记录，由于考勤记录必须在一段时间内有效保存，
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并且不能因断电而丢失数据，因此选用E2PROM芯片作为存储器。
2.4.5 实时时钟
指纹考勤机中的实时时钟是所有考勤记录的时间基准，实时时钟不仅要满足时间的准确性，同时还要求在停电时仍能正常计时。作者选用DALLAS公司的DS1302芯片作为实时时钟。
2.4.6 联网通讯接口
指纹考勤机的联网通讯接口采用RS232接口和RS485接口共用的方式。如果采用RS232接口连接，则按RS232协议通讯，如果采用RS485接口连接，则按485多机联网协议通讯。RS232通讯口和RS485通讯口连接方式不同，所以不能同时使用。
2.5 指纹考勤机的特性
(1) 指纹识别，考勤时只需轻压手指，杜绝作弊可能； (2) 无需考勤卡，不存在制卡和磨损问题；
(3) 单机独立运行，考勤时不需要电脑支持，尽可能降低整体系统故障点； (4) 系统整体成本低廉，无需制卡，考勤软件对计算机无特别要求； (5) 适应不同企业规模，可单机运行，也可以多台机器联网运行； (6) 大屏幕液晶显示，淡黄色背光，清晰直观； (7) 具有掉电数据保护功能，断电后数据可以保存10年； (8) 蜂鸣器及时反映不同操作状态； (9) 提供门禁输出接口。
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3 指纹识别模块
指纹识别模块是考勤系统的关键部分，其工作过程中的预处理部分是作者重点研究的部分。本章将对指纹识别模块的结构进行阐述，并对预处理过程提出了自己的算法。
3.1 FDA01指纹识别模块结构组成
FDA01指纹识别模块由指纹处理模块和光学指纹采集头组成，其结构框图如图3-1所示。
光学指纹采集头 PLD 解码 32位高性能RISC CPU 外围 I/O接口 RS232 接口 1M DRAM 存储器 8M Flash 存储器 指纹识别模块 电源 供电
图3-1 FDA01指纹识别模块结构框图
指纹处理模块带有高性能的32位RISC CPU(Intel 的StrongARM 1110)，工作在约150—170MHz主频上，模块板上还带有1MB的DRAM和8MB的FlashROM闪存，以及与光学采集头及接口的PLD解码单元和外围I/O接口单元。
指纹处理模块通过PLD解码单元控制光学指纹采集头采集指纹图像，然后经过性能优异的指纹算法提取出无畸变的指纹图像特征值用于完成指纹比对功能，指纹特征值经数据加密后，保存在FlashROM闪存中。
FlashROM闪存由于不受掉电影响，可以保存指纹采集识别算法和指纹数据管理软件，同时还可以保存640枚指纹数据。但是FlashROM闪存的存取速度比较慢，因此实际上，指纹采集识别算法、管理软件以及指纹数据都是先传送到DRAM中，然后在速度较快的DRAM中运行。
指纹处理模块通过RS232串行通讯接口与外围控制器通讯，外部控制器根据规定的通讯协议和指令模式，通过串行接口，向指纹处理模块发送控制指令，并接受返回的状态或
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数据，从而完成所有指纹识别处理功能。
外围控制器是通过一个15脚的连接器与FDA01指纹识别模块实现两者之间的命令和数据的串行传输。
3.2指纹图像输入
指纹取像为数字图像后才能被计算机识别，指纹图像的质量直接影响到识别的精度以及指纹识别系统的处理速度，因此指纹取像技术是指纹识别系统的关键技术之一。指纹取像技术有多种，目前按原理可分成两大类：光学取像技术和非光学取像技术。
3.2.1 光学取像技术
光学取像技术是目前常用的可靠性好的指纹取像技术。
(1) 扫描仪和数码相机使卡片或照片上的捺印指纹或现场实物上的指纹印迹直接被取像设备中的光电耦合器件(CCD)获取，并经数字化器件转换得到数字化图像。
(2) 光学活体指纹摄入仪利用了光的全反射原理。即当光源照到按有手指的玻璃棱镜表面时，入射光经玻璃射到指纹纹谷后，在玻璃与空气的界面发生全反射，反射回CCD的光强损失很少。而射向指纹纹脊的光线不发生全反射， 被纹脊与玻璃的接触面吸收或者发生漫反射，这样反射回CCD的光强就大大减弱，因此纹谷和纹脊的不同反射光强由CCD获得并被数字化器件转换为灰度图像。反射光强的损失受压在玻璃棱镜表面指纹的纹脊和纹谷的深度，以及皮肤与玻璃之间的油脂和水分的影响。
关于光学取像技术的新技术(CCD原理不变)有：
(1) 利用小纤维光束来获取指纹图像。小纤维光束垂直射到指纹的表面， 它照亮指纹，并通过探测指纹反射光来获取图像。
(2) 把含有微型三棱镜矩阵的表面安装在指纹采集仪的弹性表面上。当手指压在此表面上时，由于指纹纹脊和纹谷的压力不同而改变了微型三棱镜的表面，通过三棱镜的反射光强发生变化，从而产生指纹灰度图像。这些技术的采用可以减小光学活体指纹摄入仪的体积。光学活体指纹摄入仪可对较大面(大于或等于1平方英寸)的指纹区域取像，但只能通过人工方式来调整指纹图像的质量。
3.2.2 非光学取像技术
非光学取像技术目前主要有两类：半导体传感器取像和超声波扫描取像。 1.半导体传感器取像技术
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