发布时间 : 星期一 文章指纹识别 - 图文更新完毕开始阅读e6929c5602d276a201292e7d
1 绪论
进入21世纪后，由于国际反恐、互联网应用等因素的推动，在全球范围内，指纹识别技术得到了更加广泛的应用，指纹识别市场进入高速发展阶段。据国际生物认证组织（International Biometric Group）的预测，到2008年，整个生物认证市场的总量将达到46亿美元，并将保持每年36％以上增长速度。
出现这种惊人的高速增长不是偶然的，比尔?盖茨就曾做过这样的断言：生物识别技术，利用人的生理特征，例如像指纹等来识别个人的身份，将成为今后几年IT产业的重要革新。盖茨有这段言论是因为据相关数据显示，每年由于证件或密码遗失而造成的损失巨大。这是因为各种密码被破解的概率越来越高，或者由于年龄的曾长记忆力随之下降的原因导致的。
而指纹在所有的生物特征中，相对稳定、不随年龄而变化和采集较为便捷，同时它的研究历史最长、相对更为成熟。与现有的智能卡、身份证号码和密码的身份识别系统相比，指纹识别的性价比最高，也更适于应用到大众生活中。
因此指纹识别以其革命性的便捷和安全性成为一个理想的卓越的解决方案。 1.1 指纹识别的发展前景
指纹行业是一个新兴的行业，本身具有很高的科技含量，相对利润高发展前景广阔。经专家预计，指纹产品将是未来IT产业新的增长点：利润率最高、发展潜力最大。据不完全统计，2004年指纹类产品平均利润率就已经为385%，指纹产品行业是各行业及投资者最好的选择目标。
于是，世界顶尖的指纹识别技术得到了全球范围内的高度重视，指纹识别技术的应用如火如荼地迅速发展起来。目前，国内已经有不少企业在参与指纹识别技术的开发和应用。
指纹技术在现代生活和工作中的应用已越来越普遍，例如：指纹考勤、指纹社保、指纹银行、指纹商场、指纹接送幼儿等等生活和工作的新现象已广为人知，指纹技术正在日益刷新着我们的现代化生活方式。指纹识别已经与人们的生活休戚相关，指纹识别技术在全球范围内已经彻底拉开了“指纹时代”的巨幕。 1.2 指纹识别中的基本概念
指纹识别技术的发展得益于现代电子集成制造技术和快速可靠的算法的研究。尽管指纹只是人体皮肤的一小部分，但用于识别的数据量相当大，对这些数据进行比对也不是简单的相等与不相等的问题，而是使用需要进行大量运算的模糊匹配算法。现代电子集成制造技术使得我们可以制造相当小的指纹图象读取设备，同时飞速发展的个人计算机运算速度提供了在微机甚至单片机上可以进行两个指纹的比对运算的可能。另外，匹配算法可靠性也不断提高，指纹识别技术已经非常实用。
我们手掌及其手指、脚、脚趾内侧表面的皮肤凸凹不平产生的纹路会形成各种各样的图案。这些纹路的存在增加了皮肤表面的摩擦力，使得我们能够用手来抓起重物。人们也注意到，包括指纹在内的这些皮肤的纹路在图案、断点和交叉点上各不相同，也就是说，是唯一的。依靠这种唯一性，我们就可以把一个人同他的指纹对应起来，通过比较他的指纹和预先
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保存的指纹进行比较，就可以验证他的真实身份。这种依靠人体的身体特征来进行身份验证的技术称为生物识别技术，指纹识别是生物识别技术的一种。
指纹识别是成熟的生物识别(Biometric)技术，由于人体的身体特征具有不可复制的特点，人们把目光转向了生物识别技术，希望可以籍此技术来应付现行系统安全所面临的的挑战。要把人体的特证用于身份识别，这些特征必须具有唯一性和稳定性。研究和经验表明，人的指纹、掌纹、面孔、发音、虹膜、视网膜、骨架等都具有唯一性和稳定性的特征，即每个人的这些特征都与别人不同、且终生不变，因此就可以据此识别出人的身份。基于这些特征，人们发展了指纹识别、面部识别、发音识别等多种生物识别技术，目前许多技术都已经成熟并得以应用，其中的指纹识别技术更是生物识别技术的热点。
指纹识别技术可以分为两类，即验证(Verification)和辨识(Identification)。 验证就是通过把一个现场采集到的指纹与一个已经登记的指纹进行一对一的比对，来确认身份的过程。作为验证的前提条件，他或她的指纹必须在指纹库中已经注册。指纹以一定的压缩格式存贮，并与其姓名或其标识联系起来。随后在比对现场，先验证其标识，然后，利用系统的指纹与现场采集的指纹比对来证明其标识是合法的。
辨识则是把现场采集到的指纹同指纹数据厍中的指纹逐一对比，从中找出与现场指纹相匹配的指纹。这也叫“一对多匹配（one-to-many matching）”。
验证和辨识在比对算法和系统设计上各具技术特点。例如验证系统一般只考虑对完整的指纹进行比对，而辨识系统要考虑残纹的比对；验证系统对比对算法的速度要求不如辨识系统高，但更强调易用性；另外在辨识系统中，一般要使用分类技术来加快查询的速度。 1.3 课题内容与意义
指纹识别技术相对于其他识别方法有许多独到之处，具有很高的实用性和可行性。因此，指纹识别成为最流行、最方便、最可靠的身份认证方式，己经在社会生活的诸多方面得到广泛应用。这是由于指纹是独一无二的，两人之间不存在着相同的指纹，同时指纹样本易于采集，难以伪造，便于开发，实用性强，可以利用多个指纹构成多重口令，提高系统的安全性。
本文主要通过对指纹识别系统的结构和功能进行分析，来研究基于单片机指纹识别系统的内部结构特点和功能阐述以及工作原理，更好的了解了指纹识别系统的未来前景。 1.4 系统的主要功能
本系统是针对指纹采集、识别模块开发出的指纹识别系统。该系统使用指纹模块搜索手指，一旦搜索到手指，立即采集指纹图像，并将采集到的图像转化成数据的形式发送出去。他利用人体指纹各异性和不变性，为用户提供加密手段，使用时只需将手指平放在指纹采集仪的采集窗口上，即可完成采集任务，并将显示出指纹模块采集指纹图像各个流程及比对的结果。简单的描述本次设计的功能即使用指纹模块检测、录入指纹，将比对结果显示。
该系统的主要功能有以下几个方面：
（1）指纹录入 能进行指纹的录入，二次录入无误后，记录该指纹数据。
（2）指纹识别 能进行指纹的识别，指纹识别出错时，在LCD1602液晶上提示ERROR。图像采集完成后，与库中已存在指纹进行比对，与所有用户信息比对后，若无相符信息即提示
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ERROR。
（3）指纹清除 能进行指纹数据的删除。
（4）操作显示 通过按键进行指纹系统的功能选择，采用LCD1602液晶显示与LED（Light Emitting Diode，发光二极管）指示灯综合提示操作内容。若信息经核对相符，即显示该用户编号+OK，若不相符，即提示错误代码+ERROR。
2 系统硬件设计
2.1 硬件总体框图
本系统主要由指纹识别模块、单片机、电源、复位电路、时钟电路、指示灯、按键和LCD1602液晶显示器等构成，在无需PC参与管理的情况下，构成具有指纹录入、指纹清除和搜索等功能的智能型模块。并采用C语言构建系统程序，通过执行不同的按键动作，使单片机向模块发送相应指令，以完成对应功能。完成后整体可构成一个独立的指纹识别系统，或作为一个完整的外部设备。其结构框图如图2-1所示。
整个系统由指纹输入模块输入与识别指纹，对单片机进行编程，使得单片机有两种模式。第一种模式为输入指纹模式，即按下模式转换按键，液晶屏显示Input，蜂鸣器响一声，这时输入指纹，指纹需要扫描两次才能被写入单片机内，每扫描一次蜂鸣器响一声，可以输入多个指纹；另一种模式是识别指纹模式，按下模式转换按键，液晶屏显示Indenfity,这时是识别指纹，通过单片机对指纹进行识别是否有效，有效则输出指纹编号+OK，蜂鸣器提示响一声；无效则输出错误代码+Error，蜂鸣器响三声，表示识别错误，或者这个指纹没有登记。
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图2-1 系统总体框图
2.2 系统主控制器
STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K系统可编程 Flash存储器。使用STC公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、更有效
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的解决方案。STC89C52具有以下标准功能：8K字节Flash ，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
STC89C52引脚图如图2-2，其主要引脚功能介绍如下：
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图2-2STC89C52引脚图
P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。此时，P0口内部上拉电阻有效。在Flash ROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。程序验证时，需要外接上拉电阻。
P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL逻辑电平。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，此时可作为输入口使用。P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流。
此外，P1.0和P1.1分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/ T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/ T2EX），在Flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。
P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚将输出电流。
在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器时，P2送出高8位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址的外部数据存储器时，P2口输出P2
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