论文总字数：29264字

目 录

1引言 1

1.1 课题背景 1

1.2 国内外现状 1

1.3 本文的主要内容 2

2系统方案设计 2

2.1 微控制器的选择与论证 3

2.2 显示模块的选择与论证 3

2.3 指纹识别模块的选择与论证 4

3硬件设计 4

3.1 主控模块 4

3.1.1 STM32单片机 4

3.1.2 STM32外部电路 6

3.2 显示模块 8

3.3 指纹识别模块 9

3.3.1 指纹采集器原理与类型 9

3.3.2 指纹预处理算法 10

3.3.3 指纹图像识别算法 11

3.3.4 指纹识别模块与单片机的通信 11

3.3.5 FPM10A 11

3.3.6 FPM10A的连接 12

3.3.7 FPM10A通讯协议 12

3.4 电源模块 13

4系统软件设计 14

4.1 软件开发环境介绍 14

4.2 系统总体流程图 14

4.3 指纹模块程序设计 15

4.3.1 指纹录入程序设计 15

4.3.2 指纹比对程序设计 16

4.3.3 指纹清空程序设计 17

4.4 LCD1602显示流程图 17

5调试与检测 18

5.1 硬件的焊接 18

5.2 实物调试 19

5.3 调试结论 22

6总结及展望 22

6.1 总结 22

6.2 展望 22

参考文献 23

致谢 24

附录 25

附录一: 原理图 25

附录二：主程序 26

附录三：调用函数 29

基于ARM的指纹识别系统

封晶

, China

Abstract: With the rapid development of information technology, the security of their information is required to gradually increase, which has a high security fingerprint recognition technology in the rapid development of people's attention. Most of the current fingerprint identification systems are based on PC, which are a lot of problems in mobile and portability. The current status of fingerprint identification is analyzed briefly and a fingerprint identification system based on STM32 is designed with research on embedded system and fingerprint identification in this paper. The fingerprint acquisition module FPM10A is used in this system. The communication between the fingerprint acquisition module and the single chip microcomputer is completed and the functions such as fingerprint input, fingerprint identification and fingerprint clearing are realized by studying the communication protocol. The fingerprint acquisition and processing algorithms are also studied in this paper. The fingerprint recognition system designed in this paper has the characteristics of small size, high mobility, and practical value.

Keywords: STM32; fingerprint identification processing; FPM10A; communication protocol

1引言

1.1 课题背景

智能化的电子设备在我们的日常生活中随处可见。蒸汽机的发明带来的是工业革命。电子技术的发展带来的是信息革命。生活中大量应用电子技术已经成为时代的主流和趋势，电子科学技术成为衡量一个国家的综合国力和发展潜力重要指标。电子技术的有效转化很重要，好的技术应用到实际生活才是王道。电子科学学科是经济社会发展的基石^[1]。电子科学的发展水平从一定意义上来说也能够代表着一个国家的现代化发展水平。随着中国现代化进程的不断推进，在工业、农业等方面都对电子科学提出了更高的要求，电子科学与人民的生活密不可分，这间接地促进了电子科学的发展^[2]。

指纹特征是人体一大特殊的特征，每个人的特征都是不一样的，不同的人相同的概率几乎为零。可以说是每个人自带的密码，一般具有密码性质的信息具有一些共同的特性：

①普遍性，指每一个人都有指纹。

②唯一性，指每一个人的指纹都是不相同的。

③终生不变性，指不发生意外事故指纹终身不变。

因此，指纹识别技术，作为一种极为可靠的生物识别技术^[1]，逐渐的被人们重视，尽管已经有很多技术工作者进行了大量的研究和实验，能够很好的掌握指纹识别技术的原理和生产制造，具体的指纹识别的产品也有很多推向了市场，但是并不是每个人都能很好地理解并运用指纹识别这项技术，指纹识别技术也被局限于一些特定的场合，指纹识别技术的广泛应用并不是那么的简单，自身的稳定性和准确性需要得到时间和现场应用的考验，这也使指纹识别技术不能很好的推广开来。在这样的前提下就要求我们研究指纹识别环节中会出现的问题，并对这些问题提出相应的解决方案。

1.2 国内外现状

指纹技术的研究和算法的设计主要围绕着连个大的方向：基于图像的识别算法和基于特征的识别算法。

基于图像的识别算法认为，指纹图像的频域和空域信息可以用来唯一表示并识别不同的指纹^[2]。这种技术的核心并不会使用全部的信息，局部的信息就足以实现整个算法，它存在一个很大的不足就是图像特征难以定义和匹配，因此算法本身就不能很好的解决稳定性和容错率的问题。

基于特征的指纹识别算法是找到并比对指纹的特征^[3]。指纹所包含的特征的多样性和复杂的程度已经足够提供很好的信息量用于特征的检测。这也是目前大部分实用的指纹识别模块所运用的算法。

很多公司一直都在做指纹识别的相关技术的研究和产品的开发，也陆续的推出了很多实用的模块或者产品，大部分实使用比较方便简洁，很容易的就能跟现有的数字器件结合生成相应的产品，这些产品已经被越来越多的用户所认可。除此之外，一些公司的研发部门结合市场的实际需求，推出了具有公司特点的指纹模块以及指纹算法的相关产品，指纹算法作为独立的产品跟硬件设计同样重要，甚至是整个指纹识别系统得核心部分。指纹识别技术多用于对安全性要求比较高的领域，而在商务移动办公领域颇其建树的富士通、三星电子及IBM等国际知名品牌都拥有技术与应用较为成熟的指纹识别系统^[4]。

相比国外较深入的研究和成熟的生产工艺，我国自主研发的指纹识别的相关技术还处于起步的阶段。存在的不住主要表现在一下几个方面：(1)生产工艺的不过关，导致整体产品的质量不够过关。(2)指纹识别的核心算法不够完善，不能很好的增强产品的实际功能。（3）基础材料科学的不足，长期限制着关键技术的突破和打破国外设备的垄断等。

1.3 本文的主要内容

本文研究了指纹识别技术的核心原理以及现有指纹识别模块的优劣，设计出一款以ARM为控制芯片的指纹识别系统。本文主要章节如下：

第一章：介绍指纹识别的应用背景、国内外现状，确定本设计的主要研究方向，从宏观上展示指纹识别与应用的特点。

第二章：进行了系统设计，分别对所用器件和模块进行对比和选择。

第三章：介绍各个硬件模块的特点和性能，说明各模块之前具体的电路连接，进一步阐述各个部分的原理。

第四章：进行系统软件设计，阐述了整个系统工作的流程和步骤。

第五章：研究了电子设计的开发与制作工程中需要注意的工艺问题，对所设计的实物进行了调试。

第六章：对论文进行了总结，并提出一些不足的地方，对未来的改进工作提出一些展望。

2系统方案设计

本设计包括软件设计和硬件设计两个部分，系统主要由主控模块、指纹采集模块、按键和显示模块构成。系统所要实现的功能主要包括：指纹的录入、指纹的对比、指纹的清空。指纹模块是本设计的核心，液晶显示屏是人机交互的载体。主控芯片接收按键输入的指令，并且控制指纹模块工作过程，并将结果和操作的过程实时地显示在液晶显示器上面。图2-1为本设计的总体硬件结构图。

图2-1 系统框图

2.1 微控制器的选择与论证

方案一：C51单片机作为很常用的微控制器，51单片机一直以来占有大的市场份额，首先其制作的成本低，其次，由于出现的时间早，所以一直以来都是市场上的主流控制芯片，因此大量有价值的资料可供我们参考，网上学习的资料也是很多，可以非常方便的进行下载。C51单片机从出现以来，深受电子工程师的青睐，后来由此衍生很多系列产品，可以直接的反映出51单片机的性价比之高。但是该单片机亦有一些不足，构造比较陈旧过时，配置不够高端。另外，通常使用的51单片机的IO口数量不是很丰富，是不可以应用于大型的项目中。所以很多项目要求不能很好的满足。51单片机的运行速度较慢，I/O口的驱动能力较弱，抗干扰能力也不是很强，在本设计中不能很好的运用于指纹图像的处理。

方案二：MSP430单片机具有高性能与优越的低功耗的特点。相比51单片机的八位处理能力，单片机的性能得到了很大的提升，内部哈弗总线构造使代码执行的速度提升到很高的档次。其次，其增强了单片机内外设置，具有多个通用IO口具有外部中断功能，大大的提高的MSP430单片机的实用性能，同时也突出了MSP430单片机的低功耗的功能。最关键的是，在低功耗模式下基本不消耗电量。若在本次设计中选MSP430单片机作为主控芯片，功能上是满足设计要求的。但是MSP430的价格较贵，所以性价比并不是非常高，自身也有很短缺陷，本设计外设有限，并不能很好的结合其他外设实现更加复杂的功能。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：29264字

相关图片展示：