基于STM32的指纹识别系统设计
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
３．系统采用ＵＳＢ供电，通过内部电路转换为系统提供３．３Ｖ的稳压电源，采用ＪＴＡＧ接 口进行仿真调试程序，使用ＬＣＤｌ６０２液晶显示指纹识别结果。
软件方面： １．指纹采集实现：根据对ＭＢＦ２００指纹传感器资料中ＳＰＩ通信时序的研究和分析，通过 软件编程，实现ＳＰＩ通信，使用读和写命令，对传感器的不同控制寄存器进行读和写 操作，采集到指纹图像。 ２．指纹算法改进：通过对指纹现有算法的研究，在ＶＣ＋＋上对已有的算法进行编程实 现，并对已有指纹处理算法进行改进。在指纹的增强算法上，采用基于方向场信息的 图像增强，提高了图像的质量：在指纹二值化算法上，采用图像分块的方式，通过求 阈值实现基于分块的二值化；在匹配的算法上，提出了“初匹配”和“全局匹配”的 方式，提高识别效率。实验证明，通过改进算法，使得指纹识别系统在识别的准确率 和效率上都得到了一定的提高。
ｓｙｓｔｅｍ ２．Ａｓ ｔｈｅ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｒｅｑｕｉｒｅｓ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａ ｌａｒｇｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｄａｔａ，ｔｈｅ
ｔａｋｅｓ ｕｐ ７６．８ＫＢ ｓｐａｃｅ ｔｏ ｓｔｏｒｅ ａ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｉｍａｇｅ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ．Ｂｕｔ ｔｈｅ ｈｏｓｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ
ＩＩ
杭州电子科技大学硕士论文
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｓｏｃｉｅｔｙ，ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｌｉｖｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅｏｐｌｅ ｈａｖｅ ｇｒａｄｕａｌｌｙ
ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｔｈｅ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｅ ｈａｓ ｇｒｅａｔｌｙ
本文对目前指纹识别系统研究的现状和发展的状况做了简要分析，结合自身对嵌入式系 统和指纹算法的研究，提出了一种基于ＳＴＭ３２的指纹识别系统设计方案，并对该方案进行了 实施。根据系统实用性的要求，对指纹采集和指纹处理算法进行了改进，最终实现了嵌入式 指纹识别系统。主要包括硬件和软件两个方面，具体如下： 硬件方面：
ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｉｃｅ．Ｓｏ ｔｈｅｙ ｎｅｅｄ ａ ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ
ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ’Ｓ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔ．
Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｍａｋｅｓ ａ ｂｒｉｅｆ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｂｏｕｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ
ｄａｔａ ｉｎ ｔｈｅ ｍｅｍｏｒｙ ｓｐａｃｅ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｓｅｎｄｓ ｉｍａｇｅ ｄａｔａ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｔｈｒｏｕｇｈ
ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｓｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅｎ ｄｉｓｐｌａｙｓ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｉｍａｇｅ ｏｎ ＰＣ．
ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｍａｔｃｈ ａｎｄ ｇｌｏｂａｌ ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ ｍｅｔｈｏｄ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｓｈｏｗ
ｓｙｓｔｅｍ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ
ｈａｓ ｂｅｅｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ
ｋｅｒｎｅｌ ＳＴＭ３２Ｆ一１０３ＺＥＴ６ ａｃｔ ａｓ ｍａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｔｈｅｎ ａｃｈｉｅｖｅｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ
ｍａｓｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｎｓｏｒ ｔｏ ｃｏｌｌｅｃｔ ｉｍａｇｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ＳＰＩ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｔｈｕｓ ｓａｖｅｓ ｔｈｅ ｉｍａｇｅ
Ｔ
杭州电子科技大学硕士论文 ３．上位机通信设计：系统通过实现主控制器ＳＴＭ３２和ＰＣ机的异步串口通信，将采集
的指纹数据发送到ＰＣ机，通过ＶＣ＋＋的ＭＳＣｏｍｍ控件实现串口编程接收指纹数据， 同时制作人机交互界面显示指纹的灰度图像。 ４．指纹算法的移植：在ＶＣ开发的算法需要移植到主控制器实现嵌入式的指纹识别，在 移植的过程中，对系统的程序、指纹数据、特征点模板数据的存储进行了分配，通过 对指纹图像的进行了裁剪和采样缩放，达到减少数据量提高执行效率的目的。 关键词：指纹识别，ＳＴＭ３２，指纹传感器，指纹采集，指纹算法
ｔｈｅ
ｃｏｍｍａｎｄｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｒｅｇｉｓｔｅｒｓ ａｒｅ ｒｅａｄ ａｎｄ ｗｒｉｔｅ ｂｙ ｔｈｅ
ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｎｓｏｒ ｔｏ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ
ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｉｍａｇｅｓ
２．Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，Ｉ ｔａｋｅ
ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｉｎ ＶＣ抖，ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ．Ｉ ｕｓｅ ｉｍａｇｅ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｔｈｅ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｉｍａｇｅ ｑｕａｌｉｔｙ；Ｉ ｃｈｏｏｓｅ ｔｈｅ ｗａｙ ｏｆ ｓｅｐａｒａｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ
ｂｙ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｔｈｅｎ ｔａｋｅｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｂｕｇ ｗｉｔｈ ＪＴＡＧ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ．
Ｔｈｅｒｅ ｕｓｅｓ ＬＣＤ １ ６０２ ｔｏ ｄｉｓｐｌａｙ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ．
ａｒｅ
ｓｔｏｒｅｄ ｉｎ ＳＲＡＭ．Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ａｒｅ
ｓｔｏｒｅｄ ｉｎ ｉｎｔｅｒｎａｌ ＦＬＡＳＨ ｏｆ ｃｈｉｐ．
３．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ＵＳｅｓ ＵＳＢ ｔｏ ｓｕｐｐｌｙ ｐｏｗｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｔｈｅ ｓｔａｂｌｅ ｖｏｌｔａｇｅ ３．３Ｖ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ
ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｍｙ ｏｗｎ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ
ｓｙｓｔｅｍ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，Ｉ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ａ ｐｌａｎ ｏｆ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ
ｔｈｅ
ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｔｗｏ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｈａｒｄｗａｒｅ
ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｓｐｅｃｉｆｉｃ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ：
Ｈａｒｄｗａｒｅ：
１．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ＵＳｅｓ ＭＢＦ２００ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ＳｅｎＳＯｒ ｔｏ ｃｏｌｌｅｃｔ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｓ，ａｎｄ ｕｓｅｓ ＡＲＭ ｃｏｒｔｅｘ·Ｍ３
ＩＩＩ
杭州电子科技大学硕士论文
Ｓｏｆｔｗａｒｅ：
１．Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｃｏｌｌｅｃｔ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ：ｔｈｅ ＳＰＩ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｔｉｍｉｎｇ ｏｆ ＭＢＦ２００
ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｎ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｓｅｎｓｏｒ ｄａｔａ ｓｈｅｅｔ ｂａｓｅｄ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ＳＰＩ
ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｂｙ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，． ３．ＰＣ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ：Ｓｙｓｔｅｍ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｓ ｓｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｍａｓｔｅｒ
杭州电子科技大学 硕士学位论文
基于STM32的指纹识别系统设计 姓名：杨磊
申请学位级别：硕士 专业：电路与系统 指导教师：张文超
201112
杭州电子科技大学硕士论文
摘要
随着社会的发展，人们对生活的安全性要求逐渐提高，其中具有身份安全认证功能的指 纹识别技术在人们的关注和需求下，得到了长足的发展，出现了各种不同的指纹识别系统， 然而大多数指纹识别系统是基于ＰＣ机的，在可移动性和便捷性的要求上还存在很多不足， 目前基于嵌入式的指纹识别渐渐成为人们研究的方向，并且取得了一些成果，但这些系统在 实时性、功耗以及性价比上还存在很多不足，需要进一步的研究和改进，以期提高系统的应 用前景。
ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｉｍａｇｅ ｉｎｔｏ ｓｏｍｅ ｓａｍｅ ｓｍａｌｌ ｂｌｏｃｋ，ｔｈｅｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｏｆ ｅｖｅｒｙ ｂｌｏｃｋ
ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｉｍａｇｅ ｂｉｎａｒｙ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，Ｉ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｗａｙ ｏｆ
ｄｅｍａｎｄ． ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｐｅｏｐｌｅ’Ｓ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ
Ｎｏｗａｄａｙｓ， ａ ｖａｒｉｅｔｙ ｏｆ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ
ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ｈａｖｅ ｅｍｅｒｇｅｄ ｉｎ ０１．１１＂ｌｉｖｅｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｍｏｓｔ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＰＣ ｍａｃｈｉｎｅ．Ｔｈｅｓｅ ｓｙｓｔｅｍｓ ｓｔｉｌｌ ｈａｖｅ ｍａｎｙ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｍｏｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ．Ｐｅｏｐｌｅ ｔａｋｅ ｍｏｒｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｔｏ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｈｅ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｍａｋｅ ｓｏｍｅ ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓ ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ．Ｂｕｔ ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｓｔｉｌｌ ｍａｎｙ ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ ｉｎ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ，ｐｏｗｅｒ
ＳＲＡＭ ＳＴＭ３２ ｉｎｔｅｒｎａｌ ＲＡＭ ｉｓ ｏｎｌｙ ６４ＫＢ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｍａｋｅｓ ｅｘｐａｎｄ ｅｘｔｅｒｎａｌ
ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆｏｒ
ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ．Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｄａｔａ ｏｆ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ａｎｄ ｏｆ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
１．系统采用ＭＢＦ２００指纹传感器采集指纹，ＡＲＭ ｃｏｒｔｅｘ．Ｍ３内核的ＳＴＭ３２Ｆ．１０３ＺＥＴ６ 作为主控制器，通过ＳＰＩ接口实现主控制器与传感器的通信采集指纹图像，并保存数 据在内存空间，主控制器与上位机通过异步串口通信将指纹数据发送至ＰＣ机显示指 纹图像。
２．由于指纹识别算法需要处理的数据量较大，系统采集一幅完整指纹图像需要大Biblioteka Baidu ７６．８ＫＢ的空间，而ＳＴＭ３２主控制器的内部ＲＡＭ只有６４ＫＢ，系统通过扩展外部ＳＲＡＭ 补其不足，在ＳＲＡＭ中保存指纹采集和算法处理的中间数据，程序和指纹算法提取 的特征点存放在芯片内部的ＦＬＡＳＨ当中。
ｂａｓｅｄ ｏｎ
ＳＴＭ３２ ｃｈｉｐ，ａｎｄ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ，
ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｆｉｎａｌ ｗｅ
软件方面： １．指纹采集实现：根据对ＭＢＦ２００指纹传感器资料中ＳＰＩ通信时序的研究和分析，通过 软件编程，实现ＳＰＩ通信，使用读和写命令，对传感器的不同控制寄存器进行读和写 操作，采集到指纹图像。 ２．指纹算法改进：通过对指纹现有算法的研究，在ＶＣ＋＋上对已有的算法进行编程实 现，并对已有指纹处理算法进行改进。在指纹的增强算法上，采用基于方向场信息的 图像增强，提高了图像的质量：在指纹二值化算法上，采用图像分块的方式，通过求 阈值实现基于分块的二值化；在匹配的算法上，提出了“初匹配”和“全局匹配”的 方式，提高识别效率。实验证明，通过改进算法，使得指纹识别系统在识别的准确率 和效率上都得到了一定的提高。
ｓｙｓｔｅｍ ２．Ａｓ ｔｈｅ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｒｅｑｕｉｒｅｓ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａ ｌａｒｇｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｄａｔａ，ｔｈｅ
ｔａｋｅｓ ｕｐ ７６．８ＫＢ ｓｐａｃｅ ｔｏ ｓｔｏｒｅ ａ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｉｍａｇｅ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ．Ｂｕｔ ｔｈｅ ｈｏｓｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ
ＩＩ
杭州电子科技大学硕士论文
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｓｏｃｉｅｔｙ，ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｌｉｖｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅｏｐｌｅ ｈａｖｅ ｇｒａｄｕａｌｌｙ
ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｔｈｅ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｃｅｒｔｉｆｉｃａｔｅ ｈａｓ ｇｒｅａｔｌｙ
本文对目前指纹识别系统研究的现状和发展的状况做了简要分析，结合自身对嵌入式系 统和指纹算法的研究，提出了一种基于ＳＴＭ３２的指纹识别系统设计方案，并对该方案进行了 实施。根据系统实用性的要求，对指纹采集和指纹处理算法进行了改进，最终实现了嵌入式 指纹识别系统。主要包括硬件和软件两个方面，具体如下： 硬件方面：
ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｉｃｅ．Ｓｏ ｔｈｅｙ ｎｅｅｄ ａ ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ
ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ’Ｓ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔ．
Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｍａｋｅｓ ａ ｂｒｉｅｆ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｂｏｕｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ
ｄａｔａ ｉｎ ｔｈｅ ｍｅｍｏｒｙ ｓｐａｃｅ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｓｅｎｄｓ ｉｍａｇｅ ｄａｔａ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｔｈｒｏｕｇｈ
ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｓｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅｎ ｄｉｓｐｌａｙｓ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｉｍａｇｅ ｏｎ ＰＣ．
ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｍａｔｃｈ ａｎｄ ｇｌｏｂａｌ ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ ｍｅｔｈｏｄ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｓｈｏｗ
ｓｙｓｔｅｍ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ
ｈａｓ ｂｅｅｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ
ｋｅｒｎｅｌ ＳＴＭ３２Ｆ一１０３ＺＥＴ６ ａｃｔ ａｓ ｍａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｔｈｅｎ ａｃｈｉｅｖｅｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ
ｍａｓｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｎｓｏｒ ｔｏ ｃｏｌｌｅｃｔ ｉｍａｇｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ＳＰＩ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｔｈｕｓ ｓａｖｅｓ ｔｈｅ ｉｍａｇｅ
Ｔ
杭州电子科技大学硕士论文 ３．上位机通信设计：系统通过实现主控制器ＳＴＭ３２和ＰＣ机的异步串口通信，将采集
的指纹数据发送到ＰＣ机，通过ＶＣ＋＋的ＭＳＣｏｍｍ控件实现串口编程接收指纹数据， 同时制作人机交互界面显示指纹的灰度图像。 ４．指纹算法的移植：在ＶＣ开发的算法需要移植到主控制器实现嵌入式的指纹识别，在 移植的过程中，对系统的程序、指纹数据、特征点模板数据的存储进行了分配，通过 对指纹图像的进行了裁剪和采样缩放，达到减少数据量提高执行效率的目的。 关键词：指纹识别，ＳＴＭ３２，指纹传感器，指纹采集，指纹算法
ｔｈｅ
ｃｏｍｍａｎｄｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｒｅｇｉｓｔｅｒｓ ａｒｅ ｒｅａｄ ａｎｄ ｗｒｉｔｅ ｂｙ ｔｈｅ
ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｎｓｏｒ ｔｏ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ
ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｉｍａｇｅｓ
２．Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，Ｉ ｔａｋｅ
ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｉｎ ＶＣ抖，ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ．Ｉ ｕｓｅ ｉｍａｇｅ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｔｈｅ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｉｍａｇｅ ｑｕａｌｉｔｙ；Ｉ ｃｈｏｏｓｅ ｔｈｅ ｗａｙ ｏｆ ｓｅｐａｒａｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ
ｂｙ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｔｈｅｎ ｔａｋｅｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｂｕｇ ｗｉｔｈ ＪＴＡＧ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ．
Ｔｈｅｒｅ ｕｓｅｓ ＬＣＤ １ ６０２ ｔｏ ｄｉｓｐｌａｙ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ．
ａｒｅ
ｓｔｏｒｅｄ ｉｎ ＳＲＡＭ．Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｐｏｉｎｔｓ ｏｆ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ａｒｅ
ｓｔｏｒｅｄ ｉｎ ｉｎｔｅｒｎａｌ ＦＬＡＳＨ ｏｆ ｃｈｉｐ．
３．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ＵＳｅｓ ＵＳＢ ｔｏ ｓｕｐｐｌｙ ｐｏｗｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｔｈｅ ｓｔａｂｌｅ ｖｏｌｔａｇｅ ３．３Ｖ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ
ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｍｙ ｏｗｎ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ
ｓｙｓｔｅｍ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，Ｉ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ａ ｐｌａｎ ｏｆ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ
ｔｈｅ
ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｔｗｏ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｈａｒｄｗａｒｅ
ａｎｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｓｐｅｃｉｆｉｃ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ：
Ｈａｒｄｗａｒｅ：
１．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ＵＳｅｓ ＭＢＦ２００ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ＳｅｎＳＯｒ ｔｏ ｃｏｌｌｅｃｔ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｓ，ａｎｄ ｕｓｅｓ ＡＲＭ ｃｏｒｔｅｘ·Ｍ３
ＩＩＩ
杭州电子科技大学硕士论文
Ｓｏｆｔｗａｒｅ：
１．Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｃｏｌｌｅｃｔ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ：ｔｈｅ ＳＰＩ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｔｉｍｉｎｇ ｏｆ ＭＢＦ２００
ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｎ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｓｅｎｓｏｒ ｄａｔａ ｓｈｅｅｔ ｂａｓｅｄ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ＳＰＩ
ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｂｙ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，． ３．ＰＣ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ：Ｓｙｓｔｅｍ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｓ ｓｅｒｉａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｍａｓｔｅｒ
杭州电子科技大学 硕士学位论文
基于STM32的指纹识别系统设计 姓名：杨磊
申请学位级别：硕士 专业：电路与系统 指导教师：张文超
201112
杭州电子科技大学硕士论文
摘要
随着社会的发展，人们对生活的安全性要求逐渐提高，其中具有身份安全认证功能的指 纹识别技术在人们的关注和需求下，得到了长足的发展，出现了各种不同的指纹识别系统， 然而大多数指纹识别系统是基于ＰＣ机的，在可移动性和便捷性的要求上还存在很多不足， 目前基于嵌入式的指纹识别渐渐成为人们研究的方向，并且取得了一些成果，但这些系统在 实时性、功耗以及性价比上还存在很多不足，需要进一步的研究和改进，以期提高系统的应 用前景。
ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｉｍａｇｅ ｉｎｔｏ ｓｏｍｅ ｓａｍｅ ｓｍａｌｌ ｂｌｏｃｋ，ｔｈｅｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｏｆ ｅｖｅｒｙ ｂｌｏｃｋ
ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｉｍａｇｅ ｂｉｎａｒｙ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，Ｉ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｗａｙ ｏｆ
ｄｅｍａｎｄ． ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｐｅｏｐｌｅ’Ｓ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ
Ｎｏｗａｄａｙｓ， ａ ｖａｒｉｅｔｙ ｏｆ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ
ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ｈａｖｅ ｅｍｅｒｇｅｄ ｉｎ ０１．１１＂ｌｉｖｅｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｍｏｓｔ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＰＣ ｍａｃｈｉｎｅ．Ｔｈｅｓｅ ｓｙｓｔｅｍｓ ｓｔｉｌｌ ｈａｖｅ ｍａｎｙ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｍｏｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ．Ｐｅｏｐｌｅ ｔａｋｅ ｍｏｒｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｔｏ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｈｅ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｍａｋｅ ｓｏｍｅ ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓ ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ．Ｂｕｔ ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｓｔｉｌｌ ｍａｎｙ ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ ｉｎ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ，ｐｏｗｅｒ
ＳＲＡＭ ＳＴＭ３２ ｉｎｔｅｒｎａｌ ＲＡＭ ｉｓ ｏｎｌｙ ６４ＫＢ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｍａｋｅｓ ｅｘｐａｎｄ ｅｘｔｅｒｎａｌ
ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆｏｒ
ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｍｉｃｒｏｐｒｏｃｅｓｓｏｒ．Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｄａｔａ ｏｆ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ａｎｄ ｏｆ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
１．系统采用ＭＢＦ２００指纹传感器采集指纹，ＡＲＭ ｃｏｒｔｅｘ．Ｍ３内核的ＳＴＭ３２Ｆ．１０３ＺＥＴ６ 作为主控制器，通过ＳＰＩ接口实现主控制器与传感器的通信采集指纹图像，并保存数 据在内存空间，主控制器与上位机通过异步串口通信将指纹数据发送至ＰＣ机显示指 纹图像。
２．由于指纹识别算法需要处理的数据量较大，系统采集一幅完整指纹图像需要大Biblioteka Baidu ７６．８ＫＢ的空间，而ＳＴＭ３２主控制器的内部ＲＡＭ只有６４ＫＢ，系统通过扩展外部ＳＲＡＭ 补其不足，在ＳＲＡＭ中保存指纹采集和算法处理的中间数据，程序和指纹算法提取 的特征点存放在芯片内部的ＦＬＡＳＨ当中。
ｂａｓｅｄ ｏｎ
ＳＴＭ３２ ｃｈｉｐ，ａｎｄ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｄｅｍａｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ，
ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｆｉｎａｌ ｗｅ