半导体指纹传感器在门禁识别系统中的应用

传感器原理及工程应用设计（论文）

半导体指纹

传感器在门禁系统中的应用

学生姓名：任文刚

指导教师：任爽

所在学院：信息技术学院

专业：电气工程及其自动化

学号：20094073165

中国·大庆

2011年12月

目录

摘要 (2)

1前言 (3)

1.1论文的背景及意义 (3)

1.2识别技术简介 (4)

1.2.1指纹特点 (4)

1.2.3指纹应用系统简介 (4)

1.2.4指纹取像技术及其特点 (5)

2指纹门禁系统的总体设计 (6)

2.1系统功能 (7)

2.2系统性能指标 (7)

2.3系统硬件结构 (7)

2.4系统软件结构 (8)

3指纹门禁系统的硬件设计 (10)

3.1SPCE061A单片机介绍 (10)

3.1.1SPCE061A单片机的主要性能 (10)

3.1.2指纹识别模块OM-20的管脚说明及性能指标 (10)

3.1.3SPCE061A单片机与指纹识别模块OM－20的接口电路设计 (11)

3.2SPCE061A单片机与液晶显示模块SPLC501的接口 (12)

4指纹门禁系统的软件设计 (13)

4.1指纹处理模块 (13)

4.1.1指纹识别模块OM-20通讯协议 (13)

4.1.2登记指纹模板程序设计 (13)

4.1.3删除指纹模板程序设计 (14)

4.1.4清空指纹模板程序设计 (15)

4.2系统主程序设计 (16)

4.3指纹开门程序设计 (17)

5系统抗干扰措施 (18)

5.1抗干扰设计的基本原则 (18)

5.2系统硬件抗干扰措施 (18)

5.3系统软件抗干扰措施 (19)

结论 (20)

参考文献 (21)

摘要

随着时代的发展，社会越来越需要高效、可靠的身份识别系统。生物识别是当今数字化生活中最高级别的安全密钥系统，而指纹识别是对人体最不构成侵犯且方便、实用、可靠、价格便宜的一种生物识别技术。

本文简要介绍了指纹门禁系统设计的背景、指纹识别技术的基本知识和几种生物识别技术比较，并设计实现了一种符合现代安防要求的指纹门禁系统，该系统硬件主要由微处理器、指纹识别模块、液晶显示模块、４*４键盘、实时时钟/日历芯片、电控锁和电源等组成；软件主要由指纹处理程序模块、液晶显示程序模块、实时时钟程序模块和键盘扫描程序模块等组成。

该系统是一套集成了先进指纹识别算法的高科技产品，具有安全可靠、功能齐备、操作简便、价格适中等优点，可广泛应用于金融、保险、公安、军械库、机要室等需要严格控制人员进出的部门或场所。

关键词：指纹门禁指纹识别单片机液晶

1前言

1.1 论文的背景及意义

门禁系统是对出入口通道进行管制的系统，是解决重要部门出入口安全防范的有效措施。安全系统中主要牵涉到的是身份认证问题。传统的个人身份鉴别手段（如钥匙、密码、磁卡、IC卡等）具有可假冒、可伪造、可盗用、可破译等缺点，已不能完全满足现代社会安全防范的需要。只有采用不易被他人代替、仿制、甚至其本人也无法转让的生物识别技术才能消除人为的不安全因素。生物识别技术是当今数字化生活中最高级别的安全密钥系统。

生物识别技术根据人体的生物特征来进行身份验证，它包括虹膜识别技术、视网膜识别技术、面部识别技术、声音识别技术和指纹识别技术等。许多研究表明：在所有生物识别技术中，指纹识别是目前对人体最不构成侵犯、方便、实用、可靠和价格便宜的一种技术手段，也是最具有代表性和最具有应用前景的生物识别技术。

目前指纹门禁系统有两种常用的类型，即嵌入式系统和基于PC的桌面应用系统。嵌入式系统是一个相对独立的完整系统，具有功耗低、体积小、集成度高等优点，其功能较为简单，应用于特定的场所。而基于PC的桌面应用系统功能更加完善，可以建立大型的数据库，但由于需要连接PC才能完成指纹识别的功能，限制了这种系统在许多方面的应用。

国外指纹门禁产品市场可以说品牌众多，竞争激烈，比较知名的厂家，如美国AD公司、新加坡的ADC公司、以色列的DDS公司等，它们的产品技术含量大，但这些产品的价格昂贵。

目前国内指纹门禁系统的生产厂家众多，但真正具备研发生产采集仪和算法技术的厂家并不多。国内指纹门禁系统生产厂家基本分三个层次：第一级是具各研发生产采集仪和算法技术，如长春方圆、长春鸿达；第二级是利用别人的采集仪，拥有自己的核心算法，这一级的厂家最多，如北京中控、上海同济斯玛特、上海一维、西安青松等；第三级主要利用别人的模块，做后端的应用开发，如武汉数码人、厦门宝利铭等。

尽管目前的指纹门禁系统产品众多，但普遍存在价格高和功能单一等缺点。因此针对上述的不足提出了“指纹门禁系统的设计与实现”这一研究课题，其目标是开发出具有良好的价格优势且功能完善的指纹门禁系统，方便用户使用。

1.2 识别技术简介

1.2.1 指纹特点

相对于其他生物特征，指纹有以下2个突出优点：

1.稳定性：一个人从胎儿6个月时指纹完全形成到尸体腐烂，指纹的特征始终没有明显变化。

2.独特性：至今还找不出两个指纹完全相同的人，即使同卵双胞胎的指纹也是不相同的。这一特点，为指纹用于身份鉴定提供了客观依据。

1.2.2 指纹特征

指纹特征一般分为两类：总体特征和局部特征。指纹识别算法最终都归结为在指纹图像上找到并比对指纹的特征。英国学者E.R.Herry认为，在考虑局部特征的情况下，只要比对13个特征点重合，就可以确认是同一个指纹。

总体特征：总体特征是指那些用肉眼直接就可以观察到的特征，包括：纹形、模式区、核心点、三角点和纹数等五种。

1.2.3 指纹应用系统简介

指纹应用系统可以分为两类：验证（verification）和辨识（Identification）。验证就是把一个现场采集到的指纹与一个己经登记的指纹进行一对一的比对(one-to-one matching)，来确认身份的过程[4]，如图 1.1所示。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，并与其姓名或其标识（ID、PIN）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。验证其实是回答了这样一个问题：“他是他自称的这个人吗？”这是应用系统中使用得较多的方法。辨识则是把现场采集到的指纹同指纹数据库中的指纹逐一对比，从中找出与现场指纹相匹配的指纹，如图 1.2所示，这也叫“一对多匹配（one-to-many matching）”。辨识其实是回答了这样一个问题：“他是谁？”。