指紋密碼鎖畢設(shè)之開題報告(共11頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 南京工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計開題報告課 題 名 稱： 基于單片機(jī)的指紋密碼鎖設(shè)計 姓 名： 毛仲義 班 級： 電科技121 指 導(dǎo) 教 師： 劉 勤 所 在 系 部： 計算機(jī)工程學(xué)院 專 業(yè) 名 稱： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 南京工程學(xué)院2016年 3 月1日說 明1根據(jù)南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)工作管理規(guī)定，學(xué)生必須撰寫畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告，由指導(dǎo)教師簽署意見、教研室審查，系教學(xué)主任批準(zhǔn)后實施。2開題報告是畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。學(xué)生應(yīng)當(dāng)在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，開題報告不合格者不得參加答辯。3畢業(yè)設(shè)計開題報告各項內(nèi)容要實事

2、求是，逐條認(rèn)真填寫。其中的文字表達(dá)要明確、嚴(yán)謹(jǐn)，語言通順，外來語要同時用原文和中文表達(dá)。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。4本報告中，由學(xué)生本人撰寫的對課題和研究工作的分析及描述，應(yīng)不少于2000字，沒有經(jīng)過整理歸納，缺乏個人見解僅僅從網(wǎng)上下載材料拼湊而成的開題報告按不合格論。5開題報告檢查原則上在第24周完成，各系完成畢業(yè)設(shè)計開題檢查后，應(yīng)寫一份開題情況總結(jié)報告。畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告學(xué)生姓名毛仲義學(xué) 號專 業(yè)電子信息科學(xué)與技術(shù)指導(dǎo)教師姓名劉勤職 稱講師所在系部計算機(jī)工程學(xué)院課題來源自擬課題課題類型工程設(shè)計課題名稱基于單片機(jī)的指紋密碼鎖設(shè)計畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容和意義 一.畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容本課

3、題以單片機(jī)為核心采用C語言來開發(fā)一指紋電子密碼鎖。系統(tǒng)擬在Altium Designer9開發(fā)平臺上設(shè)計原理圖，并繪制PCB并制成單片機(jī)開發(fā)板，然后根據(jù)原理圖將相關(guān)元器件焊接到開發(fā)板上。軟件部分在Keil uVision4開發(fā)平臺上進(jìn)行相關(guān)代碼的編寫和調(diào)試。然后利用串口助手工具將代碼下載到開發(fā)板進(jìn)行運行，觀察硬件各模塊是否可以正常運行。以及測試結(jié)果是否能夠滿足需求，便于及時調(diào)整設(shè)計。課題的主要任務(wù)是設(shè)計出一個可以錄入指紋，并可對錄入指紋進(jìn)行匹配比較，如果正確即可開鎖，同時設(shè)計系統(tǒng)也支持鍵盤輸入解鎖的系統(tǒng)。二.畢業(yè)設(shè)計的意義在日常的生活和工作中,住宅、物業(yè)、單位、銀行的財產(chǎn)以及一些重要的資料的安

4、全都會選擇用加鎖的辦法來保證其安全。但使用傳統(tǒng)的機(jī)械鎖，需要攜帶多把鑰匙，而且一旦丟失、被盜或遺忘，不僅配置相當(dāng)麻煩，而且可能被他人復(fù)制冒用，造成極大的安全隱患，甚至財產(chǎn)損失?，F(xiàn)代社會對安全的認(rèn)證方式標(biāo)準(zhǔn)是簡單、快捷和高效。具有不易遺忘、防偽性能好、隨時隨地可用等優(yōu)點比之傳統(tǒng)的方法更安全、方便和保密。本次畢業(yè)設(shè)計采用的便是其中的指紋識別技術(shù)。除此之外，此次畢業(yè)設(shè)計需要熟練掌握單片機(jī)技術(shù)和軟件編程方面的知識， 之前學(xué)習(xí)的知識都是碎片化的，沒有作為一個系統(tǒng)來考慮系統(tǒng)中各個模塊如何部署，如何分工協(xié)作，所以畢業(yè)設(shè)計過程也是一個知識融合，系統(tǒng)化的過程，這會為本人日后的學(xué)習(xí)和工作打下良好基礎(chǔ)。文獻(xiàn)綜述一實

5、際應(yīng)用方面的價值 隨著人們生活的節(jié)奏越來越快，人們對處理日常生活和工作中事情的效率要求也越來越高。顯然當(dāng)人們帶著各種各樣的身份識別的證件、卡、密碼和鑰匙出入各種場合時，顯然是相當(dāng)麻煩的，而且還面臨著證件偽造、卡片遺失、密碼泄露等等的危險。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生物特征識別技術(shù)逐漸受到人們的青睞，其中由于指紋識別具有使用方便，價格低廉而且安全系數(shù)極高而在現(xiàn)代生活和工作中的應(yīng)用已越來越普遍，如單位考勤、駕校打卡、手機(jī)解鎖、移動支付等酷炫技術(shù)都離不開指紋傳感器的貢獻(xiàn)。二國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀隨著社會的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，逐漸興起的數(shù)字密碼鎖，IC卡進(jìn)入人們的視野，較之傳統(tǒng)的物理機(jī)械鎖，安全系數(shù)有所提高，但

6、依然存在密碼遺忘、遺失、泄露及上述的缺陷，不再能滿足人們需求。人們對安全性能要求越來越高，但對安全的認(rèn)證方式的要求卻變得越來越簡單、快捷以及高效。人類的生物特征通常具有唯一性、可測量、可識別、可驗證、遺傳性及終身不變等特點，因此具有不易遺忘、防偽性能好、不易偽造或被盜、隨身“攜帶”和隨時隨地可用等優(yōu)點而受到人們的青睞。比之傳統(tǒng)的方法更安全、方便和保密。目前生物特征有手形、指紋、臉形、虹膜、手指靜脈等，基于這些特征，發(fā)展出了手形識別、指紋識別、面部識別、虹膜識別等多種生物識別技術(shù)。早在1997年比爾.蓋茨就曾預(yù)言：“生物識別技術(shù)即利用人的生理特征，如指紋、虹膜等來識別個人的身份，將成為未來幾年I

7、T產(chǎn)業(yè)的重要革新”，并且有專家曾做過推論，若全球以60億人口計算，300年內(nèi)都不會有兩個相同的指紋出現(xiàn)。所以，毋庸置疑指紋密碼鎖的安全性能還是相當(dāng)高的。雖然我國在手指靜脈、虹膜、視網(wǎng)膜等生物特征識別領(lǐng)域要比國外的晚一點，但指紋識別技術(shù)卻差不多和國外是同一時期開始的，所以無論在技術(shù)研究還是在市場上相關(guān)產(chǎn)品的普及都絲毫不比國外差。一般來講，指紋識別的原理基本上包括指紋采集、指紋特征提取、指紋特征匹配三大部分。其實指紋是比較復(fù)雜的，許多開發(fā)指紋識別的公司并不直接存儲指紋圖像，而是將采集到的圖像進(jìn)行數(shù)字化，來表示指紋圖形的。在應(yīng)用方面，比較前沿的國內(nèi)像華為的Mate系列、三星、vivo、樂視、酷派等手

8、機(jī)都有通過識別指紋來解鎖的功能。國外的近日有蘋果公司的Apple Pay，在2月18日正式進(jìn)入中國后，吸引了眾多眼球，迅疾在全球多個國家掀起一股Apple Pay熱潮。但在技術(shù)方面歸根結(jié)底還是通過手機(jī)上的指紋傳感器采集用戶數(shù)據(jù)準(zhǔn)確匹配后來完成免接觸支付功能的。三相關(guān)技術(shù)與研發(fā)基礎(chǔ)在本系統(tǒng)中使用的編程開發(fā)語言是一門通用計算機(jī)編程語言-C語言，因其具有良好的跨平臺性能，可以在許多硬件平臺上進(jìn)行編譯運行而得到了廣泛的應(yīng)用，成為大多數(shù)人學(xué)習(xí)編程的經(jīng)典入門編程語言。由于C語言具可以直接訪問硬件地址，對硬件進(jìn)行操作的特性，使得代碼的運行效率極高，因而在靠近底層的開發(fā)中成了首選的編程語言，如驅(qū)動，內(nèi)核等，也

9、正因為C語言具有這種低級語言的特點，而一度引發(fā)人們關(guān)于C語言到底屬于高級語言還是低級語言的爭議。但是C語言同時還有指針，結(jié)構(gòu)體，豐富的數(shù)據(jù)類型、運算符，結(jié)構(gòu)化的語句和極強(qiáng)的表達(dá)力，而更多的是高級語言的特性，所以不妨認(rèn)為它是高級語言中的低級語言。本次設(shè)計在Keil uVision4 開發(fā)平臺上進(jìn)行，使用C語言來進(jìn)行各個模塊的函數(shù)代碼的編寫，編譯和調(diào)試工作，可以正常運行后，使用串口助手工具下載到單片機(jī)開發(fā)板。硬件設(shè)計部分主要采用單片機(jī)作為控制器，因為單片機(jī)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，性能良好且穩(wěn)定，功耗低，價格便宜，而且可供參考的文獻(xiàn)資料較多，完全可以滿足本次畢業(yè)設(shè)計的需求，因此本系統(tǒng)選用單片機(jī)來開發(fā)，不僅

10、可以實現(xiàn)需求，同時也降低了成本。單片機(jī)作為作為一個廣泛使用的微控制器，和許多的處理器一樣基本由運算器，控制器和寄存器三個部分組成，運算器對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，控制器進(jìn)行分工協(xié)調(diào)，而寄存器作為高速緩存可以大大提高處理器從內(nèi)存抓取數(shù)據(jù)的速度，進(jìn)而提高數(shù)據(jù)處理能力?，F(xiàn)在市場上許多加強(qiáng)版的單片機(jī)性能不容小覷，加大了RAM空間，有的甚至可以可以移植操作系統(tǒng)，因此完全可以滿足我們大多數(shù)的開發(fā)需求。本次設(shè)計中比較重要的模塊便是指紋傳感器了，指紋識別技術(shù)的概念已經(jīng)比較普遍，簡單來說，是通過比較指紋上不同的細(xì)節(jié)特征點來進(jìn)行身份的鑒別。這些細(xì)節(jié)特征點主要是手指上凹凸不平的紋路的起點、終點、結(jié)合點和分叉點等。這就好像每個

11、人手上都有一個獨一無二的“迷宮”，而每個迷宮的起點、終點、拐點都不同，正是這些不同的“特征點”決定了我們每個人身份的唯一性。目前，傳感器的指紋采集技術(shù)主要分為兩種：光學(xué)識別、半導(dǎo)體識別。光學(xué)識別是通過光學(xué)發(fā)射器發(fā)射的光線射在手指上后再反射回機(jī)器來獲取數(shù)據(jù)，并與資料庫對比看是否一致，光學(xué)識別只能到達(dá)皮膚表層，所以準(zhǔn)確度受到手指是否干凈的影響。半導(dǎo)體中的電容傳感器使用交替命令的并排列和傳感器電板，交替板的形式是兩個電容板，以及板指紋的山谷和山脊成為板之間的電介質(zhì)。兩者之間的恒量電介質(zhì)的傳感器檢測變化來生成指紋圖像。指紋傳感器采集好圖像之后，使用指紋算法來實現(xiàn)指紋特征的提取、匹配、計算之后的特征點就

12、是指紋模板庫，每次都會把連個指紋的模板進(jìn)行匹配，計算他們的相似度，來確定是不是同一個指紋。四. 主要參考文獻(xiàn)01 廖雷C語言程序設(shè)計基礎(chǔ)M北京：高等教育出版社，201202 孫育才MCS-51系列單片機(jī)及其應(yīng)用M南京：東南大學(xué)出版社，201203 美 Stephen PrataC Primer PlusM北京：人民郵電出版社，201204 美 Peter Van Der LindenExpert C ProgrammingM北京：人民郵電出版社，2008.02.05 美 Kenneth A.ReekPointers On CM北京：人民郵電出版社，2008.04.06 蔡振江.單片機(jī)原理及應(yīng)用

13、M北京：電力工業(yè)出版社2008:176-20807 謝宜仁.單片機(jī)實用技術(shù)問答M.北京：人民郵電出版社 , 2002 08 李全,遲榮強(qiáng).單片機(jī)原理及接口技術(shù)M. 高等教育出版社,2004.109 美,. FINGERPRINT BIOMETRIC LOCKJ. 2003 10 戴佳,苗龍,陳斌.51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)典型實例M. 中國電力出版社,2005.911 陳明熒.8051單片機(jī)課程設(shè)計M.清華大學(xué)出版社,2003.9研究內(nèi)容本系統(tǒng)以片機(jī)為核心，擴(kuò)展了電源電路，晶振電路，復(fù)位電路作為最小系統(tǒng)板，保證單片機(jī)可以正常啟動，同時又?jǐn)U展了顯示電

14、路，報警電路，矩陣按鍵電路，指紋傳感器電路等，構(gòu)成整個系統(tǒng)的基本框架，系統(tǒng)框圖如圖1所示： 單片機(jī) 顯示電路 晶振電路 按鍵電路 電源電路指紋傳感器 復(fù)位電路 報警電路圖1 系統(tǒng)框圖1系統(tǒng)硬件設(shè)計 本次設(shè)計的硬件部分主要單片機(jī)為核心，同時多個模塊相互協(xié)作來共同實現(xiàn)功能。1）單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位、電源、晶振電路被稱為單片機(jī)正常工作的三要素。復(fù)位電路的基本功能是：單片機(jī)在上電啟動時都需要進(jìn)行復(fù)位，對CPU和各個模塊的硬件進(jìn)行初始化，使其從初始狀態(tài)進(jìn)行運行。如果在運行過程中程序運行錯誤導(dǎo)致需要引導(dǎo)單片機(jī)從重新開始運行時可以使用復(fù)位的方式來達(dá)到。常用的復(fù)位方式有高電平復(fù)位和低電平復(fù)位，在本次設(shè)計中使用高

15、電平復(fù)位方式，即正常工作時復(fù)位引腳為低電平，按下復(fù)位按鍵時，復(fù)位腳為高電平。采用阻容式復(fù)位，和一個獨立的按鍵來完成設(shè)計，連接方便，成本低廉。電源電路為整個電路提供動力，采用+5v直流電壓來給電路供電，要求電源紋波小，電壓恒定，所以主要的設(shè)計任務(wù)就是設(shè)計電源的濾波電路來減小紋波，以及電源電壓上電或斷電的一瞬間對整個電路造成較大的沖擊，本次設(shè)計使用電容的通直流阻交流的特性來完成電源電路的濾波電路設(shè)計。晶振是整個單片機(jī)的心臟，晶振在單片機(jī)系統(tǒng)中為單片機(jī)運行提供時鐘源，任何指令的執(zhí)行都必須依靠時鐘源的存在，所以為所有的操作提供了一個統(tǒng)一的節(jié)拍，這個節(jié)拍便是晶振的頻率，本次設(shè)計會使用兩個小電容和一個晶振

16、來完成晶振電路的設(shè)計。2）報警電路模塊設(shè)計報警電路使用的LED燈，LED其實就是一個二極管，利用它單向?qū)щ娦栽O(shè)計的報警電路，同時還引入了蜂鳴器，配合LED達(dá)到聲光報警的效果。旨在提醒輸入的用戶密碼錯誤，如果連續(xù)輸入錯誤次數(shù)大于3次，將觸發(fā)報警電路。3）顯示電路模塊設(shè)計顯示電路使用LCD顯示屏，提醒用戶輸入密碼，提示密碼輸入是否正確等信息來提供一個良好的用戶交互體驗，本次設(shè)計具體使用1602還是12864液晶屏?xí)鶕?jù)后續(xù)設(shè)計需要做調(diào)整。4）按鍵輸入電路設(shè)計按鍵電路使用4*4的矩陣鍵盤，來完成密碼的輸入。密碼的輸入通過按鍵的按下來完成，而單片機(jī)要采集鍵盤是否按下則需要通過掃描的方式來完成。掃面方式

17、有行列掃描和中斷掃描，本次設(shè)計便使用中斷掃描，只有在按鍵按下時才進(jìn)行掃描，平時去處理其他程序，所以中斷掃描可以有效節(jié)省 cpu 資源。除此之外，還要考慮到干擾，即一個按鍵是否是有效的被按下，按下持續(xù)的時間長短以及按下后是否松開等，有個消抖的優(yōu)化設(shè)計，但是這個優(yōu)化本次設(shè)計放在軟件部分來實現(xiàn)，即軟件消抖。5）指紋模塊設(shè)計指紋模塊會在單片機(jī)開發(fā)板上留出接口，接口的設(shè)計必需嚴(yán)格依照指紋模塊的引腳及輸出的信號來設(shè)計，不同指紋模塊的接口都有存在差異，目前指紋模塊的型號還尚未確定，所以具體的實現(xiàn)方案會根據(jù)需要來動態(tài)調(diào)整。2系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件部分必須也進(jìn)行模塊化設(shè)計，而不能將所有函數(shù)寫在一個文件里。建立一個工

18、程，每個模塊單獨作為一個文件，這樣每個模塊代碼單獨編譯測試，及時調(diào)試bug，這樣在對整個工程進(jìn)編譯時容易定位到問題所在，更多的考慮模塊的調(diào)用，邏輯結(jié)構(gòu)方面存在的缺陷，而不是去解決一大堆語法，拼寫等等方面的錯誤。提高開發(fā)的效率。本軟件設(shè)計的基本流程如圖2所示。圖2軟件設(shè)計的基本流程圖研究計劃第1周（2.222. 28）： 查閱資料，學(xué)習(xí)Keil uVision4開發(fā)平臺和技術(shù)第2周（2.293.6）： 對功能需求進(jìn)行分析, 硬件功能模塊劃分及軟件代碼設(shè)計第3周（3.73.13）： 撰寫并提交畢業(yè)設(shè)計開題報告、英文資料翻譯第4周（3.143.20）： 進(jìn)行功能模塊的詳細(xì)設(shè)計第5周（3.213.27）： 完成原理圖的設(shè)計，PCB的繪制并進(jìn)行焊接第6周（3.284.3）： 對每個模塊的功能進(jìn)行測試第7周（4.44.10）： 進(jìn)行各功能模塊的編碼，期中檢查第8周（4.114.17）： 將每個模塊組裝成一個完整的工程實現(xiàn)相應(yīng)的功能第9周（4.184.24）： 硬件相關(guān)模塊的改進(jìn)，進(jìn)行綜合調(diào)試運行第10周（4.255.1）： 下載代碼觀察硬件執(zhí)行效果，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試第11周（5.25.8）： 對運行中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行調(diào)整第12周（5.95.15）： 完成硬件設(shè)計和軟件開發(fā)，編輯用戶使用幫助文檔，撰寫畢業(yè)設(shè)計（論文）第13周（5.165