四川文理学院学位论文
的模板很关键。模板分为保留模板和消除模板，消除模板就是根据条件判定这点去除作为背景的模板；保留模板则是根据条件判定这点保留作为前景的模板。这样就可以将较粗的图像曲线细化成很细的以像素为单位的线，大大减少了图像的信息量，有利于匹配的高效进行。
本论文中采用了细化方法步骤如下：
（1）建立3维数组，第一组数据为预处理后的图像信息，定义每一个像素点它周围点像素参数。
（2）对于满足6种情况的模板，赋值为2 ，其实为像素1情况。对于满足后六种情况的模板赋值为3，别的情况点值不做改变。
（3）16种消去模板是在不满足上述情况下衍生的模板，对于满足这些模板的点像素全为0，以上都未涉及的点不做改变。
(4) 循环进行上述过程，到所有点值不改变为止，最多进行20次细化。
2.4指纹图像的匹配
指纹匹配要解决的是对两幅给定指纹图像的特征模式进行比对，判断这两幅图像是否来自同一个人的同一手指。指纹匹配是自动指纹识别的最后一步，也是非常关键的一步。
指纹图像匹配方面，主要有基于图像，脊线结构和特征点的方法。基于特征点的匹配算法具有简单、快速、鲁棒性等优点。目前最为常用的方法是FBI提出的细节点坐标模型来做细节匹配。它利用脊线上的端点和分叉点这两种关键点来鉴定指纹。通过将细节点表示为点模式，一个指纹识别问题可以转化为一个点模式匹配问题。点匹配算法是通过某些变换，如平移变换、旋转变化、伸缩变换，可以把两个点集中的对应点匹配起来。对于基于细节点的匹配思路大体分两种：基于直角坐标系的特征识别和基于极坐标系的特征识别。
10
第三章 指纹识别系统硬件设计
3.1系统总体设计
3.1.1指纹识别系统功能简述
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。它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。指纹图像通过专门的指纹采集仪采集。
(2) 指纹识别。能进行指纹的识别，指纹识别出错时，报警提示。图像采集完成后，与库中已存在指纹进行对比，与所有有权限用户信息对比后，若无相符信息即提示报警。
(3) 指纹管理。能进行指纹数据的管理，添加和删除指纹数据。对添加到库中的用户指纹进行权限管理，设置最高权限用户，并能够对其进行添加和删除管理。
(4) 操作显示。通过按键进行指纹系统的功能选择，采用数码管与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，即提示该用户拥有权限，若不相符，即提示非法操作。 3.1.2系统核心部件单片机
AT89S52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Atmel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AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52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。
11
四川文理学院学位论文
另外，AT89S52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。
3.2指纹识别系统电路设计
系统电路框架是根据设计任务要求，对系统所需元件、设备参数进行必要的计算，通过认真研究、分析、比较选定设备型号，再将设备、元件通过可靠的接口电路联系起来构成的一个完整的系统。综合考虑系统的性能和稳定性要求，以保证所设计的系统达到预期的要求。主控芯片选用AT89S52单片机。系统总体框图如图3.1所示：
AT89S52 单片机 数码 显示管 指纹模块 电源、时钟电路 蜂鸣器 独立按键 指示灯 图3.1系统总体框图
系统主要由MCU（Microcontroller Unit，微程序控制器）、LED屏（Large Electronic Display，大型电子展示）、指纹模块组成。系统的工作过程主要是当检测到有按键按下时先由MCU通过串口通信控制指纹模块对指纹进行采集、录入、存储、比对。然后，根据所得的数据对其它接口器件，如显示屏、蜂鸣器、指示灯进行响应操作。
3.3硬件系统组成模块电路
3.3.1下载口模块
采用RS-232接口，从PC机将程序下载至单片机芯片当中，实现编程实际
12
应用。本次设计采用9芯针接口，其主要包括DCD(Data Carrier Detect)载波检测引脚，RXD(Received Data)接收数据引脚，TXD(Transmit Data)发送数据引脚，DTR(Data Terminal Ready)数据终端准备就绪引脚，SGND(Signal Ground)信号地引脚，DSR(Data Set Ready)数据准备就绪引脚，RTS(Request To Send)请求发送引脚，CTS(Clear To Send)清除发送引脚，RI(Ring Indicator)振铃提示引脚。在RS-232标准中，字符以一串行的比特串来一个接一个的串行方式传输，优点是传输线少，配线简单，传送距离可以较远。最常用的编码格式是异步起停格式，它使用一个起始比特后面紧跟7或8 个数据比特，然后是可选的奇偶校验比特，最后是一或两个停止比特。
如图3.2所示：
图 3.2 下载口模块
3.3.2显示模块
采用1602字符型液晶。1602电路如图3.3所示：
图 3.3 显示及驱动电路
3.3.3电源模块
整个模块采用USB供电，以按键式开关启动或关闭电源。当按下电源键时，电源开启，电源指示灯点亮。如图3.4所示：
13
四川文理学院学位论文
图 3.4 电源模块电路
3.3.4时钟模块
时钟电路用来产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。通过在芯片的外部XTAL1和XTAL2两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡电路。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列，本设计中采用的晶振频率为11.0592MHz，电容为33pF。如图3.5所示：
11.0592
图 3.5 时钟模块电路
3.3.5复位模块
复位电路用于产生复位信号，通过RST引脚送入单片机，复位是单片机的初始操作，其主要功能是:为一些专用寄存器设置初始状态、程序状态字PSW清0、程序计数器PC被赋值为0000H等，除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需安装复位键以重新启动。RST引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，完成复位操作共需要24个状态周期，本设计使用频率为11.0592MHz的晶振，所以复位信号持续时间应大致超过2μs才能完成复位操作。本设计采用按键复位。
14