1 / 9 嵌入式系统综合训练课程设计系别：计算机系专业：计算机科学与技术年级：07级姓名：林嵩泳学号： 0702018120 班级： 科学与技术 3 班组员：秦能2018 年 6月 29 日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 9 页2 / 9 目录1. 整体介绍 错误！未定义书签。1.1 发展前景 1 1.1 总体设计 1 2. 硬件部分 12.1 硬件元器件 1 2.2 分工过程 2 3. 软件部分 23.1 指纹管理模块 2 3.2 语音管理模块 2 3.3GPRS管理模块 3 4. 指纹管理模块的具体工作3 4.1 发展前景 3 4.2 技术困难 3 4.3 总体设计方案 4 5. 基于方向图的动态阀值指纹图像二值化方法4 6. 指纹识别系统的硬件设计5 6.1 硬件结构 5 6.2 电路设计 5 7. 工程心得 6 7.1 系统的不足或可改进部分6 7.2 感受及收获 6 8. 参考文献 6 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 9 页3 / 9 1. 整体介绍1.1 发展前景汽车防盗器就是一种安装在车上，使汽车不会丢失的装置，目前防盗器按其结构与功能可分四大类：机械式、电子式、芯片式和网络式，四者各有优劣，但汽车防盗的发展方向是向智能程度更高的芯片式和网络式发展。目前已经出现了许多生物识别技术，如指纹识别、声音识别、虹膜识别、视网膜识别、面部识别等，但其中一部分技术含量高的生物识别手段还处于实验阶段。使用有生物特征的汽车防盗器在国内市场正处于起步阶段。汽车的大量普及数字化的不断提高，使用生物特征的防盗方式将取代传统的防盗方式。中国的国民经济正飞速向上增长，这意味着巨大的市场空间，使用具有生物特征的汽车防盗系统将拥有十分良好的市场前景。1.1 总体设计我们的基于生物特征识别的汽车防盗报警系统，主要以凌阳SPCE061A 单片机作为主芯片，采纳凌阳SPCE061A 单片机具有的连接喇叭而发声的扬声模块，连接能够录制声音的麦克风，连接FPS200的指纹模块，连接发送无线网络的MC35I芯片的 GPRS报警模块。我们现在模拟一下这个系统的运作：车主来到汽车面前，首先对车主的指纹进行识别和验证，然后车主用语音开启车门，系统录制后，与数据库中的备份语音进行核对，语音正确，则系统打开车门，然后系统自动挂变，关闭控制车门的模块，车主进入汽车后由手动锁车门，以及用车主钥匙启动发动机。如果在验证车主时，验证失败3次后，就马上启动系统中的GPRS 报警系统，通知车主和警察。2. 硬件部分2.1 硬件元器件支持功能所需硬件模块1. 语音识别2. 指纹识别3. GPRS 4. 凌阳 SPCE061A 5. 指纹模块 FPS200 6. GPRS 模块 MC35I 7. 喇叭，麦克风精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 9 页4 / 9 2.2 分工过程我负责凌阳 61A单片机的指纹识别模块和GPRS 模块，我的组员秦能负责凌阳61A单片机的链路连接模块和语音识别模块。3. 软件部分总体软件系统设计思想，我们是采用模块化设计思想，系统可以划分为指纹管理模块、语音管理模块和GPRS 管理模块。3.1 指纹管理模块指纹管理模块具体的是将车主的指纹备份，在发动机验证启动模块验证车主指纹，验证成功后，启动发动机；验证不成功，要求重新输入指纹。3.2 语音管理模块语音管理模块也就是车门开启模块。车门开启流程是：输入开门语音，若语音正确则开车门锁，否则无反应。车主进入汽车后，系统挂变，并且关闭系统。3.3GPRS管理模块报警流程是报警装置初始化后，若汽车发动机非法启动而又没有通过指纹识别时，则点火装置分离、 GPRS 短信通知车主等相应的警报状况。凌阳单片机SPCE061AMC35ISPEAKERMIC按键FPS200存储扩展LCD 点火开关门控开关精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 9 页5 / 9 4. 指纹管理模块的具体工作4.1 发展前景20世纪 80 年代，个人电脑、光学扫描这两项技术的革新，使得它们作为指纹取像的工具成为现实，从而使指纹识别可以在其他领域中得以应用，比如代替IC 卡。现在(90 年代后期 ，低价位取像设备的引入及其飞速发展，可靠的比对算法的发现为个人身份识别应用的增长提供了舞台。相对于其他身份鉴定技术，指纹识别技术之所以优于其他身份鉴定技术而被广泛采用的原因：指纹是独一无二的，两人之间不存在着相同的指纹；指纹是相当固定的，不会随年龄、健康状况的变化而改变；指纹样本易于采集，难以伪造，便于开发，实用性强；每人十指的指纹皆不相同，可利用多个指纹构成多重口令，提高系统的安全性；指纹识别中使用的模板并非最初的指纹图像，而是由图像提取的关键特征，减小所需存储的信息量，且在实现异地确认时，可大大减少网络传输负担，支持网络功能。可以看出，指纹识别技术相对于其他识别方法有许多独到之处，具有很高的实用性和可行性。4.2 技术困难指纹图像其实是比较复杂的，它有着许多不同于其他图像的特征。与人工处理不同，现代的生物识别技术并不直接存储指纹的图像，而是记录从指纹源图像中提取到的特征，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。我们定义了指纹的两类特征来进行指纹的验证：总体特征和局部特征。总体特征是指那些用人眼直接就可以观察到的特征，包括：基本纹路图案：环型，拱型，漩涡型。其他的指纹图案都基于这三种基本图案。仅仅依靠图案类型来分辨指纹是远远不够的，这只是一个粗略的分类，但通过分类使得在大数据库中搜寻指纹更为方便的。4.3 总体设计方案硬件平台大致可以分为5 个部分：成像系统 传感器 FPS200 ）、核心部分，而波峰则对应指纹图像的谷(指纹图像中亮的纹线 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 9 页若所考察的当前像素点恰好落在波谷上，则该点就是指纹脊线点，若所考察的当前像素点恰好落在波峰上，则该点就是指纹谷点，而谷点到脊点间像素灰度的变化几乎呈线性，正是基于指纹图像在结构上和像素灰度变化上的这些特点，本文提出了下述指纹图像二值化方法：1将图像分成大小为NN的小块，用上述方向图改进方法计算各小块的方向；2对图像中的每一点，以其所在块的方向作为该像素点的方向，并以该点为中心在其法方向上取 ( 一般为奇数 的矩形窗，计算矩形窗内指纹方向每一列中像素点在法方向上的加权平均，具体公式为：3对中极大点或极小点附近的波动做平滑处理；4找出极大点和极小点位置及对应的值，对极大值极小值求平均，将此平均值作为该点二值化门限，称其为动态阀值。5将当前像素点的加权平均灰度值与动态阀值进行比较，若小于动态阀值，同时，当前像素点在波形图极小点一个有限的邻域内，则当前像素点为脊线点，否则为谷点。本算法在具体实现中可利用同一块中所有像素有同样方向的条件，推导出快速算法，防止一些点的重复扫描，大大缩短处理时间。6. 指纹识别系统的硬件设计6.1 硬件结构指纹识别系统主要包括：单片机最小系统、指纹采集部分、串口通信电路、外部存储部分、开关按钮，供电系统组成。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 9 页8 / 9 指纹识别系统中，单片机采用AT89S51单片机，它是整个控制器的核心部件。MAX232 作为接口芯片用于实现指纹传感器串口的RS-232信号与 89S51串行口的 TTL信号的相互转换。6.2 电路设计本系统采用 AT89S51作为指纹识别系统的核心处理器，使用单片机内部的4K程序存储器，接 +5V电源。复位电路则采用简单RC复位电路，同时又可与一些需要复位的外围电路相连，达到复位与单片机同步。串口通信接口设计采用MAX232 实现 TTL与 RS-232的转换，实现与计算机通信。7. 工程心得7.1 系统的不足或可改进部分目前指纹识别技术还有很多困难。例如：当三维的指纹被指纹录入设备扫描成二维的数字图像时，会丢失一部分信息，手指划破、割伤、弄脏、不同干湿程度以及不同的按压方式，还会导致指纹图像的变化，这给可靠的特征提取带来了相当地困难。传统的基于细节点的识别方法，是依靠提取指纹脊线上的细节点，然后对其位置和类型进行匹配，来识别指纹的，而噪声会影响特征提取准确度，增加错误的特征点或丢失真正的特征点。传统的基于细节点识别算法的不足之处，因为它只利用了指纹图像中的一小部分信息细节点位置和方向，作为特征进行匹配，丢失的蕴涵在图像中的其他丰富的结构信息。不难想象，基于这种方法的识别算法，很难全面适应指纹的变化。对于指纹管理模块中的指纹套取与验证，我组成员暂时不能将这个模块灵活运用，指纹管理模块中，最大的困难就是不能将指纹很明确的套取出来，然后在启动发动机时验证车主指纹。7.2 感受及收获这个基于生物特征识别的汽车防盗报警系统的课题，在指导老师的指导下，和组员对这课题做了不少调研后，学了很多东西，了解了凌阳61A单片机的运精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 9 页9 / 9 作过程，了解怎样通过并行口和USB口下载需要的程序代码，然后在对其代码进行修改，直至机器运行起来。在做这个课题时，我还比较深入地去了解了指纹的套取，储存以及验证，将身边的信息转变成计算机二进制代码存到自己的计算机系统之中，这对学计算机专业的我来说，是很重要的一种学习方式。8 参考文献1、阮秋琦，数字图像处理学，电子工业出版社，2001 2、TMS320VC5409 Data Sheet 3、FPS200 Solid-State Fingerprint Sensor Data Sheet 4、陈跃峰，指纹图像特征提取的新方法，计算机工程与应用，2001 5、李建华，基于方向图的动态闽值指纹图像二值化方法，大连理工大学学报， 2002 6、冯星奎，一种新的指纹图像细化算法，中国图像图形学报，1999 7、刘文星，纹线跟踪及其在细化指纹后处理中的应用，2002 8、刘家锋，一个基于特征点匹配的联机指纹鉴别系统，哈尔滨工业大学学报，2002 9、简兵，基于脊线跟踪的指纹图细节提取算法，电路与系统学报， 2001 10、刘旭，自动指纹识别算法在嵌入式系统的实现，计算机工程与应用， 2002 11、李华， MCS-51系列单片机实用接口技术，北京航空航天大学出版社，1998 12、张培仁，基于c 语言编程 MCS 一 51 单片机原理与应用，清华大学出版社，2003 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 9 页