1、嵌入式系统；UART；MSP430；TA0701 Based on the Embedded Fingerprint System DesignABSTRACTWith the rapid development of technology, more and more people pay attention to their personal privacy, personal identification thereby increasing demand. Since the fingerprint has a unique invariant, so that fingerprint
2、 identification technology compared to traditional identification methods together, more secure and operational, so based on the shortcomings of traditional identification technologies can be overcome, fingerprint identification is increasingly being recognized. Based on fingerprint authentication t
3、echnology, fingerprint recognition is an important tool, it has always been generally run on PC platforms, but with the rapid development of modern society, the demand for fingerprint identification system on the rise, while the market for portability and ease of use requirements more higher, finger
4、print products are moving in the direction of the development of embedded technology.This paper introduces the purpose and significance and market needs fingerprint recognition technology, and gives the principle of embedded fingerprint identification system, after the adoption of the advantages and
5、 disadvantages of traditional authentication techniques proper analysis, and further proposed the use of biometrics authentication mode, in which, based on the design and implementation of embedded fingerprint identification system.Also proposed architecture embedded fingerprint identification syste
6、m, including fingerprint module based design of hardware circuit, firmware side implementation and MSP430F2370 master chip UART driver implementations. In the design of embedded fingerprint identification system, the hardware used has a cost advantage of MSP430F2370 chip as the main chip and fingerp
7、rint TA0701 chip and system design of the appropriate power and UART interface circuit, embedded fingerprint identification system hardware module design. In terms of software, based on based on the characteristics of embedded fingerprint identification system, this paper designed function modules,
8、including initialization, registration, fingerprint processing, log in, delete, and error alarm. Use IAR EMBEDDED WORKBENCH software debugging software section. And programmed into the chip using serial debugging software SSCOM32_E666 the software running the problems of monitor, modify, compile wit
9、h software commands. We designed and implemented based on the embedded high security, cost-effective fingerprint recognition system.Key Words: Fingerprint Identification;Embedded System; UART; MSP430;TA0701.目录第一章绪论11.1 课题的研究目的与意义11.2 机器人的市场需求11.3 国内外发展现状21.4 论文研究内容及基本结构3第二章课题设计方案的选型52.1 生物特征识别技术概述52
10、.2 指纹识别技术介绍62.3指纹采集传感器技术82.4 关于MSP430单片机的概述92.5 UART串口通信92.6小节11第三章嵌入式指纹识别系统硬件的设计123.1 嵌入式指纹识别系统的硬件结构123.1.1嵌入式指纹识别系统结构图123.1.2 硬件框图123.2 主控芯片选型133.2.1 选择具体的主控芯片类型133.2.2 指令系统153.2.3 寄存器描述153.3 指纹模块选型173.3.1指纹模块组173.3.2管脚分配173.3.3指纹处理芯片183.4电路原理图的设计与实现193.4.1 指纹模块电路203.4.2 FLASH电路203.4.3电压调整电路213.4.
11、4U转串电路213.4.5烧写电路223.4.6电源电路233.4.7显示电路233.4.8按键电路243.5硬件实物243.6硬件调试243.7 小节25第四章嵌入式指纹系统软件部分与实现264.1 整体结构264.2软件的总框图264.3软件系统的设计与实现274.3.1软件主工作流程274.3.2初始化模块实现284.3.3用户注册模块实现294.3.4指纹处理模块实现334.3.5登录354.3.6删除374.4软件调试384.4.1程序的编译394.4.2程序的烧写404.5小结42第五章总结与展望43参考文献44致谢45天津理工大学中环信息学院2016届本科毕业设计说明书（论文）第
12、一章绪论1.1 课题的研究目的与意义本课题的主要来源是人们在生产实践中对指纹识别系统的需求，随着社会日新月异的变化，个人身份识别在各种行业中的应用无处不在，同时也因为智能技术应用的快速发展个人身份识别的应用变得日益增长。出于这个原因，传统身份识别方法在与其相比较下的局限性和缺陷体现的也日益突出。当前基于传统识别方法的机械钥匙，用户账号与密码相结合以及智能IC卡等都存在着会丢失，被他人轻易复制和被盗用的极大隐患，由于这些弊端用户的满意程度变低以及体验感觉变差，使得传统产品的推广普及便受到了很大的局限，而这些正是由于传统身份认证操作对象并不是被识别人本身，存在很大的缺陷而导致的。因此想要解决目前出
13、现的这些问题，我们要必须加强对用户的身份信息的认证。当今，基于生物特征的身份识别技术快速发展，在一定程度上可以从根本上解决基于传统的个人身份识别方法的缺陷。我们知道的生物特征有个人的指纹信息和声音特征等，类似于其特殊的功能还有人们的特定生活习惯和特色口音。这些就是日常生活中我们所熟知的生物特征。个人身份识别领域应用生物特征的最主要原因是在于这些特征对于每一位识别者来说都是具有一定的特殊性的，而且这些特征都是唯一不可复制的，并且是很难在极短时间内发生巨大变化的，长时间稳定是它的显著特点。我们每个人身体不同部位所产生的纹路也是大不相同的，而这一切都是由于我们凸凹不平的皮肤所引起的。由于我们皮肤表面
14、存在着这些纹路从而使得手掌表面的摩擦力变大，人们则可以用手来拎起物体。因此，我们可以根据这种唯一的特点把每个人和他的指纹一一相匹配起来，这样一来则可以通过比对被识别者的指纹信息，从而可以辨别其身份信息的真实可靠性1。这种依靠人体的身体也就是这里所说的身份认证实际上是指通过指纹传感器传送指纹信息确认相关使用者身份的过程。众所周知，我们都生活在现实的物理世界中，每个人都具有属于自己的特征，这些特征是不同于他人的。与基于传统的个人身份信息识别方法相比较起来，生物特征的识别技术具有大量优势如可以随身携带和随时使用，从而可以为用户提供更加安全，更为方便的保密服务2。1.2 指纹识别系统的市场需求当前，利
15、用生物特征识别身份的方法发展十分迅速， 到2012 年为止全世界生物特征识别市场的规模已经增长至 100 亿美元。生物特征识别是世界通用的国际安全识别中最为高效的可以用来预防恐怖，维持稳定的技术。目前美国，欧盟等国家已经实施强制措施对进入该国的旅客进行个人生物信息的采集记录。伦敦奥运会更是提出苛刻的要求即记录每一位观众的相应的信息以此来保证奥运会的安全和顺利进行。而我国也开始重视个人信息的采集在举行的各届大学生运动会上极为严格的采集了所有运动员和观众的个人信息。除此以外，学校也是一个很好的例子，由于学籍管理，图书借阅，食堂售饭，学杂费交纳，课外活动管理，学生上机费用收取等等都是属于综合管理的范
16、畴，因此学校内部的综合管理内容较为复杂3。如果我们充分利用智能卡的优势，将众多复杂的功能集成在一张卡上，这样一来就可以大大节约学校的各种资源。基于指纹的身份识别技术与智能卡技术的结合使得众多优势凸显而出，首先就是在真实性方面，我们可以保证持卡者身份的真实性准确无误，再者就是在快捷方面来说可以节省比对指纹的时间，而这一切均依赖于指纹识别系统的应用。1.3 国内外发展现状 目前，计算机技术发展十分迅猛，并且人们也越来越关注信息的安全。因此很多公司都顺势推出了一系列关于网络安全以及信息识别的产品，这类产品虽然种类繁多但是它们的工作原理则可以简要概括为以下几个方面：1.基于传统的密码访问权限控制的产品
17、。在基于传统的身份识别产品中，它们的主要的解决方法就是将多重操作密码和安全设置相结合。2.物品识别产品。智能卡就是一个很好的例子，把深层安全机制与多重加密算法结合在一起，正是这种工作原理使得智能卡成为十分安全的工作方式之一，又由于智能卡有相应的工作介质可以进行信息的存储，并且可以处理一些文件，而这些特征并不会影响个人信息的识别与实现，因此现在在银行，财务等工作领域中这一工作方式受到广泛的应用。3. 基于指纹识别的相关产品。目前，指纹识别随着智能科技的发展有着飞速地发展，而这受到广泛的应用都是源于以下几点：（1） 每个指纹都是特殊的，不可复制的，但是IC 卡却是可以很多用户持有一张；（2） 指纹
18、识别具有高安全性，而 IC 卡的安全度不足；（3） 指纹识别的投入是一次性的，就经济性来说是特别经济可靠的。目前，基于指纹识别的认证系统发展十分迅猛，但是，其产品还处于发展状态，某些方面还不太完善，需要改进的地方体现在： 1.目前，市场上绝大多数的指纹产品没有配备相应的指纹采集设备。2.指纹识别产品发展领域虽然广泛，但是，其很少用在安全认证的项目中。3.目前，我国要想建立完整的指纹信息库还需要很长的时间。但是，形成指纹信息库对当下来说是实现大型指纹识别项目的有力保障。但是这项工作目前都没有得到相应的重视，更加难以启动；4.标准化制订滞后，指纹产品行业目前还没有成形的、可行的国家标准。考虑到基于
19、嵌入式的指纹识别技术目前具有广阔的商业前景，通常情况下，各个公司或研究机构都把指纹识别技术当做核心要素，因此，我们只能从外部条件去得知指纹相关产品的各种性能指标和参数并理顺它的发展情况。国际市场上有很多公司研究指纹识别技术的产品，在这方面欧美是引导者。目前，在美国有多家公司都已经推出了自己的指纹识别产品，就拿IBM 公司来说，它使用自己的软件作为企业内部的网络安全控制，从而使得企业内部信息的安全受到保护。国内市场上，指纹识别技术相对落后几十年。而且相比欧美国家，我们之间有着不可跨越的差距，在国内指纹技术发展期间，我国出现了技术提供者和产品的营销者等4。目前，我国的指纹识别技术发展迅猛，逐渐拉低
20、和高技术国家的差距。1.4 论文研究内容及基本结构本选题主要来源于生产实践中指纹识别系统的需求，随着科技技术的发展，个人身份识别的应用范围日益增大。基于传统的身份识别方法的缺点表现的日益明显。目前，钥匙和密码等保护措施存在着丢失，复制及被盗用的隐患，导致用户满意度低和体验差，对于产品的推广受到了很大的局限。本课题设计的基于嵌入式的指纹识别系统解决了传统方式所遗留下来的难题，通过指纹传感器传送指纹信息，为用户提供更安全，更方便的保密服务。本文研究的主要内容包含如下几个方面：1.对指纹传感器的研究与应用2.指纹图像识别模块的应用与实现3.身份认证和访问控制系统的设计与实现4.指纹识别算法的研究与应
21、用5.嵌入式指纹系统的软件调试本文的研究方法和手段有如下几个方面： 首先，通过对课题的需求进行了研究与分析，初步认知课题的现实性与实用性。其次，在图书馆根据要求查阅有关文献，学习相关的理论知识，了解所需的专业技术知识并对产品有初步的设计思路。然后，在实验室用PROTEL 99SE设计主电路图，在专业的环境下进行软件的设计。本文的研究步骤如下：1. 阅读任务书，了解课题内容，明确具体要求。2. 对产品的需求进行分析。3. 方案设计和系统构架。4. 查阅参考文献与相关资料，了解UART。5. 采用专业工具进行产品软件设计。6. 集成调试。本文的结构大致如下：第一章：绪论，简介嵌入式指纹识别系统的研
22、究目的和意义以及市场需求和国内外发展状况。第二章：课题设计方案的选型，介绍了生物特征识别技术、指纹识别技术和指纹识别系统的工作模式。第三章：嵌入式指纹识别系统硬件部分的整体结构，主控芯片等进行了详细的阐述。第四章：本章是用于设计和实现系统的软件部分，阐述了指纹识别系统软件的整体结构，并详细描述了系统各个软件模块，给出相应模块的流程图和程序要求。第二章课题设计方案的选型2.1 生物特征识别技术概述身份认证就是通过特定方式确定用户身份的过程，随着科技的发展认证技术不再像以前那样单一，现在常用的身份认证技术可以分为以下三类，第一类是根据被认证对象所掌握的信息来确定身份，如口令、身份识别码；第二类则利
23、用被认证对象所拥有的物品对其进行身份识别，如身份证、护照、信用卡；第三类根据被识别对象所拥有的生物特征进行身份识别。生物特征身份识别由身份验证和辨识两部分组成。典型的生物特征识别系统如图 2.15所示。图2.1生物特征识别系统结构图Fig. 2.1 Biometric identification system structure可以用于身份识别的生物特征须满足如下的条件6：1.普遍性，即每个人都要拥有此生物特征；2.唯一性，即任意两人的此特征不可能完全相同；3.永久性，即此特征相对于时间来说是具有长久不变性的；4.可采集性，即特征可以被采集和检测；5.性能，体现了识别的精度；6.可接受性，表
24、明了当前人们对生物特征识别技术的接受的程度。生物特征中指纹、虹膜等本身就具有以上所述的优点，我们根据这些唯一的生物特征来进行身份信息的识别，显然我们可以克服许多间接认证的限制，并满足人们在识别方式上的更高要求。因而，生物识别技术行业将拥有越来越大的市场，前景十分广阔。指纹识别拥有一些特殊的特点，相关特征如下所述7：1.普遍性：每个人都具有自己的指纹；2唯一性：两个指纹几乎不可能相同；3.永久性：即不会随着人体的发育而改变；4.可采集性：即可以通过一定的设备和手段采集到；5.可行性：通常情况下可以达到相当合理的正确率；6.可接受性：方式能被人们所接受；7.防伪性好。指纹识别技术目前已成为最可靠的
25、生物特征识别技术之一，并在人们的生活的应用日益增多。以下对这几种生物特征识别技术进行了比较，如表2.1所示8表2.1几种生物特征识别技术的比较Table2.1 The comparison of several kinds of biometric identification technology生物识别技术识别效果1比1比对1比N比对仪器体积指纹很好可以很小虹膜或视网膜大手形好不能居中人脸变化小声音通过以上比较可知，从识别效果来看，指纹识别和眼识别的较好，人脸识别受光的影响较大，而语音识别受麦克风的影响很大。指纹识别和眼睛识别有着低错误率，但由传感器价格和仪器体积比较可知，指纹识别更易于普
26、及。2.2 指纹识别技术介绍指纹识别系统是一个在模式识别系统的基础上，验证识别人的生物特征的系统。指纹识别系统的工作模式可以分为两类：验证（VERIFICATION）模式和辨识（IDENTIFICATION）模式，如图2. 29所示：图 2.2 指纹识别系统工作模式的结构框图Fig2.2 The fingerprint recognition system structure diagram of work patterns验证模式：对用户进行指纹比对，然后判断身份。辨识模式：与数据库中的指纹进行一对一对比，找出与现场输入指纹相匹配的指纹特征信息。辨识被拒绝（如果人被拒绝）是应用程序的重要组成部分10。拒绝识别的目的是防止一个人具有多重身份。指纹识别系统其工作流程如图2.311所示 特征点提取 特征点匹配 输出显示 注册 匹配 指纹图像采集 指纹图像评估 指纹图像预处理 存入特征模板数据库 图2.3指纹识别系统工作流程Fig.2.3 Fingerprint identification system workflow指纹自动识别系统AFIS（Automated Fingerprint Identification System）是集模式
