基于单片机的指纹识别系统的研究与设计

农村经济与科技2010年第21卷第10期（总第255期）

基于单片机的指纹识别系统的研究与设计侯志松，左现刚，许守先

（河南科技学院信息工程学院，河南

［摘式等。

［关键词］指纹识别；AVR单片机；指纹采集器；RS232通信协议

新乡453003）

要］首先系统介绍了指纹采集和识别系统的一般结构：包括指纹图像的获取、处理、特征提取和比对等，然后

给出了脱机指纹识别系统的具体设计，包括硬件的组成和通信协议的开发，以及单片机对大容量数据的存储和处理方

1引言

传统的身份识别方式主要有给予密码的方式和给予凭证

气味，签名等特征具有与面相特征相似的优点，但也会随年龄、健康状况及环境等因素而变化。虹膜特征识别和视网膜特征识别解决了上述问题，同时还具有上述其他生物特征所具有的一些优点，不过目前技术尚未成熟，且造价较高。人体的指纹识别是起步最旱、最为实用的技术，且非常稳定，具有终身不变、不可丢失、唯一性的特点，所以不存在损坏、丢失或替代等问题，相对而言，目前利用指纹识别技术来进行身份认证是一种较好的解决方案。

的方式，这些方式存在容易遗忘、容易丢失、容易被破译或仿制等缺点，所以人们迫切需要有一种准确、方便、安全的识别技术来代替现有的身份识别技术，这种新的识别技术所识别的对象必须具有长期不变性和唯一性。生物识别技术（Biometric

identificationtechnology）就是通过利用个体特有的生理和行为

来进行身份识别和个体验证的一种技术。目前的生物识别技术已发展为很多种，有基于生理特征的，比如人脸识别、指纹识别、人脸温谱识别、虹膜识别、视网膜识别、手型识别；有基于行为特征的，比如语音识别、步态识别、签名识别和击键识别；还有一些其他的比如DNA识别、汗毛孔分析、气味检测等识别技术。在这些的生物特征巾，人脸识别具有很多优点，如人脸是外在形象，是公开的，不涉及隐私问题，但面部会随年龄变化，容易被伪装，同时受角度和光线影响较大。语音、人脸温潜、手型、

2

2.1

指纹识别系统

指纹识别技术的优点

相对于其他身份认证技术，自动指纹识别具有许多独到的

优点：①人的指纹具有唯一的标识性。有数据表明，甚至包括双胞胎，世界上两个人指纹相同的概率几乎为零；②指纹样本便于获取，易于开发识别系统，实用性强。已有标准的指纹样本

高蒸发量大，影响土壤墒情；过晚封冻后不能渗入土壤，同样影响墒情。

2.8重视肥水管理

6月中旬冬水棉花正值开花结铃期，生长达到需要化肥的

最高峰；在6月中旬棉花灌头水，以防灌水过早引起棉花旺长结合灌水每667㎡施尿素8～10kg每隔20～25天灌水一次；8月下旬停止灌水。

2.3适时整地

三月底四月初整地保墒结合整地每667㎡施磷两铵5～

10kg或云南磷肥10kg混施8～10cm地层使肥料均匀分布在全

耕层及时整地保墒待播。

2.9合理化调控

冬水棉花在化控，根据长势情况新苗分类进行：一类棉花

2.4选用良种

冬水棉花应选用生育期相对较长、优质、丰产、抗病的品种

用花蕾宝20ml或助长素10ml/兑水30kg叶面喷施；另一类棉花用花蕾宝15ml或助长素8ml结合化控喷施喷施宝5ml兑水

敦棉2号691-08、新陆早36以充分利用冬水植棉生育期前的特点和延长棉花的有效结铃期发挥其主产潜力。

45kg叶面喷施；第三类棉花用花蕾宝10ml喷施宝5ml磷酸两

氢氨200g或绿素“95”50ml兑水60kg叶面喷施注意防止水控化控重叠，化控措施一定要在头水之前落实，药量应根据灌水时控制，灌水越早药量越少。

2.5严格掌握播期

适期早播有利于早发、苗齐、苗壮、生长稳健；在播期确定

上可根据物候期的情况确定，如杏花开、柳树吐绿等；土壤表层

5cm地温稳定通过12℃时进行播种。2.6

合理密植

根据冬水棉花株型矮化的特点，可以在适当的范围内增加密度，如膜宽植棉一膜四行或五行交替，亩保苗1～1.3万株。

2.10后期管理力争不早衰不脱肥表现为青枝绿叶吐白絮，叶

绿脉黄不贪青作者简介：

雷军(1970—)，男，甘肃敦煌人民代表大会，助理农艺师，研究方向：农业技术推广。

2.7田间管理要突出早字早出苗、早定苗、早脱裤腿。

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侯志松，等:基于单片机的指纹识别系统的研究与设计

实用技术

块。它内置了标准的UART串行通信接口，可以由外部控制器用内嵌的指令进行控制。该模块由指纹采集仪和指纹处理板两部分组成：采集仪部分采用先进的CMOS图像传感芯片和光学技术制成，通过指纹处理板的控制采集指纹图像；指纹处理板能够在指令的控制下，完成指纹图像的采集、特征值提取、比对等功能。

库，方便了识别系统的软件开发；另外，识别系统中完成指纹采样功能的硬件部分也较易实现；③指纹识别中使用的模板并非最初的指纹图，而是由指纹图中提取的关键特征，并根据关键特征建立相应的指纹模板，这样既使系统对模板库的存储量减小也保护了使用者的个人隐私。

由此可见，相对与其他方法而言，指纹识别技术有很多独到之处，现代指纹识别技术被认为是理论成熟、科学性强、实践应用广泛、发展前景最广阔的一项生物识别技术。

4软件设计

单片机和计算机的通信协议定义如下：

2.2指纹识别技术的工作原理

指纹识别是指从指纹数据库中查找出与给定指纹相同的

指纹数据，从而达到辨别身份的目的。指纹识别系统主要包括两大功能：指纹登记(注册)和指纹识别。指纹登记主要包括指纹采集、指纹图像预处理、特征点提取、特征模板存储和输出显示；指纹比对的前三步与指纹登记相同，而在特征点提取后，将生成的特征模板与存储在指纹特征模板库中的特征模板进行特征匹配，最后输出显示匹配结果。指纹识别系统的基本流程如下图所示

度。

命令参数：执行命令所需的参数，此部分的长度随命令标识不同而不同。

校验字节：为信件长度、命令标识、命令参数中各个字节的累加和后，再与7F相与。

FB：为信头标识。

信件长度：信件长度为命令标识的长度加上命令参数的长

FE：为信尾标识。

5

图1

指纹识别系统

结束语

本文根据指纹识别的原理对指纹识别系统做了研究和设

指纹识别可分为指纹验证和指纹辨识两种模式。验证模式，即从数据库中提取指纹样本与录入的指纹进行比对，看是否是同一指纹；辨识模式，即将待识别的指纹图像与指纹库中所有指纹图像进行一一比对，寻找相匹配的指纹，找到匹配指纹或搜索完整个指纹库之后无匹配指纹，给出相应的结论。

计，提出一套基于单片机实现的智能指纹识别系统，该系统选择了目前比较前沿的微处理器Mega16，运算速度快。

基金项目：2010年度河南省科技计划项目重点项目，基于微内核的工作流管理系统研究与设计（102102210191）。

参考文献：

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王升国.指纹识别算法研究及其实现［D］.海南师范大学硕士学位论文，2007.5.［2］

董立羽.现代生物特征识别技术发展综述［J］.电脑与信息技术，

3硬件设计

采用大容量的Flash存储器存储指纹数据，再加上RS232

2007，10(5)：11-13.［3］

伍更新.自动指纹识别若干关键算法的研究［D］.中南大学

接口与计算机通信，既可将设备中数据信息上传到计算机数据库中，也可以将计算机中数据下载到设备中。采用4×4小键盘用于输入必要的号码、以及其他控制命令，用LCD12864的液晶显示模块向操作人员显示结果，同时增加蜂鸣器和发光二极管

进行声光提示。具体控制由AVR系列单片机

2007.5.29.［4］

田捷.指纹识别技术的新进展［J］.自然科学发展，2006，16(4)：400-

408.［5］

齐永锋，火元莲，张家树.生物特征识别的关键技术与安全性思考［J］.微计算机信息，2008，24(18)：30-31，34.

Mega16来实现。图2是

其硬件系统框图。

指纹采集模块是长春宏达光电子与生物统计识别技术有限公司生

图2

系统硬件结构框图

作者简介：

侯志松（1979—），男，河南省安阳市人，硕士，河南科技学院（讲师），主要研究方向：网络数据库，工作流管理系统。

产的M04型指纹识别模

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