基于ATmega162的指紋識別電子機械鎖設計
加入技術交流群
1．3 電子鎖和機械鎖的通信
電子鎖和機械鎖之間的通信是通過超外差發送和接收模塊完成。機械鎖發送如圖3所示的信息，每位數據寬度為1 ms。由于噪聲的影響，單片機ATmega162只能通過查詢方式接收。
前導碼是由23位數據組成。數據碼由FAH碼、地址碼以及KEY碼組成，每個數據碼有10位，分別由8位數據、起始位(1)和結束位(0)組成。
地址碼就是機械鎖的識別碼，識別碼是惟一的，每次讀取KEY碼，都會將當前地址碼和存儲的地址碼進行比較，若相同才能讀取KEY碼，因此不會接收來自其他用戶的鎖發出的信息。
KEY碼就是鑰匙的編碼，每個鑰匙的編碼是惟一的，因此可以記錄用戶家庭成員的開門信息，方便用戶查詢。電子機械鎖應用在辦公場合時，若發生偷竊情況，可以查詢最近的開門信息，來確定懷疑對象；也可以查詢特殊鑰匙開門情況，比如保姆工作的具體時間。若發生非法開門時，KEY碼為0x00，接收到該KEY碼時，產生報警信號。
2 指紋識別算法原理
2．1 指紋識別算法
指紋識別分為以下4個步驟如圖4所示。
指紋圖像預處理是最重要的一步，關系到后面提取的特征點的正確與否。
由于指紋采集設備的不完善性，對于干、濕、臟、老化、磨損的指紋，往往難以采集到清晰的圖像，因此需要圖像增強，是指紋圖像預處理中重要的一步，采用Gabor濾波完成。根據指紋圖像局部區域的紋線分布具有較穩定的方向和頻率，設計相應的Gabor帶通濾波器，能有效地在局部區域對指紋進行修正和濾噪。Gabor函數是惟一能達到時頻測不準關系下界的函數，二維表達式為：
Gabor函數是二維高斯函數在空間頻率域的平移函數，σx，σy為對應于x方向和y方向的角頻率平移參數。二維Gabor函數的實部和虛部可各自表示為一個函數，分別稱為偶Gahor和奇Gabor函數。偶Gahor函數適于增強目標物體，而奇Gabor函數適于增強物體邊緣。
Gabor濾波器系數分量為：
式中：x=mcosφ+nsinφ；y=-msinφ+ncosφ；(i，j)為當前點的坐標，φ為當前點(塊)的方向，f為當前塊(整體)的正弦平面波的頻率；(m，n)取值范圍與指紋圖像的坐標(i，j)取值范圍相同。σx，σy增大，對噪聲的適應能力增強，但有可能會產生偽紋線；減小，消除噪聲的作用減弱。
對于每一點，根據其方向、頻率，求出Gabor濾波器系數，然后根據式(3)計算當前點濾波后的值：
從圖5可很明顯地看出，經過Gabor濾波處理后，圖像對比增強，紋理清晰，特征明顯，提高了后續提取指紋特征點的正確率。
2．2 指紋識別模塊的通信協議
指紋識別模塊作為從設備，通過串口，由主芯片ATmega162發送相關命令對其進行控制。
命令接口：19200b／s 1起始位1停止位(無校驗位)。
主芯片發送的命令及指紋模塊的應答數據長度為8 B，數據格式如下：
CMD：命令／應答類型；P1．P2，P3：命令參數；Q1，Q2，Q3：應答參數；CHK：校驗和，為第2字節到第6字節的異或值；Q3用于返回操作的有效性信息，表示操作是否成功，數據是否存在，采集指紋超時等。
評論