基于ATmega162的指紋識別電子機械鎖設(shè)計
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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(fā)送和接收模塊完成。機械鎖發(fā)送如圖3所示的信息，每位數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)組成。數(shù)據(jù)碼由FAH碼、地址碼以及KEY碼組成，每個數(shù)據(jù)碼有10位，分別由8位數(shù)據(jù)、起始位(1)和結(jié)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(fā)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(yīng)用在辦公場合時，若發(fā)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(fā)生非法開門時，KEY碼為0x00，接收到該KEY碼時，產(chǎn)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(guān)系到后面提取的特征點的正確與否。
由于指紋采集設(shè)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(jù)指紋圖像局部區(qū)域的紋線分布具有較穩(wěn)定的方向和頻率，設(shè)計相應(yīng)的Gabor帶通濾波器，能有效地在局部區(qū)域?qū)χ讣y進行修正和濾噪。Gabor函數(shù)是惟一能達到時頻測不準關(guān)系下界的函數(shù)，二維表達式為：
Gabor函數(shù)是二維高斯函數(shù)在空間頻率域的平移函數(shù)，σx，σy為對應(yīng)于x方向和y方向的角頻率平移參數(shù)。二維Gabor函數(shù)的實部和虛部可各自表示為一個函數(shù)，分別稱為偶Gahor和奇Gabor函數(shù)。偶Gahor函數(shù)適于增強目標物體，而奇Gabor函數(shù)適于增強物體邊緣。
Gabor濾波器系數(shù)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(yīng)能力增強，但有可能會產(chǎn)生偽紋線；減小，消除噪聲的作用減弱。
對于每一點，根據(jù)其方向、頻率，求出Gabor濾波器系數(shù)，然后根據(jù)式(3)計算當前點濾波后的值：
從圖5可很明顯地看出，經(jīng)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(xù)提取指紋特征點的正確率。
2．2 指紋識別模塊的通信協(xié)議
指紋識別模塊作為從設(shè)備，通過串口，由主芯片ATmega162發(fā)送相關(guān)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(fā)送的命令及指紋模塊的應(yīng)答數(shù)據(jù)長度為8 B，數(shù)據(jù)格式如下：
CMD：命令／應(yīng)答類型；P1．P2，P3：命令參數(shù)；Q1，Q2，Q3：應(yīng)答參數(shù)；CHK：校驗和，為第2字節(jié)到第6字節(jié)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(shù)據(jù)是否存在，采集指紋超時等。
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