基于指紋識(shí)別的無人機(jī)指令控制儀

劉鼎 康晟祥 廊坊某預(yù)備役保障旅 河北廊坊 065000

“T—18”無人機(jī)在國慶閱兵中的亮相表明無人機(jī)在我國的使用越來越受到重視。在近幾年內(nèi)將有不同型號(hào)的無人機(jī)在炮兵、空軍、海軍、二炮被使用。同其他軍事裝備一樣，無人機(jī)的維修、保養(yǎng)、操作演練需要有相應(yīng)保障，同時(shí)無人機(jī)與其武器系統(tǒng)相比有著不同的使用要求，有許多新的特點(diǎn)，如何進(jìn)行培訓(xùn)、維修、操作演練，最大限度地發(fā)揮武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)潛能，這些問題都是亟待解決的。

由于無人機(jī)組成復(fù)雜，高新科技含量多，涉及十幾個(gè)學(xué)科專業(yè)領(lǐng)域。按照功能分，全系統(tǒng)一般由飛行器系統(tǒng)、地面站測控系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)和地面保障、維修系統(tǒng)等幾大部分組成。所以無人機(jī)演練操作時(shí)一般分為飛行器系統(tǒng)操作、動(dòng)力裝置系統(tǒng)操作、發(fā)射回收系統(tǒng)操作、飛行器航電設(shè)備操作、無線電數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)操作、地面控制導(dǎo)航系統(tǒng)操作、地面接收系統(tǒng)操作、信息處理系統(tǒng)操作、地面電源及保障車輛維操作以及火工品的檢查操作等主要方面。于是，在種類繁多的各種操作中，人為的直接操作很難避免產(chǎn)生誤操作。在這里面尤其是涉及到一些重要操作、危險(xiǎn)操作時(shí)，一旦由于非相關(guān)操作人員進(jìn)行誤操作就很有可能帶來機(jī)毀人亡的悲劇。為了確保這些重要、危險(xiǎn)指令必須由專門操作手完成，而避免其他非專門操作手誤操作，我們?cè)撊绾文兀?/p>

有問題出現(xiàn)就有解決問題的對(duì)策，基于指紋識(shí)別的指令控制儀的出現(xiàn)就是針對(duì)確保無人機(jī)操作時(shí)一些重要、危險(xiǎn)指令正確進(jìn)行而設(shè)計(jì)的。其原理是依據(jù)生物指紋識(shí)別技術(shù)，通過與數(shù)據(jù)庫里面的指紋樣品備份進(jìn)行比較，來分析是不是專門操作手的指紋，進(jìn)行提取、比對(duì)、驗(yàn)證通過，最后最后發(fā)出正確可靠地指令確保裝備演練時(shí)的安全。目前這種技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟。

指紋識(shí)別系統(tǒng)通過特殊的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備和計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，對(duì)活體指紋進(jìn)行采集、分析和比對(duì)，可以迅速、準(zhǔn)確地鑒別出個(gè)人身份。系統(tǒng)一般主要包括對(duì)指紋圖像采集、指紋圖像處理、特征提取、特征值的比對(duì)與匹配等過程。現(xiàn)代電子集成制造技術(shù)使得指紋圖像讀取和處理設(shè)備小型化，而優(yōu)秀的指紋處理和比對(duì)算法保證了識(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確性。 指紋自動(dòng)識(shí)別技術(shù)正在從科幻小說和好萊塢電影中走入我們實(shí)際生活中，也許有一天，您不必隨身攜帶那一串鑰匙，只需手指一按，門就會(huì)打開；也不必記住那煩人的密碼，利用指紋就可以提款、計(jì)算機(jī)登錄。相信這一天，不會(huì)太遠(yuǎn)。

一、總體設(shè)計(jì)方案

該系統(tǒng)為基于指紋識(shí)別的無人機(jī)指令控制儀，采用STC89C51 單片機(jī)為核心，通過指紋識(shí)別模塊來獲取指紋信息，然后單片機(jī)通過串口通信把操作記錄發(fā)送給計(jì)算機(jī)，進(jìn)行操作記錄備案方便管理人員查詢。單片機(jī)采用宏晶公司生產(chǎn)的低功耗，高性能的CMOS 8 位單片機(jī)（STC89C51）。指紋識(shí)別模塊采用深圳十指科技公司的TF-MD-12 型號(hào)的指紋識(shí)別模塊，此模塊內(nèi)集有指紋的采集、指紋存儲(chǔ)、指紋比對(duì)等功能，但是不能獨(dú)立工作，必須要有上位機(jī)（PC 或單片機(jī)）的控制和操作才行，所以本指紋模塊還配有指紋各類操作的用于第二次開發(fā)的指令集。本模塊適用于開發(fā)指紋鎖具、開發(fā)指紋柜體及開發(fā)指紋門禁系統(tǒng)等各類需要身份認(rèn)證的各類產(chǎn)品。

系統(tǒng)組成框圖如圖1 所示：

單片機(jī)部分為核心模塊，它通過I/O 口與外圍電路和指紋模塊連接，通過串口與計(jì)算機(jī)連接。接通電源后，微控制器實(shí)時(shí)檢測并接收指紋識(shí)別模塊對(duì)指紋采集、比對(duì)的數(shù)據(jù)，并將操作記錄存到模塊存儲(chǔ)器中。然后該指令控制儀系統(tǒng)再通過串口與計(jì)算機(jī)通信，可將操作記錄傳到計(jì)算機(jī)中方便管理人員的查閱。該單片機(jī)外圍電路接有數(shù)碼管，指示燈，蜂鳴器，和按鍵。其中數(shù)碼管是每登記一個(gè)人操作自動(dòng)加1，最后顯示的是最終本次演練操作總次數(shù)。指示燈亮顯示電源正常工作。蜂鳴器每發(fā)出一次聲音表示操作成功一次。按鍵用來開關(guān)本指令控制儀系統(tǒng)。

以往的指令控制儀裝置是用打卡或條形碼的方式實(shí)現(xiàn)，打卡類指令控制儀雖然有簡單直觀，無須計(jì)算機(jī)知識(shí)，價(jià)格相對(duì)較低的優(yōu)點(diǎn)，但是它的缺點(diǎn)確很嚴(yán)重：統(tǒng)計(jì)煩瑣，每月更換卡片，機(jī)械故障率較高（插卡口易受破壞）。條形碼指令控制儀具有優(yōu)點(diǎn)光電讀取條形碼卡號(hào)，故障率低。雖然解決打卡指令控制儀某些難以解決的缺點(diǎn)，但是卡片易偽造（專用掩股條碼除外），容易產(chǎn)生其他操作人員替打卡現(xiàn)象，易產(chǎn)生操作，而且條形碼臟了后靈敏度下降并有錯(cuò)碼。

在該課題研究的是基于指紋識(shí)別的無人機(jī)指令設(shè)計(jì)控制儀設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)裝置在無人機(jī)操作應(yīng)用時(shí)無須卡片首先就解決了非本人代替操作的現(xiàn)象。并且該系統(tǒng)裝置使用維護(hù)成本非常低，具有時(shí)間準(zhǔn)確、操作數(shù)據(jù)不易由于受到干擾就丟失或混亂（偶爾出現(xiàn)難免）、與計(jì)算機(jī)通訊穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。

二、實(shí)現(xiàn)功能

該指紋識(shí)別的無人機(jī)指令控制儀主要利用單片機(jī)控制指紋識(shí)別模塊構(gòu)成整個(gè)指令控制儀系統(tǒng)。其中系統(tǒng)軟件是必不可少的組成部分，也是本次設(shè)計(jì)重要解決的問題之一。系統(tǒng)軟件主要包括單片機(jī)與指紋識(shí)別模塊之間通信程序設(shè)計(jì)和考勤機(jī)軟件程序設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)軟件需要完成的主要功能有：

1) 能夠預(yù)先存儲(chǔ)一定數(shù)量（80 枚左右甚至更多）的操作人員預(yù)先登記的指紋在指紋識(shí)別模塊芯片存儲(chǔ)器中。

2) 當(dāng)操作人員在指紋采集處再次按壓指紋后，指令控制儀能夠做到提取新的指紋信息并與預(yù)先登記在存儲(chǔ)器中的指紋信息進(jìn)行比對(duì)，并在驗(yàn)證通過之后，通過指紋終端設(shè)備發(fā)出操作信號(hào)，以表示操作成功。

3) 進(jìn)行指紋識(shí)別之后，能將操作記錄存儲(chǔ)在指紋識(shí)別模塊芯片內(nèi)部，以便查詢記錄時(shí)可查詢。

三、設(shè)計(jì)特點(diǎn)

該設(shè)計(jì)切實(shí)考慮了當(dāng)前無人機(jī)操作演練時(shí)，在發(fā)出一些重要、危險(xiǎn)操作指令時(shí)的一些混亂弊端，針對(duì)克服非相關(guān)操作人員直接誤發(fā)重要、危險(xiǎn)操作指令，而設(shè)計(jì)了一個(gè)基于指紋識(shí)別無人機(jī)指令控制儀系統(tǒng)，用于減少消除這些弊端的發(fā)生。設(shè)計(jì)過程中比較充分考慮了各種可能出現(xiàn)的意外情況，根據(jù)具體情況設(shè)計(jì)了相應(yīng)的功能。具有以下突出的功能特點(diǎn)：

該裝置借助最可靠、最成熟的單片機(jī)外圍系統(tǒng)，使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

該系統(tǒng)裝置還增加了AT24C04，可以方便用戶擴(kuò)展操作次數(shù)到數(shù)百次。

該系統(tǒng)操作方便、簡單，維護(hù)費(fèi)用少。

因此在實(shí)際的工程中，相比其他種類指令控制儀系統(tǒng)有更大的優(yōu)點(diǎn)，使得有廣泛的應(yīng)用。因而，具有良好的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

但是由于本人的知識(shí)和能力有限，對(duì)其中的某些問題，如對(duì)本系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中的維護(hù)問題等，未能進(jìn)行深入分析研究，此系統(tǒng)也只達(dá)到了一部分的實(shí)際效果。

文中定有許多不足之處，敬請(qǐng)各位老師和讀者不吝賜教。