基于STM32的指紋密碼鎖設計

黃喜軍　陳輝金　謝金桂

【摘 要】為了提升智能門禁系統的安全性并控制設計成本，提出了基于STM32的指紋識別密碼鎖系統設計方案。系統以STM32F103C8T6單片機為控制核心，采用觸摸屏、指紋識別模塊及繼電器等器件，通過觸摸屏輸入開鎖密碼，并在指紋識別模塊上輸入指紋，系統在密碼與指紋均正確的情況下，通過單片機控制繼電器開鎖，系統管理員可以根據需求修改密碼、增加用戶及刪除用戶。測試結果表明：系統功能穩定，易于實現且成本較低，具有一定的應用價值。

【關鍵詞】智能門禁；STM32；指紋；密碼鎖

0 引言

隨著計算機控制技術的發展以及人們生活水平的提高，智能家居已成為現代家居生活發展的方向，而智能門禁系統是智能家居發展的方向之一，門禁系統憑借其獨特的優越性在安防系統中得到了飛速的發展和廣泛的應用[1]。目前門禁管理系統中應用較多的是機械鎖及IC卡電子密碼鎖，但人們對門禁系統的要求越來越高，不僅要求門禁系統安全可靠，而且追求方便實用。各種依靠指紋、虹膜及人臉等生物特征識別方式的電子鎖，逐漸開始應用到人們的生活中[2-4]。結合技術與成本等方面的考慮，本文提出一種智能門禁系統設計方案，通過指紋和密碼識別方式進行雙重保護，方便使用的同時又提高了安全性，具有一定的實用價值。

1 系統方案設計

系統整體設計框圖如圖1所示。以STM32單片機、觸摸屏、指紋識別模塊等器件為核心，實現指紋和密碼開鎖等功能。系統的主控芯片為STM32F103C8T6，可以控制FPM10A指紋模塊與MINI DGUS觸摸屏的正常工作。在觸摸屏上輸入的密碼和在指紋模塊上輸入的指紋都正確時，系統控制繼電器進行開鎖。同時通過片內資源IIC接口與外設存儲器AT24C02進行通信，控制外設存儲器存/取用戶信息，達到斷電保護的作用。管理員可以根據需求進行相應設置（增加、修改密碼、刪除用戶），整體功能滿足正常密碼鎖的需求。

2 系統實現

2.1 主控芯片控制功能的實現

STM32F103C8T6最小系統由主控芯片及電源模塊、晶振電路、復位電路、調試電路等構成。電源模塊不僅要對STM32F103C8T6最小系統供電，也要對其他模塊供電，提供3.3V和5.0V的電壓。晶振電路采用8MHz晶振，通過CPU內部倍頻后達到72MHz的工作頻率。調試電路由JTAG下載口和串口1組成，程序通過JTAG下載到CPU，通過USART1在PC機串口助手輸出調試信息，極大地方便了系統開發。

在本文設計的指紋密碼鎖系統中，使用了單片機的多個控制引腳完成系統的CPU和外圍模塊的通信與控制功能。使用串口2實現與觸摸屏通信，使用串口3實現與指紋模塊通信，通過輸出高低電平控制蜂鳴器報警，并通過控制引腳與開鎖電路連接，控制開鎖的過程。

2.2 指紋密碼鎖功能的實現

系統采用光學觸控式指紋辨識模塊FPM10A，它集成了先進的光學式指紋傳感器，搭配完整的指紋識別算法進行指紋識別，具有采集指紋、存儲指紋模板并進行指紋匹配的功能，認假率低于0.001%（在安全等級為3時），能滿足大部分應用場合的安全性要求。在采集指紋時，需要連續采集兩次指紋，并將兩次采集到的特征信息合成為用戶的指紋，存儲至系統模板中，從而為指紋識別提供匹配模板。指紋庫中存儲的每個指紋模板都有唯一的ID號，采集指紋時，將指紋模板的ID號存放在用戶基本信息中，指紋匹配時不僅要在指紋庫中搜索與待識別的指紋信息相同的指紋模板，還要檢查該指紋模板的ID號與用戶基本信息的ID號是否一致，只有兩者保持一致，指紋匹配才算成功。

觸摸屏在系統中完成密碼開鎖操作和界面顯示的功能，MINI DGUS觸摸屏配套了相應的PC軟件DGUS_SDK_V5.01，可以利用該軟件完成界面設置、管理員及用戶信息錄入、修改、刪除及密碼識別等相關配置，可以很好地降低開發難度，方便系統功能的實現。同時系統在密碼多次不匹配時采用蜂鳴器電路進行報警，若通過觸摸屏輸入的密碼與通過指紋識別模塊錄入的指紋均正確時，系統通過單片機控制繼電器開鎖，系統開鎖流程如圖2所示。

3 結論

本文介紹了基于STM32單片機的指紋密碼鎖設計方案及實現過程，系統以高性能單片機、觸摸屏及指紋識別模塊等器件為核心實現了各功能電路。通過測試表明，系統在輸入正確的密碼與指紋時能夠實現開鎖功能，并能完成增加用戶、刪除用戶及修改用戶密碼等功能，為智能門禁系統提供了有利參考。

【參考文獻】

[1]陳俊杰，廖一鵬.基于STM32的遠程智能門禁終端的設計[J].工業控制計算機，2015，28（11）：29-30.

[2]馬文科.基于ARM的指紋識別門禁系統的設計與實現[D].長沙：湖南大學，2009.

[3]劉機福.嵌入式人臉識別門禁系統設計與實現[D].長沙：湖南大學，2014.

[4]李云鵬.基于虹膜識別的門禁系統的研究[D].淮南：安徽理工大學，2015.

[責任編輯：田吉捷]