基于單片機(jī)的指紋密碼鎖

山東科技大學(xué)電子通信與物理學(xué)院 范 浩 高寒旭 柴兆臣

基于單片機(jī)的指紋密碼鎖

山東科技大學(xué)電子通信與物理學(xué)院 范 浩 高寒旭 柴兆臣

本設(shè)計(jì)是一款基于單片機(jī)的指紋識(shí)別電子密碼鎖系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)作為模塊核心同時(shí)結(jié)合ZFM-60指紋模塊實(shí)現(xiàn)錄取指紋并存儲(chǔ)指紋數(shù)據(jù)的功能，并且通過(guò)HS12864-15C液晶顯示比對(duì)流程及比對(duì)結(jié)果，該指紋電子密碼鎖通過(guò)直流繼電器與發(fā)光二極管來(lái)模擬開(kāi)鎖的動(dòng)作。本系統(tǒng)有小體積、高性價(jià)比、高傳輸速度的特點(diǎn)，適合家庭及單位使用。

單片機(jī)；指紋比對(duì)；電子密碼鎖；液晶屏

1 引言

我們現(xiàn)在市場(chǎng)上的主流密碼鎖一般都是電子設(shè)計(jì)的，但是這種密碼鎖的設(shè)計(jì)有很多缺陷比如他容易被人竊取密碼同時(shí)主人也很容易忘記密碼，由于這類情況的發(fā)生大大增加了安全隱患。因此人們開(kāi)始轉(zhuǎn)而探索生物識(shí)別技術(shù)，希望可以利用此技術(shù)來(lái)應(yīng)付現(xiàn)在系統(tǒng)安全所面臨的挑戰(zhàn)。據(jù)研究結(jié)果表明，人類身體的很多部位具有不可復(fù)制的特點(diǎn)，比如人類的聲音、視網(wǎng)膜、指紋等等都是我們?nèi)梭w獨(dú)有的特征。這些外部條件讓我們的身份認(rèn)證更加安全方便，其中近年來(lái)發(fā)展成熟的指紋識(shí)別技術(shù)成為生物識(shí)別技術(shù)中的熱點(diǎn)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的指紋電子密碼鎖硬件模塊主要有指紋傳感器，電源，單片機(jī)，繼電器，液晶顯示屏，按鍵等構(gòu)成。在系統(tǒng)工作時(shí)硬件中的指紋模塊可以對(duì)外來(lái)指紋進(jìn)行錄入和清除工作，這一硬件部分的工作是采用C語(yǔ)言構(gòu)建系統(tǒng)程序，單片機(jī)通過(guò)對(duì)不同的按鍵執(zhí)行操作后向模塊發(fā)送相應(yīng)指令，完成對(duì)應(yīng)功能。在硬件與軟件完成匹配調(diào)試后，整體可構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的指紋識(shí)別系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖

2.1 按鍵模塊

矩陣式鍵盤(pán)由行線和列線構(gòu)成，其中按鍵的位置位于行和列的交叉點(diǎn)上。當(dāng)鍵被按下時(shí)，其交點(diǎn)處的行線和列線接通，隨即對(duì)應(yīng)的行線或列線上的電平會(huì)產(chǎn)生變化。通過(guò)檢測(cè)行或列線上的電平變化，單片機(jī)可以確定哪個(gè)按鍵被按下。

在本設(shè)計(jì)中我們采用了逐行掃描法來(lái)實(shí)現(xiàn)按鍵檢測(cè)的功能，識(shí)別的具體過(guò)程如下：

判斷鍵盤(pán)中是否有鍵按下。本設(shè)計(jì)中將行線設(shè)置為輸出口，并且輸出低電平；同時(shí)將列線設(shè)置為輸入口，輸出為高電平。我們?cè)谧x取的時(shí)候只需查看列線上的電平狀態(tài)，如果有一列的電平為低電平，就表示此時(shí)有按鍵按下。

判斷被按下按鍵所在的位置。在確認(rèn)有鍵按按下后依次將每根行線設(shè)置為輸出口，并輸出低電平然后逐列檢查每根列線的電平狀態(tài)，若某列為低電平，則該列線與行線交叉處的按鍵就是被按下的按鍵。

按鍵位置確定后，我們采用計(jì)算法編碼的方法給矩陣鍵盤(pán)中的每個(gè)按鍵進(jìn)行編號(hào)。

2.2 指紋模塊

本設(shè)計(jì)我們所選擇的是型號(hào)為ZFM60的指紋模塊，該指紋模塊里面主要是型號(hào)為AS606的DSP芯片，其中芯片外面裝載有CMOS芯片，當(dāng)我們錄入兩次這樣的指紋特征時(shí)就能生成一個(gè)指紋模板。當(dāng)指紋模板處于工作狀態(tài)時(shí)，模塊會(huì)將第一次錄入的指紋信息進(jìn)行模糊處理并且生成“0”和“1”兩種不同的信息同時(shí)模塊會(huì)把生成的信息存入到FLASH芯片里面。當(dāng)使用到指紋模塊的識(shí)別模式時(shí)，CMOS芯片將采集到的指紋和之前存儲(chǔ)在FLASH芯片里的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比，并且從N個(gè)錄入的指紋數(shù)據(jù)里面找出與之對(duì)應(yīng)的指紋。單片機(jī)會(huì)對(duì)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行判斷，如果存在的話就會(huì)顯示對(duì)應(yīng)的指紋標(biāo)號(hào)。

2.3 液晶顯示器

在本設(shè)計(jì)中采用了12864液晶顯示器，顯示器主要完成數(shù)據(jù)的顯示功能。本設(shè)計(jì)一開(kāi)始必須對(duì)用戶所編的顯示程序進(jìn)行初始化，否則該指紋模塊會(huì)出現(xiàn)無(wú)法正常顯示的問(wèn)題，在模塊接收到其他指令前，單片機(jī)必須確認(rèn)模塊內(nèi)部處于非忙碌的工作狀態(tài)，然后顯示器會(huì)接收到指令，并且根據(jù)相應(yīng)的指令將需要顯示的內(nèi)容放在顯示屏上。

2.4 記憶存儲(chǔ)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中將AT24C02作為記憶存儲(chǔ)裝置，AT24C02是美國(guó)Atmel公司一款低功耗的的CMOS E2PROM，它的工作電壓范圍為2.5V-5V。AT24C02 內(nèi)部含有256*8位存儲(chǔ)空間以及一個(gè)16字節(jié)頁(yè)寫(xiě)緩沖器。該器件通過(guò)I2C總線接口進(jìn)行操作并且有一個(gè)專門(mén)的寫(xiě)保護(hù)功能。AT24C02有良好的資料保存功能，在斷電的情況下芯片里面的資料能保存幾十年。

3 軟件設(shè)計(jì)部分

本設(shè)計(jì)采用keil進(jìn)行C源碼編程，keil軟件可以提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，能夠連接和重定位目標(biāo)文件和庫(kù)文件，創(chuàng)建HEX文件，調(diào)試目標(biāo)程序。

4 系統(tǒng)調(diào)試

將keil編寫(xiě)的程序分別對(duì)矩陣鍵盤(pán)，顯示屏以及指紋模塊進(jìn)行調(diào)試，同時(shí)檢驗(yàn)蜂鳴器、繼電器、LED燈是否正常工作。通過(guò)軟件硬件的調(diào)試，判斷基于單片機(jī)的指紋密碼鎖能不能實(shí)現(xiàn)正常采集、錄入、存儲(chǔ)指紋的功能。

圖2 Z F M6 0指紋模塊

圖3 調(diào)試結(jié)果圖

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的指紋密碼鎖將單片機(jī)和指紋模塊結(jié)合在一起，通過(guò)人體指紋獨(dú)有特性提高了電子鎖的安全性能。同時(shí)本設(shè)計(jì)的軟件和硬件還有很大的擴(kuò)展性可以增加其他功能，有一定推廣性。

[1]趙玉蘭,姜春風(fēng),方修豐．指紋識(shí)別技術(shù)在煤礦門(mén)禁系統(tǒng)中的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)[J]．煤炭技術(shù)．2010,29(11)：132-134．

[2]唐瑞,于娟．基于單片機(jī)的指紋密碼鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)．科技與創(chuàng)新,2016,12,12．