指紋識別門禁控制裝置的設計

朱家震 賈婷 菅洪生 郝一良 沈陽工學院信息與控制學院

門禁系統是時代快速發展的產物，是信息領域中的新興產業。最早的傳統門鎖只是簡單的機械原理的運用，是純粹的機械裝置。雖然在數代人的努力下不斷的改良，其安全性不斷提高，但還是可以通過暴力等非正常手段拆除，安全性較低。隨著時代的進步，人們對安全性的要求不度提高，簡單的機械鎖已經滿足不了人們的需求，門禁系統便應運而生。

在實際應用中，有相當一部分要處理的指紋圖像的質量是比較差的。本設計主要包含了5部分,對低質量的指紋圖像的處理效果還遠不能令人滿意，對于質量很差的圖像，如果不經過特殊的增強處理，是不能正確并且有效的進行指紋信息的取樣的。

本文主要設計一個基于指紋識別技術的門禁裝置的設計與實現，它以STC89C52單片機作為控制器，通過單片機、指紋識別模塊、顯示器、網絡通信模塊，報警模塊等硬件系統和軟件系統單片機的指紋識別技術的門禁裝置功能和顯示功能。

根據設計目的并遵循單片機應用系統的設計開發原則提出了本課題實現方案：

1.硬件電路的設計：包括最小系統模塊、指紋識別模塊、顯示模塊、按鍵模塊，網絡通信檢測模塊、報警模塊。

2.軟件的設計：包括主程序設計、指紋識別程序設計、鍵盤模塊程序設計、LCD顯示程序模塊設計、報警模塊程序設計、網絡通信程序設計。系統總框圖如圖1所示。

軟件設計上，根據功能分了幾個模塊編程，包括主程序模塊、讀卡模塊、顯示模塊，存儲模塊、延時子程序模塊和中斷子程序模塊等。系統工作時當卡片靠近讀卡模塊時指示燈亮起，屏幕顯示卡片信息，然后程序判斷權限，若合法，開鎖模塊程序點亮指示燈，蜂鳴器發出警報，電機轉動模擬門鎖打開。若非合法卡，是否賦予權限，如果賦予權限電機轉動，指示燈亮起，蜂鳴器發出警報，如果不賦予則返回。

系統軟件工作流程

單片機采用STC89C52,單片機的主程序主要是完成上位機與下位機通信、單片機與模塊通信的任務，首先要將波特率設置為9600bps（與模塊相對應），然后在根據模塊的指令包格式，來發送命令。軟件使用Keil C51版本，主程序采用c語言編寫。單片機對指紋識別模塊發送命令，得到識別結果，在根據這個結果來控制顯示模塊、語音模塊和電子鎖模塊。

FM-180作為一個指紋識別模塊，它的內部已經很完整，用戶只需要對模塊下達合適的命令就能夠實現對模塊的控制，進而實現相應的功能。不同的功能，需要不同的指令來實現，而每一條指令都有其規定的格式，用戶必須按照其規定個格式來進行。

指紋識別模塊需要完成的工作有：獲取指紋圖像，生成指紋特征模板，儲存指紋特征模板和匹配指紋等工作，單片機根據模塊的指令系統，給模塊發送指令信息，來控制模塊完成相應的工作。

結論：作為一種可靠的生物識別技術，指紋識別技術受到了廣泛關注，高效可靠的指紋圖像識別算法技術在實際生活中具有很高的實用價值。設計了基于STC89C52單片機的指紋識別系統。主要研究內容如下：

1.指紋識別原理。分析如何對采集到的圖像進行預處理，包括圖像的規格化，圖像分割，圖像二值化，圖像增強，圖像細化以及特征值的提取。

2.指紋識別模塊工作流程。包括添加用戶，刪除指定用戶，刪除所有用戶，認證用戶，管理用戶權限等功能的工作原理。

3.單片機的通信。如何實現通信，以及怎樣運用軟件進行仿真。掌握指紋識別模塊的與單片機的通信機制，運用通信協議實現各功能控制。

本文由于時間上的限制，在指紋識別系統的用戶管理功能上沒有進行更深入的開發，是一個缺憾。如何有效提高指紋識別可靠度，更安全地管理用戶控制權限，以及尋求更為簡潔可靠的指紋圖像識別算法，應該是今后開展工作的方向。

[1] 李萍，張池，張勃.AT89S52 單片機原理、開發與應用實例[M].北京：中國電力出版社，2008：56-57.

[2] 王東峰.單片機C語言應用100例[M].北京：電子工業出版社，2009：151-161.