基于GPS定位模式的指紋密碼鎖的應用研究

蔡彬 王英輝 王育升

摘? 要：指紋識別技術是利用人體生物特征進行身份鑒定的一種技術，是指通過計算機與光學、聲學、生物傳感器和生物統計學原理等高科技手段密切結合，利用人體固有的生理特性和行為特征來進行個人身份的鑒定。設計使用了GSM模塊用來報警，當非自己的指紋使用時，會立刻向所連接的手機發出信息。采用了GSP定位系統，在物品被盜之后對物品進行追蹤定位，為個人財產又加了一層保險，確保知道它的位置信息，從而快速對丟失的東西進行定位，使失主免遭損失。指紋防盜以及定位追蹤都很好的適應了當今信息化的社會。

關鍵詞：指紋識別;GSM;GPS

中圖分類號：TP274.2? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）08-0037-02

Abstract： Fingerprint identification technology is a kind of technology that uses human biological characteristics for identification， which refers to the close combination of computer and high-tech means such as optics， acoustics， biosensors and biostatistics principles. The identification of personal identity is carried out by using the inherent physiological and behavioral characteristics of the human body. The GSM module is used to alarm， and when the fingerprint is not used， it will immediately send a message to the connected mobile phone. The GSP positioning system is used to track and locate the item after it is stolen， and a layer of insurance is added to the personal property to ensure that its location information is known， so that the lost thing can be located quickly and the owner is protected from loss. Fingerprint anti-theft and locate on tracking are well adapted to today's information society.

Keywords： fingerprint identification; GSM; GPS

1 概述

論文設計了指紋識別密碼鎖。它是一個雙重登錄方式的鎖，既可以用指紋開鎖，也可以用數字密碼開鎖，內設GSM系統，受到陌生人企圖開鎖，警報燈亮，隨之發出報警信息，里面還安裝了GPS定位系統，若是鎖定的財產被直接盜走，沒有觸碰到指紋器或密碼時，一經用戶發現，用戶能夠通過手機自動定位指紋防盜鎖的位置，及時的對緊急情況做出處理，方便在短時間內找回自己的物品[1]。比起以往的一些舊密碼鎖，智能鎖，跨越了很大的一個臺階，大大保障了人們個人財產的安全性。防盜鎖發出的信號會隨時被戶主接收到。

2 系統概述

2.1 系統原理

從工作模式來看，指紋識別系統可分為在線和嵌入兩種類型。嵌入式指絞識別系統集指紋采集、特征提取、特征匹配等功能于一體，具有體積小、安全性高、功耗低等優點，可以方便地嵌入到各種不同的應用設備上，應用領域越來越廣。它在現實生活中有重要的作用[2]。隨著計算機圖像處理和模式識別理論以及大規模集成電路技術的不斷發展和成熟，指紋防盜鎖利用指紋的唯一性，為每個用戶量身打造一款只屬于自己的防盜鎖[3]。

2.2 系統功能

系統采用人體指紋作為用戶的唯一生物識別，控制指絞防盜鎖實現防盜效果。功能達到了三個效果，通過用戶指紋的唯一性，只有用戶自己才能通過指紋識別開鎖;或者是用戶通過自己設定的六位數密碼來達到開鎖目的，系統里面有GSM模塊，當非戶主識別鎖三次錯誤之后，GSM 向程序里面預留的手機號發出報警信息。系統采集的特征指紋模板都會保存在DSP存儲器中，一次只能保存一個指紋，其三，系統里面安裝了GPS，用戶可以通過手機詳細定位到指絞防盜鎖的位置，大大增加了安全性。系統具有非常靈活的撤銷防御設置，如果需要將其給其他人使用，可以完全取消系統，而不會影響朋友的使用。通過自己的指紋識別撤防，然后在驗上朋友的指紋模板，方可提供給朋友使用。

2.3 系統整體硬件設計

采用STC89C51單片機作為主控電路，同時采用DSP處理器，系統整體由以下幾部分構成：人機交互界面、單片機、GSM報警、數據處理、電源、指紋模塊，其中，GSM報警、數據處理、指紋模塊是三大重點部分。

2.4 指紋軟件模塊

指紋在注冊時，需要連續按兩次指紋，經過指紋傳感器提出模板發送到DSP處理，將它存儲在指紋數據庫中，然后將兩個指紋相對比，發現特征，返回最終相對應的結果。有兩種比對的特征匹配方法，一種數字密碼匹配，另一種就是指紋匹配，在指紋識別之前，必須先驗證ID識別，然后才能正確執行指紋特征匹配。在使用指紋防盜鎖時，用戶一般會留下多個指紋，用戶開鎖時，需要將一個指紋與數據庫里面多個指紋進行比對，對應其中一個，則鎖開，一個對多個匹配大多是在指紋識別系統運用的比較多。該系統軟件主要是MCU控制系統監控程序，DSP處理系統，指紋辨別的計算，指紋的采集方法，運行程序，人機交互界面等部分。DSP處理系統主要用于DSP系統的初始化，采集指紋的特征數據，并且作出一系列處理，保存指紋模板。

2.5 指紋錄入與刪除模塊

初步使用時，系統會給用戶發一個初始ID號，密碼會設計為六個零，通過指紋傳感器，系統收集用戶的指紋，指紋防盜鎖的DSP功能會識別并保存到指紋數據庫。指紋會存儲在指紋特定的數據庫中，記號為001然后，指紋防盜鎖會關聯這個ID號。指紋模塊是用于將收集的指紋特點與使用者一開始設定的指紋登錄相比較，這樣就能夠辨認是不是戶主。用戶能夠使用不同的指紋來注冊，當然也會匹配不同的ID號。指紋登記之后，指紋防盜鎖會通過LCD顯示屏向用戶反映指紋對應的ID號，有時候指紋過多，也就方便通過不同的ID號來刪除指紋。使用鍵盤按下生成新ID的鍵，MCU讓HPI接口向DSP傳輸一系列命令。這個時候，按住自己的手指到指紋識別模塊上，經過DSP控制收集指紋。若是指紋采集成功，它會產生一個指紋模板，系統會主動將其存儲在數據庫中，在LCD屏幕上發出成功指令。若是按壓指紋的方式不對，或是滑動的速度過快，指紋可能會采集不到，這時候，指紋無效，無法打開指紋防盜鎖。

在鍵盤里按下“刪除”鍵后，LCD顯示屏會出現登錄用戶指紋的ID號和所要刪除的指紋模塊，這樣能夠方便用戶選擇指紋和要多余的ID號，傳送一個“刪除”信息指令。當DSP微處理器收到MCU傳輸的信息指令，系統會找到和該ID號相同的指紋模板，接著，傳給到處理器，處理器會在數據庫中查找特征信息，作出刪除處理。當MCU接收到DSP返回的結果時，若是DSP的刪除成功，LCD屏幕上面也會顯示刪除成功，若不符合權限或者是沒有相應的ID號和指紋則無效。

3 人機交互界面的設計

在指紋防盜系統中，人機交互界面是用戶最直接接觸頁面，一個好的人機交互頁面會給用戶帶來更舒適的體驗，指紋防盜鎖的內部信息數據處理是通過單片機和程序控制，但是最后處理完成的結果最終還是要反映到屏幕上的，給用戶最直觀的了解，從啟動系統，人機交互界面開始初始化，經過指紋輸入經過DSP處理產生信息，或者是通過鍵盤輸入密碼產生一系列的指令，人機交互界面會顯示注冊、登錄、刪除，最后成功或者失敗，都會在界面上有所指示。如圖1所示。

人機交互界面的硬件電路設計在指紋防盜鎖中起著重要作用，在設計中指紋防盜鎖的交互頁面主要由鍵盤和LCD顯示模塊組成。而這兩重要的組成部分都是被MCU系統控制的，MCU監控的設備很多，包括HPI通信接口，GSM報警模塊，防盜鎖啟動部分，鍵盤輸入，LCD顯示屏幕等。

4 系統定位和報警模塊

設計中使用SIM900A作為GSM的模塊，用STC89C52單片機為控制核心連接GSM，并安裝了警報燈和LED指示燈，正常工作時，LED燈間隔3秒鐘亮一次，顯示信號良好，可以接受報警信息，若是LED燈連續發生閃爍，則表明無信號，設計當中把手機卡放入卡槽，當陌生人侵入系統時，指示燈會發出亮光，持續三秒后熄滅，在這個時間段，它會發送數據給SIM9001A，然后在通過SMS短信的模式發送給戶主手機。戶主將在三秒后準時收到系統入侵信息。例如“有陌生人侵入系統”語句，下一步發送AT+CMGS手機號碼，延時100ms，發送數據的ASCII碼，再發送AT結束符，返回結果，這就是大致的運行過程。如圖2所示。

5 結束語

采用單片機STC89C52、指紋識別技術和無線通信GSM技術和GPS定位系統設計了一款指紋防盜鎖，它利用人體指紋的生物特征的唯一性，通過指紋識別控制鎖的打開與關閉，不僅具有自主報警功能，能對非物主進行識別，還能進行自我定位，若物品遺失，能立刻報警，并定到相應物品的位置，增加了其安全性能。將物主與指紋防盜鎖緊緊的聯系在一起，只要有異常，用戶時刻可以收到信息，設計采用了LCD屏和鍵盤按鍵作為簡要的人機交互部分，鍵盤用來輸入密碼，屏幕來傳遞信息，隨著經濟水平的提高，這種結合GSM和GPS且具有唯一自身指紋識別的指紋防盜鎖將會被廣泛使用，在將來，可以將該設計更加簡化，縮小化，容易安裝，還可以像目前最先進的人臉識別開鎖，增加蜂鳴報警器，還有一些列的震動傳感器，使指紋防盜鎖更進一步，擴展到更多的領域。

參考文獻：

[1]李亞杰，何群.基于GSM的遠程溫度監控系統設計與實現[J].制造業自動化，2009（10）：58-60.

[2]梅中玲.指紋識別技術及其應用[J].中國人民公安大學學報（自然科學版），2008（02）：81-84.

[3]陳好.指紋采集技術現狀及其發展前景[J].中國防偽報道，2008（01）：26-31.