智能拉桿箱安全性設計

董苗苗，朱雅嫻，蔡繼暐

（東南大學成賢學院，江蘇南京，210088）

1 硬件設計及介紹

1.1 單片機最小系統

單片機最小系統為單片機STM32F103C8T6，是一款基于ARM內核STM32系列的32位的微控制器，程序存儲器容量是64KB，需要電壓2V~3.6V，一系列的省電模式保證低功耗的要求。

1.2 指紋模塊

指紋模塊是一款高性能的光學指紋識別模塊。其中包含了串口、USB通訊接口等模塊，對于復雜的圖像處理及指紋識別算法，用戶只需要通過簡易的串口、USB并按照其通訊協議便可控制模塊，不需要研究復雜的內容。本模塊中的指紋識別算法能夠高效率的采集并識別指紋。模塊需要3.3V電壓供電，額定電流為40mA，彼特率為9600*N。

1.3 GPS模塊

采用的時安信可A9G模塊，工作電壓大約在3.9-4.2v左右，低功耗芯片工作電流在3mA左右。它是GPS定位和發送定位的雙重模塊。本模塊可以24小時穩定在線，保證隨時隨地聯網，完全不受時間、地理位置等外在條件的影響，同時提供GPS定位和基站定位。在非常短的時間內實現聯網定位，目前為止我們可以利用模塊進行準確定位，并且可以向手機發送準確的經緯度。實現防丟失功能和尋找功能。

1.4 光敏模塊

在光敏模塊工作時，外部光照產生的載流粒子導電，在外加電場作用下做漂移運動，即電子移動到電源正極，空穴移動到電源負極，最后使得光敏電阻的阻值迅速降低。通過設定光強轉換為數字信號的數值準確的設定來進行對外部設備的控制。主要采用了光敏模塊和光敏電阻，電壓為3.3v采用電流為10mA左右。

1.5 顯示屏模塊

液晶即為各種液晶顯示器的統稱。其體積小、能耗低、實際操作簡單，但是液晶也有一個明顯的弱點，通用型液晶的正常工作溫度在0°C～+55°C，可以看出其正常使用溫度范圍很窄，因此在設計、生產液晶相應的產品時，務必考慮各種因素，選取合適的液晶，保證產品的實用性、安全性。

2 軟件設計

2.1 程序分析及編程軟件的使用

在本實驗中的電路板中，單片機是控制器，其被嵌入到系統中。本實驗的應用程序的開發主要有GPS模塊應用、光敏模塊應用、指紋識別模塊的應用程序開發和對12864液晶、按鍵程序開發四大部分。本實驗設計中，使用Keil單片機軟件開發環境對單片機進行編程，該編譯器支持模塊化程序設計，因此可以先將源程序分為幾個模塊，分開編寫，最后通過編譯器生成一個最終文件。單片機開發環境可以進行程序的軟件仿真調試，可以方便快捷地編寫和調試程序，通過調試的代碼文件可以通過開發板下載到單片機。在上電后，單片機上的主程序完成相應的初始化工作。依據要求，單片機主程序必須對液晶初始化，并且同時對按鍵進行檢測，若由對應的按鍵按下，執行相應的操作，由串行接口對指紋模塊的內容進行讀寫。

2.2 指紋識別模塊

對于已錄入指紋環節先按下指紋生成特征指紋，然后再次錄入指紋，若此次錄入指紋與第一次錄入指紋特征相同，則在指紋庫中記錄下指紋。如果不同這返回第一次錄入指紋，利用循環語句將指紋錄入，在錄入的同時判斷指紋庫的容量是否超出庫容量，如果5次錄入失敗則自動退出錄入程序。刷指紋環節先將手指按下生成指紋，然后與指紋庫中的指紋對比，如成功則對IO口返回值為“1”使輸出為高電平控制鎖開，并顯示得分。如與指紋庫中的指紋不匹配則這使返回值為“0”輸出低電平則不能出發電磁鎖開。

圖1 指紋識別

2.3 GPS模塊定位

通過GPS模塊與單片機連接，通過GPS衛星對單片機進行定位，并且AT指令固件集成了機智云接入協議，使用簡單的幾條命令就可以快速接入機智云，從而在非常短的時間內實現聯網定位，定位后向手機發送經緯度信息對物體進行準確定位。

圖2 GPS模塊定位

2.4 光敏模塊

對于光線設定一個固定的閾值當模塊在環境光線亮度達不到設定閾值時，輸出端輸出高電平，當外界環境光線亮度高過設定閾值時，輸出端輸出低電平。對于光線的檢測通過程序來控制。

圖3 光敏模塊原理

3 硬件調試

3.1 指紋模塊的調試

將寫好的指紋模塊程序導入單片機，通過單片機的USB接口與上位機相連，將指紋模塊按程序定義I/O口相連，可以在上位機上錄入指紋，刪除指紋，進行指紋對比識別，如果識別成功將會顯示與指紋庫識別相同并且顯示對比時間為多少，如果沒有識別成功則顯示該指紋不存在。

3.2 GPS模塊的調試

將寫好的指紋模塊程序導入單片機，通過單片機的USB接口與上位機相連，將GPS模塊按程序定義I/O口相連，將開關打開，就會進行衛星GPS定位，并且在上位機上顯示準確的經緯度，通過地圖可以準確定位位置。

3.3 光敏模塊的調試

將光敏模塊與單片機相連，并且在上位機上可以看見準確的數值，當將光敏電阻遮起來則在上位機上的數值就會明顯的變化，可以通過數值的值來控制外部設備。

3.4 液晶顯示屏的調試

導入12864液晶的測試程序，上電后，通過調節液晶屏背面的電位器調節12864的對比度，在調試液晶時要注意：屏幕上顯示小方格。其產生原因：運行程序中，應該是部分初始化指令沒有正常接收命令，致使液晶初始化不正常。解決方法：按照標準的初始化步驟調整程序，或者調整命令指令之間的延時。

4 結論

本文主要介紹了基于單片機的指紋識別系統的設計，使用的單片機為STM32F103C8T6，指紋模塊來實現指紋識別，并且利用液晶來顯示，輔助的硬件有按鍵可以準確的發送錄入及識別信號，文中主要介紹了指紋識別、GPS、光敏模塊的工作原理，并根據工作原理設計了基于單片機的整體系統的各部分硬件電路，程序部分采用Keil軟件進行編程，從而實現整個系統的功能。本設計可以完成指紋的錄入、指紋的刪除、GPS的定位和光的控制，并且以上功能可以應用在許多不同領域以上即為本設計的主要內容還有很多東西待開發，為了是人們生活便利，本設計還需要創新更多實用功能。