智能密碼鎖設計與開發(fā)

1、智能密碼鎖設計與開發(fā)摘要伴隨著技術的進步和社會的發(fā)展，人們在生活中對安全的需求越來越高。為了滿足人們的需求，密碼鎖的安全性需進一步的提高。而傳統(tǒng)電子密碼鎖是基于單一數(shù)字密碼設計，其最大缺陷則是密碼容易遺忘以及遭人竊取。因而傳統(tǒng)的密碼鎖已無法達到安全技術防范的要求。但近年來隨著生物技術的發(fā)展,越來越多的活體技術應用到識別系統(tǒng)中,如指紋識別、掌紋識別、虹膜識別等。而與其它的活體識別技術,指紋識別系統(tǒng)以其可強大的實現(xiàn)性,相對低廉的成本,同時又具備較高的安全性,被應用到越來越多的場合。而傳統(tǒng)密碼鎖，結(jié)合指紋識別這一技術，其安全性得以提升，滿足了人們當前的需求。本設計采用了STC89C52單片機為核心控

2、制部件，設計電子硬件模塊，采用指紋識別模塊，應用指紋識別技術對密碼鎖進行設計。使其既能通過鍵盤輸入密碼實現(xiàn)電子鎖的解鎖，又能通過指紋的識別進行解鎖，提高了密碼鎖的安全性、實用性和可靠性。關鍵詞：指紋識別 STC89C52單片機 密碼鎖目 錄第一章 緒論1.1智能密碼鎖的現(xiàn)狀1.2指紋識別技術簡介1.2.1指紋識別的原理1.2.2指紋識別應用1.2.3指紋識別技術的特點1.3智能密碼鎖課題背景第二章 智能密碼鎖整體設計及選擇方案2.1 智能密碼鎖整理設計方案2.2系統(tǒng)核心單片機2.2.1 單片機的選擇2.2.2 STC89C52單片機介紹2.3 液晶顯示模塊的設計2.3.1 LCD1602選擇的

3、原因2.3.2 LCD1602簡介2.3.3 LCD1602液晶顯示模塊與單片機連接原理圖2.4指紋識別模塊的設計2.4.1指紋識別模塊的選擇2.4.2 FM-180指紋識別模塊系統(tǒng)參數(shù)與接口2.4.3 FM-180指紋識別模塊指令系統(tǒng)第三章 智能密碼鎖的硬件設計3.1智能密碼鎖硬件設計原理3.2電源輸入電路3.3復位電路與時鐘電路3.4晶振電路3.5報警電路3.6密碼鎖電路3.7矩陣鍵盤電路3.8指紋模塊電路第四章 智能密碼鎖的軟件設計4.1主程序流程介紹4.2矩陣鍵盤模塊流程圖4.3 LCD1602液晶屏顯示模塊流程圖4.4開鎖和報警模塊流程圖4.5密碼修改流程圖4.6指紋識別模塊流程圖第

4、五章 智能密碼鎖系統(tǒng)調(diào)試與仿真5.1硬件電路調(diào)試及分析5.2軟件調(diào)試及分析參考文獻第一章 緒論1.1智能密碼鎖的現(xiàn)狀傳統(tǒng)的電子密碼鎖是一種輸入密碼來控制電路工作，從而進行解鎖的電子在產(chǎn)品，它的種類之多應用之廣，在原先機械鎖面前，有著巨大的優(yōu)勢。但是隨著科技的進步，其優(yōu)異性能的普及，漏洞也逐漸浮出水面。密碼鎖安全性的提升，也成為人們討論的熱點。與此同時伴隨著指紋識別技術的出現(xiàn)和完善，它被廣泛應用在身份證，交通工具，手機等更多的領域。這一技術優(yōu)異的安全性無疑給止步不前的密碼鎖提供了有利的技術支持，因而指紋密碼鎖，也伴隨著其發(fā)展應運而生。在未來幾年中，我國將會有近百億元的市場等待著去開拓。同時在指紋

5、識別技術支持下的密碼鎖的巨大市場前景，將對國際、國內(nèi)安防產(chǎn)業(yè)帶來巨大的影響。從近年來的發(fā)展方向上來看，民用化的指紋識別技術終將取代方便性和安全性都存在缺陷的密碼和身份識別碼，用來阻止非授權的訪問。并且因為指紋識別技術的民用比刑偵應用更加容易普及，市場的容量也更大，所以它擁有大規(guī)模推廣的基礎。在一些西方國家，指紋識別技術已進入大規(guī)模民用階段。早在1990年，就有人在美國洛杉磯采用了世界上第一套救濟金發(fā)放指紋識別系統(tǒng)。而在此后，指紋識別技術與電子密碼鎖的結(jié)合也成為全新的，安全性更加優(yōu)異的加密方式。1.2指紋識別技術簡介1.2.1 指紋識別的原理指紋是指手指皮膚上凹凸不平的紋路，盡管指紋非常細小，但

6、是其不同的紋路之下包含著大量的信息。而這些指紋的不同點稱為指紋特征。指紋識別就是利用人體的指紋特征對個體身份進行區(qū)分和鑒定。指紋識別技術在當前所有生物識別技術中是最為成熟，同時也是被應用最為廣泛的生物識別技術。其原因是指紋采用的過程的簡單以及指紋識別的準確率高。指紋識別的原理主要包括以下三部分：A.指紋采集原理B.指紋特征提取原理C.指紋特征匹配原理指紋采集原理主要是通過各種傳感技術，根據(jù)指紋的幾何特性以及生理特性，把指紋表現(xiàn)出來，轉(zhuǎn)化為數(shù)字化表示的指紋圖案。由于人指紋凹凸的幾何特性不同，在陽光下造成的反射光強度也不同。由此可見，每個人指紋的特征都是不一樣的，而指紋的采集正是把這些不同的特征進

7、行轉(zhuǎn)化。指紋特征提取原理是對指紋圖案的細節(jié)特征和整體特征進行提取、鑒別的原理。其分析的對象包括紋形特征和特征點的分布、類型，以及特征點之間的平面幾何關系。將這些指紋特征用數(shù)字模板的形式展現(xiàn)出來，就能實現(xiàn)一個指紋特征分析的過程。指紋特征匹配原理是對指紋圖案的細節(jié)特征和整體特征根據(jù)模式識別的原理進行比對匹配。這個過程是在已有的指紋和需要驗證的指紋之間進行的。根據(jù)上述三原理，可以得出，指紋識別的流程圖如下圖1.2.1所示：圖1.2.1 指紋識別流程圖1.2.2 指紋識別的應用指紋識別能夠通過對每個人獨一無二的指紋進行識別，從而確認其身份。在過去，這一技術活躍于刑偵系統(tǒng)中。但伴隨著指紋技術的普及，近幾

8、年，它逐漸走向市場，應用于各個領域。例如包括已下幾個方面（1）指紋支付將指紋與銀行卡進行綁定，只需用手指輕輕一點便能完成消費支付。這種新型支付方式在美國已經(jīng)出現(xiàn)多年。2006年上海某公司也開始接觸到指紋支付的市場。圖1.2.2 指紋支付（2）汽車指紋防盜近年來，汽車指紋防盜也開始興起，用戶能夠通過指紋控制車門開關，或者控制引擎點火，這些都是指紋技術在汽車防盜方面的應用圖1.2.3 汽車指紋防盜裝置指紋識別技術以其廣泛的應用、低廉的價格和易用性高被是國際所公認。這些手指上的紋路在斷點上是各不相同的，在信息處理中將它們稱作"特征"。醫(yī)學上也已證明這些特征對于每個手指都是不同的，

9、其具有唯一性和永久性。因此我們可以把一個人和其指紋對應起來，通過比較相應的特征，就可以驗證個人的真實身份。1.2.3 指紋識別技術的特點指紋識別的優(yōu)點：A.指紋是人體獨一無二的特征，其復雜度足以提供鑒別用的足夠特征。B.可以通過登記多個指紋增加系統(tǒng)的安全可靠性。C.掃描指紋的速度快，使用非常方便。D.指紋采集頭可以更加小巧，并且價格會變得更加低廉。指紋識別的缺點：A.某些人或者群體的指紋特征少，很難成像。B.使用指紋是在采集頭上留下的指紋，存在被用來復制指紋的可能性。C.指紋是用戶的重要個人信息，用戶擔心信息的泄漏。上述可以看出，指紋識別技術擁有不同于其他技術的特點，而同時也正因這些特點，它成

10、為了目前解決各類身份安全問題的最方便可靠的技術。1.3智能密碼鎖課題背景一方面，傳統(tǒng)電子鎖多年來大量的使用和普及使得安全性提高進度緩慢，社會上也逐漸出現(xiàn)各種破譯的技術，一般電子鎖的安全性引起了人們的擔憂。而另一方面，指紋檢測這一生物識別技術已獲得國際公認，具有快速確定個人身份的功能。這一技術的出現(xiàn)和應用降低了人們在社會中的信任成本，對于人在社會生活和交往方式上有了前所未有的改變，生活工作的效率也有飛躍性的提高。由此可見，電子鎖的停滯和指紋識別技術的快速發(fā)展，對于當前這個對安全要求越來越高的社會，有著非同一般的影響。近年來，隨著指紋識別技術的完善，電子鎖安全性的提高這一問題也在指紋識別技術的支持

11、上有了巨大的進展。本次設計智能密碼鎖是在一般電子密碼鎖基礎上采用了Biovo乙木-C2暗背景指紋識別模塊,可以在按鍵解鎖密碼的同時，實現(xiàn)指紋的錄入、存儲、比對，并通過LCD1602液晶顯示出指紋采集存儲的過程和比對的結(jié)果，從而提高密碼鎖的安全可靠性。第二章 智能密碼鎖整體設計及選擇方案2.1智能密碼鎖整體設計本設計采用單片機為控制核心，針對傳統(tǒng)電子密碼鎖進行強化，增設指紋識別功能，能夠支持指紋采集、存儲、比對，以提高密碼鎖的安全可靠性。該系統(tǒng)是指紋模塊檢測手指，一旦搜索到指紋，理科采集指紋圖案，并把采集的圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)發(fā)送出去。此步驟，只需將手指平放在指紋采集儀上，即可完成采集，操作十分便捷。

12、總體描述本次設計的智能密碼鎖的功能即鍵盤輸入解鎖和指紋識別解鎖的可選擇式解鎖方式，既能夠支持傳統(tǒng)通過按鍵輸入數(shù)字密碼解鎖，又能夠使用指紋模塊檢測、錄入指紋，將注冊指紋和檢測指紋進行比對解鎖。傳統(tǒng)的按鍵輸入部分，用戶可通過6位密碼的輸入，對密碼鎖進行解鎖，若密碼正確，則開鎖；若密碼不正確，則提示錯誤，如若輸入錯誤連續(xù)三次以上，報警裝置就會啟動。在成功解鎖后，用戶可通過密碼修改鍵，進行密碼的修正，通過兩次密碼的輸入，如果兩次密碼相同，新密碼就能夠被儲存，密碼修改成功；反之則提示重新輸入。指紋識別解鎖部分，用戶在進入界面可選擇指紋切換鍵，進入指紋的錄入和刪除。當按下錄入鍵后，將手指放置指紋采集頭下，

13、若聽到鳴叫聲，則表示指紋錄入的成功，其相關信息會通過液晶屏顯示。整體框圖如圖2.1該系統(tǒng)的主要功能有以下幾個方面：1. 密碼修改：解鎖后能夠通過密碼修改功能，重新設置6位數(shù)字密碼2. 掉電保存：斷開電源后，保存的密碼不會丟失，支持復位保存3. 錄入指紋：指紋模塊預先設有對指紋進行錄入的功能，即可以通過指紋采集頭將個人指紋上的特征信息采集。4. 指紋匹配比對：當有指紋錄入時，模塊會檢索指紋庫對指紋進行對比，并將比對結(jié)果顯示在液晶屏上。圖2.1 整體框圖2.2系統(tǒng)的核心單片機2.2.1單片機的選擇單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支，簡稱其為單片機，它非常適用于控制領域，因而又稱之為微控制器

14、。一般來說，單片機是由單塊集成電路芯片構成，其內(nèi)部包括了：CPU（中央處理器）、程序和數(shù)據(jù)存儲器、定時器和輸入輸出接口電路等。所以，單片機只需要和適當?shù)脑O備結(jié)合起來，便能夠組成一個單片機控制系統(tǒng)。單片機經(jīng)過了幾代的發(fā)展后，如今正朝著高性能、多功能、低電壓、低價格、大存儲容量以及強I/O功能擁有加好結(jié)構兼容性方向發(fā)展。它的發(fā)展趨勢包括以下幾個方面：（1）多功能單片機在發(fā)展中，人們將所需的存儲器和I/O口都盡可能集中在一塊芯片上，使單片機能夠?qū)崿F(xiàn)更多的功能。例如高速I/O口及計數(shù)器的捕獲/比較邏輯、A/D轉(zhuǎn)換、監(jiān)視定時器看家狗等。（2）高效率和高性能為了提高執(zhí)行速度和效率，單片機使用流水線和DSP

15、的設計技術，使單片機的性能得到了顯著的提高，其表現(xiàn)為，單片機的時鐘頻率提高；相同的頻率下單片機運行的效率有了巨大的提升；高度的集成，使單片機的尋址能力、片內(nèi)ROM和RAM的容量也有了前所未有的突破。并且由于系統(tǒng)資源和復雜度的增加，能夠開始使用高級語言來開發(fā)單片機。從而有效的降低了開發(fā)的成本，加強了軟件的可讀性，有利于功能的增加。（3）低電壓和低功耗由于采用了CMOS等工藝，使得單片機能夠在比原來更低的電壓下工作。這些特性使單片機能夠在小電源的支持下長時間工作。由此可見，單片機的型號之多，功能之全，能夠應對當前所需設計的各大要求，因而，在設計時，對于單片機這一核心元件，需要進行謹慎的選擇。針對本

16、次智能密碼鎖的設計，在比對之下，結(jié)合STC89C52的特點：A.工作電壓：5.5V3.3V（5V 單片機）B.工作頻率范圍：040MHzC.8K字節(jié)的用戶應用程序空間D.512字節(jié)RAM片上集成E.ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器和仿真器，可直接通過串口下載程序F.擁有EEPROM功能，能夠?qū)崿F(xiàn)掉電保護G.3個16位定時器/計數(shù)器H.32個I/O口線，5個中斷向量I.一個全雙工串行通信口經(jīng)過充分的分析智能密碼鎖所需的系統(tǒng)，關鍵是在于控制密碼鎖，在這點之上，STC89C52單片機突顯出了它的優(yōu)勢，即控制簡單、使用方便。它能夠發(fā)揮其豐富的資源、強大的控制功能及可位尋址

17、操作功能以及低廉的價格等優(yōu)點?？偨Y(jié)來說，STC89C52單片機所擁有的特點，完全符合本次設計的要求，而對于設計最可貴的一點，即單片機低廉的價格，它也完全符合，所以選擇STC89C52單片機是毫無爭議的。2.2.2 STC89C52單片機的介紹STC89c52是一款自帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的高性能，低電壓CMOS8位微處理器。同時STC89c52又是一種高效微控制器，它將多功能的8位CPU和閃爍存儲器組合在同個芯片中。STC89c52為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一個價廉且靈活性高的方案。STC89C52的芯片引腳圖說明如下圖2.2圖2.2 STC89C52芯片引腳圖STC89C52的

18、引腳功能說明：1.作為主電源引腳VCC與GUDVCC（40腳）：接5V的工作電壓。GND（20腳）：接地。2.輸入/輸出（I/O）引腳的P0、P1、P2和P3（合計32根）（1）P0端口（39腳32腳）：P0口為一個雙向8位三態(tài)I/O口。P0能夠用于片外程序數(shù)據(jù)存儲器。在本設計中，液晶屏部分將會與此端口相連接。（2）P1端口（1腳8腳）：P1口是一個片內(nèi)提供上拉電阻的準雙向8位I/O口。因為這種接口輸出無高阻狀態(tài)，輸入無法鎖存，所以不是真正的雙向I/O口。P1端口，在設計中，被使用到矩陣鍵盤的部分。（3）P2端口（21腳28腳）：P2口為一個片內(nèi)上拉電阻的準雙向8位I/O口，P2口緩沖器可接收

19、，并輸出4個TTL門電流P2口，用于片外程序存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。P2口在進行編程和校驗時能夠收到高八位控制信號和地址信號。（4）P3端口（10腳17腳）：P3口管腳是一個自帶內(nèi)部上拉電阻的準雙向8位的I/O端口。P3口能接收輸出4個LS型的TTL負載。P3口還為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。P3口作為第一功能使用時，就作普通I/O口使用，其功能和使用方式與P1相同。但作為第二功能使用時，其各引腳的定義如圖2-3所示另外，P3口的每條引腳都可以獨立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。圖2.3 P3端口管腳備選功能正如上表所示，根據(jù)P3口的備用功能，其串行輸入輸出口在本

20、次設計中將會與指紋模塊相連接。3.控制或者與其他電源復用引腳RST、ALE、PSEN以及EA/VPP（1）復位RST(9腳)：復位輸入。在振蕩器運行時，在這腳上出現(xiàn)兩個機器周期（24個振蕩周期）及以上的高電平，讓單片機復位。只要將這個引腳保持高電平，51芯片便能夠循環(huán)復位。復位后P3.0-P3.7口都置1，引腳表現(xiàn)為高電平，特殊功能寄存器SFR與程序計數(shù)器全部清零。復位操作對內(nèi)部RAM不會有影響。（2）ALE(30腳)：當訪問外部存儲器時，ALE的輸出電平用于鎖存地址的地低位字節(jié)。當FLASH編程時，這個引腳將被用作輸入編程脈沖。不訪問片外存儲器時，ALE端仍然以固定的頻率周期產(chǎn)生正脈沖信號。

21、所以，它能夠用作對外輸出時鐘脈沖信號，或用于定時目的。但是需要要注意的是：每次用于外部數(shù)據(jù)存儲器時，都會越過一個脈沖。（3）PSEN(29腳)：片外程序存儲器的讀選通信號。當從外部程序存儲器取指令或常數(shù)期間，每個機器周期該信號兩次有效。但在這個期間，每當訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN信號都將處于無效狀態(tài)。（4）EA/VPP(31腳)：當EA端口保持低電平時，則只選用片外程序存儲器。當加密方式1時，內(nèi)部將鎖定為RESET；當EA端保持高電平時，選用片內(nèi)程序存儲器。當FLASH編程時，此引腳也可用作施加12V的編程電源（VPP）。4.外接晶體引腳XTAL1和XTAL2XTAL1(19腳)：與外部晶

22、體相連接的一個引腳。在單片機的內(nèi)部，它作為一個反相放大器的輸入端口，是來自反向振蕩放大器的輸入和內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2(18腳)：與外部晶體相連接的另一端。在單片機內(nèi)部，它是用作上述振蕩器的反相放大器的輸出。2.3液晶顯示模塊的設計本次設計的智能電子密碼鎖的顯示模塊主要是由LCD1602顯示組成，它主要用于顯示鍵盤輸入的密碼和指紋錄入的情況，以及密碼指紋正確或錯誤等信息的提示。同時，為了確保在密碼輸入時的安全性，所輸入的密碼均由“*”號表示。當輸入6位密碼后按下確認鍵，系統(tǒng)便會與儲存在ROM中的密碼相比對，如若密碼錯誤，顯示屏上會出現(xiàn)“Error”的字樣，如若正確則會提示相關信息。

23、2.3.1 LCD1602選擇原因液晶顯示屏以其微功耗、顯示內(nèi)容豐富、體積小、超薄輕便等諸多有點，在儀表和低功耗系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。而本設計之所以在眾多的顯示屏中選擇LCD1602，其主要原因還是由于LCD1602擁有以下有點：a.位數(shù)多，能夠顯示32位b.顯示內(nèi)容豐富，可以顯示所有數(shù)字和字母c.程序相對簡單d.小設計中使用居多，相對于其他顯示屏比較熟悉e.低廉的價格綜上所述，由于LCD1602低廉的價格和廣泛的實用性，并且它完全符合這次設計的基本需求，所以顯示屏的選擇，非它莫屬。2.3.2 LCD1602簡介1.LCD1602功能介紹1602液晶也叫1602字符型LCD，是一種專門顯示字

24、母、數(shù)字、符號的點陣式LCD。目前常用的模塊分別有16*1,16*2,20*2和40*2行等的模塊。本次設計采用的是16*2行等的模塊。2.LCD1602分為帶背光和不帶背光兩種，其各引腳接線口說明如下表2.3.1所示：表2.3.1 引腳功能說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)I/O2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)I/O3VL液晶顯示偏壓信號11D4數(shù)據(jù)I/O4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）12D5數(shù)據(jù)I/O5R/W讀/寫選擇端（H/L）13D6數(shù)據(jù)I/O6E使能信號14D7數(shù)據(jù)I/O7D0數(shù)據(jù)I/O15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)I/O16BLK背光源負極3.LCD寄存器的

25、選擇RS:寄存器選擇。1數(shù)據(jù)寄存器；2命令狀態(tài)寄存器。R/W：讀/寫。1讀；2寫。E:使能。下降沿出發(fā)具體內(nèi)部寄存器選擇說明如下表2.3.2所示： LCD寄存器的選擇ER/WRS功能說明100指令寄存器寫入110忙標志和地址計數(shù)器讀出101數(shù)據(jù)寄存器寫入111數(shù)據(jù)寄存器讀出0X1不動作2.3.3 LCD1602液晶顯示模塊與單片機連接原理圖(圖2.3)圖2.3 LCD1602液晶顯示模塊與單片機連接電路2.4指紋識別模塊的設計本次課題的智能密碼鎖除了包含傳統(tǒng)電子密碼鎖的鍵盤輸入設計外，還增設了指紋識別的功能，為了這一功能的實現(xiàn)，指紋模塊的選擇也是必不可少的。指紋模塊是智能密碼鎖的重要部件，主要

26、安裝在擁有指紋功能的各類器件上，它用于完成指紋的采集和指紋的識別。2.4.1 指紋識別模塊的選擇為了符合本次設計的要求，本次設計在經(jīng)過各個模塊的比較后，最終采用FM-180指紋識別模塊進行智能密碼鎖的設計。FM-180亮背景光學頭指紋識別設備是一款采用了光學指紋傳感器，并且由高性能DSP處理器和FLASH等芯片構成的模塊，它具有指紋圖像處理、模板提取、模板匹配、指紋搜索和模板存儲等功能。和同類指紋產(chǎn)品比較，F(xiàn)M-180指紋識別模塊具備以下特點：a.指紋適應性強指紋圖像讀取過程中，采用自適應參數(shù)調(diào)節(jié)機制，使手指能夠有較好的成像質(zhì)量，使用人群廣泛。b.價格低廉c.模塊采用自行開發(fā)的光學采集頭，比起

27、其他模塊，成本大幅度降低。d.算法性能優(yōu)異e.FM-180指紋識別模塊的算法根據(jù)光學成像原理設計。算法具有較好的校正和容錯能力。f.簡單易用方便擴充g.無需具備指紋識別的專業(yè)知識即可應用，比較適合當前的自身的水平。2.4.2 FM-180指紋識別模塊系統(tǒng)參數(shù)與接口（1）系統(tǒng)參數(shù)電壓參數(shù)：直流 3.66.0V 電流參數(shù)： 工作電流小于20mA 峰值電流小于150mA 指紋圖像錄入時間小于1.0秒 采集器窗口面積： 14 mm 18 mm 指紋匹配方式： 比對方式（1:1） 檢索方式（1:N） 特征文件大小：256 bytes 模板文件大?。?12 bytes 指紋存儲數(shù)量：162/930枚 認假

28、率(FAR)小于0.001% 拒真率(FRR)小于1.0%搜索時間小于1.0秒 （均值為1:200時） 上位機接口： UART 通訊波特率(UART)：(9600N)bps N范圍為112 （N=6為默認值表示57600bps） 工作環(huán)境： 溫 度：-15到+45 相對濕度：45RH到80RH 儲存環(huán)境： 溫 度：-35到+80 相對濕度小于80H 尺寸(長寬高)： 55 20 21mm（2）外部接口引腳說明模塊與設備的串行通訊時，接口引腳定義如下圖2.4.1所示：圖2.4.1 外部接口引腳說明圖2.4.3 FM-180指紋識別模塊指令系統(tǒng)模塊通過串行通訊接口，能夠直接與5v電源的單片機進行通

29、訊。模塊數(shù)據(jù)發(fā)送接收端分別于上位機數(shù)據(jù)接收發(fā)送端相連。此模塊主要為以下幾個常用指令：一、 開機時通過與模塊接觸，從而判定模塊是否正常連接。其指令如下:驗證口令（PS_VfyPwd），其功能是驗證模塊握手的口令。當上位機發(fā)送數(shù)據(jù)至模塊數(shù)據(jù)接收端時，輸入?yún)?shù)Password，模塊根據(jù)情況返回參數(shù)，即其內(nèi)部所示：圖2.4.2 驗證口令的指令包和應答包格式二、生成指紋模板期間需要進行如下四個命令：錄入圖像、生成指紋特征、合成指紋模板、存儲指紋模板。錄入圖像（PS_GetImage）錄入圖像指令的功能是對手指進行探測。當探測完畢后，它會將探測到的錄入指紋圖像存至ImageBuffer中，并返回對應狀態(tài)的

30、確認碼，用于表示錄入的成功與否。此指令過程中并無輸入?yún)?shù)，指令代碼為01H，與此指令對應的指令包和應答包格式如下圖2.4.3：圖2.4.3錄入圖像的指令包和應答包格式 生成指紋特征（PS_GenChar）生成指紋特征指令的功能是將之前錄入時存于ImageBuffer中的原始圖像進行處理生成對應的指紋特征文件，并存至CharBuffer1或CharBuffer2之中。在此指令中，輸入?yún)?shù)為特征緩沖區(qū)號（BufferID），返回參數(shù)是代表是否成功的確認字，其指令代碼為O2H。指令包和應答包的對應格式如下圖2.4.4： 圖2.4.4生成指紋特征的指令包和應答包格式生成指紋模板（PS_RegModel

31、）在指紋特征生成之后，指紋模板生成的指令功能是將CharBuffer1和CharBuffer2中儲存的特征文件進行合并生成模板，然后把其結(jié)果存至CharBuffer1和CharBuffer2之中。此過程無輸入?yún)?shù)，但返回參數(shù)表示生成指紋模塊情況的確認字，指令代碼為05H，對應指令包和應答包格式如圖2.4.5表示：圖2.4.5生成指紋模板的指令包和應答包格式儲存模板（PS_StoreChar） 通過前兩個指令的模板生成，儲存模板指令的功能是將CharBuffer1或者CharBuffer2中儲存的模板文件儲存到PageID（指紋庫位置號）的flash數(shù)據(jù)庫的位置。此指令需要的輸入?yún)?shù)為Buffe

32、rID（緩沖區(qū)號）和PageID（指紋庫位置號），返回參數(shù)為確認字，指令代碼為06H。其指令包格式和應答包格式如圖2.4.6所示：圖2.4.6 儲存模板的指令包和應答包格式 通過上述四個步驟指令的執(zhí)行，就能實現(xiàn)對一個指紋的錄入，若將以上步驟重復執(zhí)行，便能實現(xiàn)多個指紋的錄入。第三章 智能密碼鎖的硬件設計3.1智能密碼鎖硬件設計原理進行硬件設計首先必須明確設計的要求，在確定密碼鎖大致需要哪些功能后，再結(jié)合參考擁有相似功能的密碼鎖進行設計，這是本次設計的一個方式。通過參考分析，了解密碼鎖要使用的各個模塊，然后確定這些模塊所要使用的元件和其具體的參數(shù)。這個過程中，需要對元件進行比較，如今各類元件型號眾

33、多，但各有優(yōu)缺點，但在此設計中，在滿足基本功能的條件下，優(yōu)先選取成本更為低廉的元件是主要方向。在元件選擇完畢后，就需要將各元件都相互聯(lián)系起來組成系統(tǒng)。在設計整體方案前,設計目的和要求的明確非常重要。在目標明確的基礎上，再分別進行硬件的設計以及軟件的設計，在這過程中，還需要使用Protel 99軟件對總體系統(tǒng)的原理圖、PCB圖進行繪制。繪制中，需要統(tǒng)籌全局根據(jù)實際情況，編排好設計的位置，方便之后元器件焊接組合的比對。本設計以STC89C52單片機為核心。系統(tǒng)總體框圖如圖3.1.1所示：圖3.1.1系統(tǒng)總體框圖電源電路：為STC89C52提供直流電。晶振電路：主要是提供基準頻率，產(chǎn)生震蕩電流,發(fā)出

34、時鐘信號。復位電路：讓單片機的處理器和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從這個確定的狀態(tài)開始工作。矩陣鍵盤電路:實現(xiàn)按鍵輸入密碼。指紋模塊:實現(xiàn)指紋的錄入、存儲、修改、比對功能。開鎖電路:當用戶輸入正確的密碼時，單片機便發(fā)出開鎖信號，送至開鎖驅(qū)動電路打開電磁鎖，達到解鎖目的。報警電路:當密碼輸入錯誤時，激活警報電路，使蜂鳴器發(fā)出聲響報警。電路圖3.1.2 電路原理圖3.2電源輸入電路本系統(tǒng)采用的是5V電源，設計上選用三端集成穩(wěn)壓器LM7805和LM7905作為固定輸出電壓的應用。正常工作時，輸入輸出電壓差為2-3V。輸入穩(wěn)定電容的作用是減小紋波，消振、抑制高頻干擾，一般為0.11

35、uF。輸出穩(wěn)定電容的作用是改善負載瞬態(tài)響應，一般為1uF。由下圖3.2可以看出，當按下開關，電路接通，為了保證其輸出的電壓是5V，電路上接了一個穩(wěn)壓電路，由一個7805穩(wěn)壓器組成。當電源導通時，其中電容起濾波作用，另一個電容是抑制高平信號。電容C1 C2接地可以起抗干擾的作用，使電壓穩(wěn)定在5V。圖3.2 電源輸入電路圖3.3復位電路復位是單片機進行初始化的操作，其作用是讓CPU中的部件在初始化后都處于同一個狀態(tài)，然后再從這個初始化狀態(tài)開始工作。外設復位電路，主要是為了實現(xiàn)在使用過程中能夠進行一步重置的功能。智能密碼鎖的設計，由于技術上的不完善，在使用中會出現(xiàn)不確定的問題，而這些問題會導致系統(tǒng)出

36、錯，無法正常運行。復位的設置能夠盡可能迅速的解決此類問題，保證設計的密碼鎖能夠正常使用。本系統(tǒng)采用了按鍵復位電路，如下圖3.3：圖3.3 復位電路3.4晶振電路STC89C52的引腳XTAL1和XTAL2與晶體振蕩器以及電容C2、C3按下圖3.4所示方式進行連接。晶振、電容和片內(nèi)與非門構成了電容三點式振蕩器。振蕩信號頻率和晶振頻率還有電容C2、C3的容量有關，但主要是由晶振頻率決定，范圍一般在033MHz之間。依據(jù)實際情況，本設計中采用11.0592MHZ作為系統(tǒng)的外部晶振。電容取值為20pF。圖3.4 晶振電路3.5報警電路報警部分由蜂鳴器和外圍電路組成，加電后不發(fā)聲，當按鍵按下或密碼輸入錯

37、誤時發(fā)出報警聲。當密碼輸入錯誤時，單片機的P3.3引腳會變?yōu)榈碗娖?，喇叭會發(fā)出警報。如圖3.5圖3.5 報警電路3.6密碼鎖電路智能密碼鎖部分是使用繼電器來得以功能的實現(xiàn)，只有當密碼輸入正確時開鎖繼電器才會吸合解鎖。通過單片機開鎖機構，以發(fā)光二極管D1發(fā)光來表示開鎖目的的達成，具體電路如圖3.6所示。圖3.6 密碼鎖電路3.7矩陣鍵盤電路矩陣鍵盤相對于獨立式按鍵雖然在設計上略為復雜，但是它能夠使用有限的端口設置數(shù)量更多的按鍵，符合本次設計的要求。矩陣鍵盤是由行線與列線組成，所以它也叫作行列式鍵盤。本次設計中使用的4*4鍵盤不僅能夠完成密碼的輸入，而且還能設置擁有特殊功能鍵使用，比如確認刪除，解

38、鎖方式轉(zhuǎn)換等功能。它的大體功能及與單片機引腳接法如下圖3.7所示：圖3.7 矩陣鍵盤與單片機引腳連接圖3.8指紋模塊電路指紋模塊主要是由內(nèi)部型號為PS1802的DSP芯片以及外面的CMOS芯片組成。CMOS芯片的功能是對在采集頭上的指紋進行采集，從而會生成指紋特征的文件，經(jīng)過指令的處理進而生成一個指紋模板。 指紋模板就是指紋采集完成儲存的文件。指紋模塊內(nèi)的CMOS芯片進行指紋的采集后，會對采集的信息進行模糊處理并生成記錄信息，最終存至指紋模塊的FLASH芯片中。當使用指紋識別模式時，指紋模塊需要先讓CMOS芯片進行一次指紋的采集，再將采集的指紋信息與之前存儲的指紋數(shù)據(jù)對比。通過檢索是否存在該指

39、紋，再返回對應的結(jié)果，若指紋存在還能返回該指紋為幾號指紋。指紋識別模塊電路如圖3.8所示：圖3.8 指紋識別模塊電路由圖可以看到，此指紋模塊與單片機通過串行連接，模塊的兩個端口分別與單片機的P3.0（接受數(shù)據(jù)）與P3.1（發(fā)送數(shù)據(jù)）連接。第四章 智能密碼鎖的軟件設計智能密碼鎖的軟件設計是整個密碼鎖可靠安全性的關鍵，密碼鎖軟件的程序可以分為A.主程序；B.LCD1602液晶屏顯示程序；C.延時程序；D.修改密碼程序；E.掃描鍵盤程序；F.報警程序；G.指紋錄入匹配程序。按鍵密碼需要通過矩陣鍵盤輸入6位密碼，結(jié)果會在LCD1602液晶屏上顯示，如果輸入的密碼正確，顯示器顯示“open”，代表解鎖的

40、指示燈就變亮。如果密碼不正確，則顯示密碼錯誤，累計錯誤次數(shù)，若密碼錯誤3次以上，則啟動報警系統(tǒng)，蜂鳴器持續(xù)鳴叫。如果需要修改密碼，則在成功輸入密碼后，通過修改密碼功能，進行密碼的修改。指紋識別設計主要通過設定的3個按鍵來實現(xiàn)功能，3個按鍵分別為模式切換（識別模式和錄入模式）、指紋錄入、刪除所有指紋。為了實現(xiàn)上述功能，整合軟件設計的程序，需要將整體設計劃分為幾大模塊，對這幾個模塊分別設計，最終再將它們聯(lián)系起來，本智能密碼鎖設計則將這些模塊分為：鍵盤輸入模塊、LCD1602顯示模塊、指紋識別模塊、開鎖報警模塊以及密碼修改模塊。這幾大模塊最后都將由主程序來實現(xiàn)控制。4.1主程序流程介紹由上述設計思路

41、，將幾大模塊由主程序控制，則主程序的設計內(nèi)容主要是各大模塊的調(diào)用，利用各模塊實現(xiàn)智能密碼鎖功能。密碼鎖在初始化后，可通過指紋或鍵盤輸入密碼，輸入的情況由液晶屏顯示。確認輸入的6位密碼后，單片機會將輸入的密碼與儲存的密碼進行對比，若密碼正確，則代表解鎖的發(fā)光二極管會發(fā)光，同時LCD1602會顯示“open”字樣；若密碼錯誤，則液晶屏顯示錯誤，并顯示錯誤次數(shù)，當密碼錯誤超過三次時，蜂鳴器則會持續(xù)鳴響。流程圖如圖4.1所示N輸入密碼正確？YN開鎖初始化密碼輸入界面輸入密碼確認密碼開始返回報警程序錯誤次數(shù)加1報警次數(shù)大于等于3？YNYNY手指接觸？指紋一致？切換鍵指紋錄入修改子程序圖4.1 主程序流程

42、圖4.2矩陣鍵盤模塊流程圖YN有鍵閉合？鍵盤掃描延時去抖找到閉合鍵計算鍵值閉合鍵釋放返回鍵值矩陣鍵盤模塊由4個部分組成，分為為：鍵盤掃描、延時去抖、尋找鍵值和返回鍵值。鍵盤掃描是使一行端口變?yōu)榈碗娖酵ㄟ^查看是否有列變?yōu)榈碗娖?，來判斷按下情況的。所以這個掃描過程是需要循環(huán)往復的，程序編寫則要實現(xiàn)這個過程。如果掃描結(jié)果表示并無按鍵按下，系統(tǒng)進入等待狀態(tài)；如果掃描到有按鍵按下，則進行延時去抖的步驟。經(jīng)過延時去抖，根據(jù)具體行列的檢測確定按鍵的位置。找到按鍵后，確定鍵值并返回鍵值，并執(zhí)行閉合按鍵釋放。流程圖如圖4.2所示圖4.2矩陣鍵盤模塊流程圖4.3 LCD1602液晶屏顯示模塊流程圖LCD1602液

43、晶屏顯示模塊的軟件設計部分主要包括開始、初始化LCD、清除LCD、寫LCD四個過程。LCD1602寫命令程序如下所示：void write_com(uchar com)e=0;rs=0;rw=0;P0=com;delay_uint(3);e=1;delay_uint(25);e=0;初始化LCD的程序如下所示：void init_1602() write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);delay_uint(1000);write_string(1,0," Password Lock ");write_string(2,0

44、," Input: ");lcd1602_guanbiao(1,7+0x40); /開光標開始初始化LCD清除LCD寫LCD結(jié)束液晶顯示模塊的流程圖4.3：圖4.3 液晶屏顯示模塊流程圖4.4 開鎖和報警模塊流程圖如圖4.4開鎖和報警模塊流程圖，開始時按開鎖鍵并輸入密碼，輸入的密碼將與單片機內(nèi)部保存的密碼相比較，如果輸入正確，則提示開鎖成功。如果輸入錯誤，錯誤次數(shù)則開始累積，3次以上錯誤后則執(zhí)行報警程序，蜂鳴器持續(xù)鳴叫。輸入密碼正確？YN開鎖初始化按開鎖鍵輸入密碼確認密碼開始返回報警程序錯誤次數(shù)加1報警次數(shù)大于等于3？YN圖4.4 開鎖和報警模塊流程圖4.5密碼修改流程圖修改密碼模塊主要是在輸入密碼正確之后，按下密碼修改鍵就能進入修改密碼界面，其流程分為四個步驟，分別為按下密碼修改鍵、輸入修改的密碼、按下確認鍵、LCD的