山東科技大學電子通信與物理學院 范 浩 高寒旭 柴兆臣

基于單片機的指紋密碼鎖

山東科技大學電子通信與物理學院 范 浩 高寒旭 柴兆臣

本設計是一款基于單片機的指紋識別電子密碼鎖系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STC89C52單片機作為模塊核心同時結合ZFM-60指紋模塊實現(xiàn)錄取指紋并存儲指紋數(shù)據(jù)的功能，并且通過HS12864-15C液晶顯示比對流程及比對結果，該指紋電子密碼鎖通過直流繼電器與發(fā)光二極管來模擬開鎖的動作。本系統(tǒng)有小體積、高性價比、高傳輸速度的特點，適合家庭及單位使用。

單片機；指紋比對；電子密碼鎖；液晶屏

1 引言

我們現(xiàn)在市場上的主流密碼鎖一般都是電子設計的，但是這種密碼鎖的設計有很多缺陷比如他容易被人竊取密碼同時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。因此人們開始轉而探索生物識別技術，希望可以利用此技術來應付現(xiàn)在系統(tǒng)安全所面臨的挑戰(zhàn)。據(jù)研究結果表明，人類身體的很多部位具有不可復制的特點，比如人類的聲音、視網膜、指紋等等都是我們人體獨有的特征。這些外部條件讓我們的身份認證更加安全方便，其中近年來發(fā)展成熟的指紋識別技術成為生物識別技術中的熱點。

2 系統(tǒng)硬件設計

基于單片機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，繼電器，液晶顯示屏，按鍵等構成。在系統(tǒng)工作時硬件中的指紋模塊可以對外來指紋進行錄入和清除工作，這一硬件部分的工作是采用C語言構建系統(tǒng)程序，單片機通過對不同的按鍵執(zhí)行操作后向模塊發(fā)送相應指令，完成對應功能。在硬件與軟件完成匹配調試后，整體可構成一個獨立的指紋識別系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)總設計框圖

2.1 按鍵模塊

矩陣式鍵盤由行線和列線構成，其中按鍵的位置位于行和列的交叉點上。當鍵被按下時，其交點處的行線和列線接通，隨即對應的行線或列線上的電平會產生變化。通過檢測行或列線上的電平變化，單片機可以確定哪個按鍵被按下。

在本設計中我們采用了逐行掃描法來實現(xiàn)按鍵檢測的功能，識別的具體過程如下：

判斷鍵盤中是否有鍵按下。本設計中將行線設置為輸出口，并且輸出低電平；同時將列線設置為輸入口，輸出為高電平。我們在讀取的時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，就表示此時有按鍵按下。

判斷被按下按鍵所在的位置。在確認有鍵按按下后依次將每根行線設置為輸出口，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，我們采用計算法編碼的方法給矩陣鍵盤中的每個按鍵進行編號。

2.2 指紋模塊

本設計我們所選擇的是型號為ZFM60的指紋模塊，該指紋模塊里面主要是型號為AS606的DSP芯片，其中芯片外面裝載有CMOS芯片，當我們錄入兩次這樣的指紋特征時就能生成一個指紋模板。當指紋模板處于工作狀態(tài)時，模塊會將第一次錄入的指紋信息進行模糊處理并且生成“0”和“1”兩種不同的信息同時模塊會把生成的信息存入到FLASH芯片里面。當使用到指紋模塊的識別模式時，CMOS芯片將采集到的指紋和之前存儲在FLASH芯片里的數(shù)據(jù)庫進行對比，并且從N個錄入的指紋數(shù)據(jù)里面找出與之對應的指紋。單片機會對識別結果進行判斷，如果存在的話就會顯示對應的指紋標號。

2.3 液晶顯示器

在本設計中采用了12864液晶顯示器，顯示器主要完成數(shù)據(jù)的顯示功能。本設計一開始必須對用戶所編的顯示程序進行初始化，否則該指紋模塊會出現(xiàn)無法正常顯示的問題，在模塊接收到其他指令前，單片機必須確認模塊內部處于非忙碌的工作狀態(tài)，然后顯示器會接收到指令，并且根據(jù)相應的指令將需要顯示的內容放在顯示屏上。

2.4 記憶存儲設計

本設計中將AT24C02作為記憶存儲裝置，AT24C02是美國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 內部含有256*8位存儲空間以及一個16字節(jié)頁寫緩沖器。該器件通過I2C總線接口進行操作并且有一個專門的寫保護功能。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 軟件設計部分

本設計采用keil進行C源碼編程，keil軟件可以提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工具，能夠連接和重定位目標文件和庫文件，創(chuàng)建HEX文件，調試目標程序。

4 系統(tǒng)調試

將keil編寫的程序分別對矩陣鍵盤，顯示屏以及指紋模塊進行調試，同時檢驗蜂鳴器、繼電器、LED燈是否正常工作。通過軟件硬件的調試，判斷基于單片機的指紋密碼鎖能不能實現(xiàn)正常采集、錄入、存儲指紋的功能。

圖2 Z F M6 0指紋模塊

圖3 調試結果圖

5 結束語

本文提出的指紋密碼鎖將單片機和指紋模塊結合在一起，通過人體指紋獨有特性提高了電子鎖的安全性能。同時本設計的軟件和硬件還有很大的擴展性可以增加其他功能，有一定推廣性。

[1]趙玉蘭,姜春風,方修豐．指紋識別技術在煤礦門禁系統(tǒng)中的應用與實現(xiàn)[J]．煤炭技術．2010,29(11)：132-134．

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