王小慧 徐鵬飛

摘要：本文介紹了新時(shí)代門鎖設(shè)計(jì)的背景，指紋識(shí)別，按鍵密碼鎖，RFID射頻識(shí)別的基本知識(shí)，然后對(duì)新時(shí)代門鎖的硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)基于單片機(jī)的新時(shí)代門鎖系統(tǒng)，其中硬件主要由STC89C52單片機(jī)、指紋識(shí)別模塊、RFID射頻、矩陣鍵盤、1602液晶顯示屏、電源等組成。系統(tǒng)軟件主要由指紋識(shí)別程序、RFID射頻程序，鍵盤掃描程序、1602液晶顯示程序等組成。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī);指紋識(shí)別;RFID射頻;矩陣鍵盤

中圖分類號(hào)：TP311 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）25-0216-02

1新時(shí)代門鎖原理

該設(shè)計(jì)用單片機(jī)作為控制中心，用射頻識(shí)別模塊識(shí)別IC卡，指紋驗(yàn)證身份，繼電器模塊模擬電路的開關(guān)閉合，通過按鍵和顯示屏來操作門鎖。

RFID應(yīng)用系統(tǒng)有標(biāo)簽和讀寫器。讀寫器在固定范圍內(nèi)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，標(biāo)簽在電磁場(chǎng)區(qū)域感應(yīng)到讀寫器發(fā)射出的信號(hào)，標(biāo)簽發(fā)送產(chǎn)品信息，讀寫器接收標(biāo)簽發(fā)送過來的數(shù)據(jù)后進(jìn)行解碼校驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確性。

指紋識(shí)別首先要經(jīng)由指紋采集儀來采集我們需要的指紋圖像，然后處理這個(gè)指紋圖像，再根據(jù)紋型特征對(duì)這個(gè)指紋進(jìn)行區(qū)別，之后根據(jù)指紋的細(xì)節(jié)特征點(diǎn)進(jìn)行提取，最后則是對(duì)實(shí)時(shí)采集的指紋與數(shù)據(jù)庫中已有的指紋進(jìn)行一一匹配。

密碼技術(shù)是對(duì)安全提供的邏輯保障技術(shù)同時(shí)也作為信息安全的核心技術(shù)。密碼技術(shù)的核心是密鑰和算法，密碼機(jī)制是密鑰和數(shù)據(jù)加密與數(shù)據(jù)解密的兩者相互結(jié)合組合而成。電子密碼技術(shù)是一種通過密碼輸入來控制系統(tǒng)或是控制電路的一種密碼技術(shù)。

2 硬件介紹和設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件主要有單片機(jī)、12864液晶屏幕、AS608指紋識(shí)別模塊、射頻裝置模塊RC522、按鍵模塊、電子鎖、電源電路、蜂鳴器等組成。系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

本次設(shè)計(jì)的主控CPU芯片為STC89C52，主要是對(duì)其他硬件進(jìn)行運(yùn)算和控制。采用12864液晶顯示屏作為系統(tǒng)的顯示模塊，采用AS608模塊、RC522模塊、鍵盤模塊作為輸入設(shè)備，輸入的數(shù)據(jù)通過單片機(jī)進(jìn)行處理后做出反應(yīng)并通過顯示屏、電子鎖、蜂鳴器表現(xiàn)出來。AS608模塊采用8pin的控制接口、供電電壓為3.3V、采用串口通訊;當(dāng)讀卡器檢測(cè)到IC卡時(shí)，因?yàn)榘l(fā)生磁/電信號(hào)的變更所以會(huì)產(chǎn)生壓值，然后讀卡器會(huì)解碼IC卡并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)處理并且保存數(shù)據(jù)信息;本設(shè)計(jì)采用了矩陣按鍵的設(shè)計(jì)方式，采用軟件消抖的方法來解決按鍵抖動(dòng)的影響，使用逐行掃描法判斷哪一個(gè)按鍵被按下。

3 軟件設(shè)計(jì)

以下是該系統(tǒng)的軟件流程圖。系統(tǒng)啟動(dòng)后，首先初始化各模塊，然后自動(dòng)進(jìn)入按鍵密碼、IC卡、指紋識(shí)別的等待模式。按鍵識(shí)別，用戶可以輸入密碼進(jìn)行密碼識(shí)別，如果用戶輸入的密碼是正確的密碼，門將會(huì)自動(dòng)打開，液晶屏幕上會(huì)有提示;如果用戶輸入的密碼是錯(cuò)誤的密碼，液晶屏幕上也會(huì)有相應(yīng)的提示，蜂鳴器會(huì)響一聲，用戶初始化密碼為000000;IC卡識(shí)別，管理員對(duì)用戶IC卡信息進(jìn)行錄入，然后用戶可以直接用IC卡進(jìn)行刷卡進(jìn)入，液晶會(huì)顯示對(duì)應(yīng)的卡號(hào)，系統(tǒng)門會(huì)自動(dòng)打開，并且蜂鳴器和LED燈會(huì)進(jìn)行提示;指紋識(shí)別需要預(yù)先存儲(chǔ)指紋特征，開門時(shí)用手指接觸指紋識(shí)別器，STC89C52單片機(jī)向指紋識(shí)別模塊發(fā)出指紋對(duì)比的命令，指紋識(shí)別模塊對(duì)指紋進(jìn)行采集并獲取其特征值，然后將開門者的指紋與數(shù)據(jù)庫中的指紋進(jìn)行對(duì)比。如果指紋特征值符合，則單片機(jī)發(fā)送確認(rèn)指令分別給液晶顯示模塊和門控裝置模塊處理操作，并且蜂鳴器和LED燈會(huì)進(jìn)行提示，如果指紋特征不符合，則不進(jìn)行任何處理。主程序流程圖如圖2所示。

RFID模塊通過芯片對(duì)完成數(shù)據(jù)的讀取、修改和儲(chǔ)存等操作，并且能信號(hào)送回讀寫器，以此完成一套讀寫操作流程。通常情況下我們使用的讀寫器是由單片機(jī)、天線、特用智能模塊組合而成的，并且還配有與PC的通訊接口、I/O口、打印口等。RFID模塊的設(shè)計(jì)流程為開始尋卡，尋卡結(jié)束后判定卡的操作，是寫卡還是讀卡，在寫卡過程中要獲取管理員權(quán)限，只有獲取管理員權(quán)限才能對(duì)IC卡進(jìn)行操作，讀卡時(shí)若數(shù)據(jù)庫中有此卡的數(shù)據(jù)信息則可以開鎖否則開鎖失敗?？ㄆ欠耖_鎖成功的具體設(shè)計(jì)如下：首先用while語句等待卡片進(jìn)行開鎖，當(dāng)判斷出有卡片的同時(shí)用uchar IC_READ（ void ）語句讀卡，然后用void checkcard（void）語句校驗(yàn)卡。隨后使用PutStr和Write語句顯示門已打開和開門的卡號(hào)，然后進(jìn)行一個(gè)delay延時(shí)，隨后使用PutStr回到初始界面。else語句代表數(shù)據(jù)庫中沒有此卡的信息，此時(shí)使用PutStr和Write語句顯示卡未注冊(cè)和卡號(hào)，然后進(jìn)行一個(gè)delay延時(shí)，隨后使用PutStr回到初始界面。

指紋錄入首先要采集指紋，將這些采集的指紋分類并提取指紋特征值，然后將這些特征信息錄入到我們建成的指紋庫中，把錄入的指紋編輯存檔并給它們相應(yīng)的編號(hào)。每錄入一個(gè)指紋后，再根據(jù)其ID號(hào)順序，自動(dòng)存儲(chǔ)FLASH存儲(chǔ)芯片中。指紋開鎖就是新錄入指紋與數(shù)據(jù)庫中已有指紋匹配的過程，只有指紋有效且與數(shù)據(jù)庫中指紋匹配門鎖才會(huì)打開。指紋是否開鎖成功的具體設(shè)計(jì)如下：首先用while語句等待指紋進(jìn)行開鎖，當(dāng)判斷出有指紋的同時(shí)用SFG_identify（）語句檢測(cè)指紋，用int_stdcallPatternMatch（）語句進(jìn)行指紋匹配，匹配成功后使用PutStr和Write語句顯示門已打開和開門的指紋號(hào)，然后進(jìn)行一個(gè)delay延時(shí)，隨后使用PutStr回到初始界面。匹配不成功時(shí)使用PutStr和Write語句顯示沒有搜索到指紋和請(qǐng)重新按手指，然后進(jìn)行一個(gè)delay延時(shí)，隨后使用PutStr回到初始界面。

本系統(tǒng)的鍵盤模塊設(shè)計(jì)流程大致如下，首先要對(duì)按鍵模塊進(jìn)行初始，這一步驟不能缺少，此時(shí)所有按鍵所在的位置的行線和列線皆是高電平，這時(shí)只需等待按鍵被按下再做出相應(yīng)反應(yīng)，當(dāng)有按鍵被按下的時(shí)后通過電平檢測(cè)可以判斷出是否有按鍵被按下并且能夠找到具體是哪一個(gè)按鍵被按下，隨后進(jìn)行消除抖動(dòng)再對(duì)按鍵進(jìn)行分析，然后再次等待按鍵被按下，具體步驟和上述一樣操作。

4 系統(tǒng)調(diào)試

給系統(tǒng)和各個(gè)模塊上電。按下指紋錄入按鍵，用指紋庫中的手指指紋接觸指紋模塊，查看指紋錄入燈和蜂鳴器是否正常顯示，若正常顯示則指紋錄入成功。返回正常工作界面，用手指接觸指紋模塊，如果門能夠正常啟動(dòng)，并且延時(shí)關(guān)閉，則該裝置運(yùn)行完好。在正常工作界面中拿張已經(jīng)注冊(cè)過的IC卡放在射頻模塊上，液晶顯示對(duì)應(yīng)的卡號(hào)，如果門能夠正常啟動(dòng)，并且延時(shí)關(guān)閉，則該裝置運(yùn)行完好。在正常工作界面中在矩陣鍵盤中輸入門禁密碼，并且按確定鍵結(jié)束，液晶是否顯示對(duì)應(yīng)的密碼位數(shù)，如果門能夠正常啟動(dòng)，并且延時(shí)關(guān)閉，則該裝置運(yùn)行完好。如果門鎖都能正常打開，說明該整個(gè)系統(tǒng)功能都能正常使用。經(jīng)過多次的調(diào)試，最終新時(shí)代門鎖系統(tǒng)順利實(shí)現(xiàn)。

5 總結(jié)

本文主要介紹了新時(shí)代門鎖系統(tǒng)，利用指紋識(shí)別技術(shù)的觸摸式感應(yīng)方式和步進(jìn)馬達(dá)的門控裝置，實(shí)現(xiàn)指紋的采集識(shí)別與門控開關(guān)效應(yīng);利用RFID射頻技術(shù)的原理與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了IC卡的讀寫。硬件電路與軟件系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單且實(shí)用。通過測(cè)試各個(gè)模塊正常運(yùn)行，能夠完整地實(shí)現(xiàn)三種不同的開鎖方式。管理員可以自己更改密碼、指紋數(shù)據(jù)信息以及IC數(shù)據(jù)卡信息，這樣的設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)的亮點(diǎn)。由于知識(shí)技能儲(chǔ)備受限和時(shí)間原因，該新時(shí)代門鎖系統(tǒng)功能還有待改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

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【通聯(lián)編輯：梁書】