单片机的指纹密码锁的设计
本课题针对传统的机械锁容易被盗的现象，利用指纹的特殊性的特点，设计以单片机为核心，指纹识别器为前端检测模块的、智能化的、指纹密码锁的设计。系统采用lcd1286显示屏显示当前的开锁状态，用户可以通过指纹识别和密码输入的两种方式进行开锁，提高系统的多样性。指纹的复杂性大大的提高了密码锁的安全性能，课题具有一定的研究意义。
【 key words 】 : single chip microcomputer; Fingerprint identification; The panel 目录
引言 1
（一）研究背景 1
（二）识别原理 1
（三）研究内容 2
一、 整体方案设计 2
（一）整体设计 2
（二）方案论证 2
（三）最终方案 3
二、硬件设计 4
（一）最小系统设计 4
（二）输入模块 5
（三）继电器驱动模块 5
（四）显示模块 6
（五）电源模块 6
（六）存储模块 6
（七）指纹模块 7
三、 系统软件设计 7
（一）系统程序 7
(二）键盘模块 9
（三）显示模块 9
（四）指纹通讯模块 10
（五）使用Keil C51编写程序 11
四、 系统调试 12
（一）调试步骤 12
（二）调试的注意事项 17
（三）软件调试 17
总结 19
参考文献 20
致谢 21
附录一 原理图 22
附录二 PCB图与实物图 23
附录三 原程序 24
引言
（一） 研究背景
作为大自然界的生物，每一个生物都是具有自身独特的标识符号的，人也不例外。而在当今生活的世界中对于人的识别，有许多可以用来作为人的识别工具，例如瞳孔、DNA、指纹等。日常生活中最常用的就是人的指纹了，在现在使用的手机中，很多就使用的指纹锁。而对于我的设计指纹密码锁而言，开锁的钥匙一定要具有一定的
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
唯一性才能达到相应的安全要求。很多的方面表明，人体的每一个器官都有着不可模仿的特征，使得人与人之间进行区别。现代科技将生物识别作为系统安全的工具，希望可以通过这样独一无二的生物信号可以应对不法分子对于安全系统的调整。如果要把人体的特征作为一个可识别、易于识别、系统稳定，并且在使用过程中具有唯一性。便是每个人的这些特征都是独一无二不可复制的与其他人不一样并且是终生不会改变的，如果正确的运用这些特征就可以自动的辨认出个人的身份信息；好比说人的指纹、眼睛里的虹膜、以及人的面孔和手掌中的路纹等等都是可以利用的生物识别技术之一。指纹虽然在人体的器官中占据很小的一部分，但是是每个人独一无二的生物标识。与现代计算机技术以及单片机技术联合使用。极大的增加了系统的安全性能以及促进科技的发展。
（二）识别原理
人的手指是由一道道不均匀的指纹构成的，理想的指纹就像一张黑白二值图像的图片。指纹识别不仅受手部疼痛因素的影响，还受油墨浓度、纸张厚度、手指状态和皮肤变形等因素的影响。 此外，通过扫描仪或数码相机对指纹的时间，在光的照射下，由于手指皮肤上留有水渍油渍，在接收图像时会让识别的图像变得模糊不清，模糊的图像不能与事先采集的图像进行对比，从而会导致其不能使用。所以在使用时必须调好指纹的特征，使用适当的描述方式来识别指纹。
指纹识别原理一般分为两方面：
1.整体特性：整体特性是指在将指纹采集后对其纹路结构的整体性描述，通过优化的算法进行计算对比。指纹的大致类型可以分为：弓型，环型，螺旋型。
2.本地特性：使用这样的细节特点简历一定的坐标模型，就是使用指纹细节和坐标相对应用来快速的识别指纹。特别是比较模糊的指纹识别的时候如果采用是全局特性进行识别的话势必会有很大的误差出现。如果使用指纹的分叉点与断电来进行识别的话可以快速的进行相应的指纹识别。局部识别如图1所示:
图1 局部识别
（三）研究内容
我做了下面几个工作：
系统设计的时候具有指纹输入和密码输入的开锁模式；
系统密码有掉电保存功能；
设置管理员密码可以找回密码；
综上所述的设计要求，首要的任务就是通过查询资料，对于电路的原理图进行设计，选择最符合设计要求的元器件。其次就是对于电路图的焊接工作；在软件部分设计出符合设计要求的主程序，相应的子程序和设计所需的中断子程序。
一、 整体方案设计
（一） 整体设计
设计中硬件系统采取了指纹模块作为指纹采集模块达到开锁的目的；利用继电器模拟门锁的开关。系统由单片机以及最小系统、LCD12864液晶显示模块、蜂鸣器模块、LED指示灯模块、继电器驱动模块、矩阵键盘模块、AT24C02芯片模块、指纹模块组成了硬件模块。系统由指纹开锁和按键密码开锁两种模式，指纹模块可以录入一千种不同的信号，系统具有掉电保存功能和管理员密码功能。安全性和实用性有了很大提高。系统硬件框图如图2所示:
图2 系统硬件框图
（二）方案论证
1.控制模块
作为本设计的核心，其运算精度，功能的多样性以及抗干扰性的能力是系统稳定性的基础。
方案一 采取52单片机作为微处理器，单片机运算速率快，性价比高。
方案二 采取FPGA作为系统的微处理器。FPGA集成化的程度比较高，使用的基本的外围的电路元件相应减少；其运算能力强、体积小；模块的兼容性好开发的工具丰富。
对于上面的两种方案来考虑的话，在使用性能方面符合我的设计要求。在运算能力的方面可编程门阵列的能力更高，但是对于指纹密码锁来说，使用这样的处理器有点大材小用。由此可见方案一更合适我的设计要求。
2.显示模块
方案一 采取12864液晶显示屏显示当前所需的数值。
方案二 采取1602液晶显示屏显示当前的数值。
本设计需要显示出当前的密码的星号表示以及密码错误的时候相应的字母显示，以及系统操作的一些中文提示灯文字信息量较多；如果使用1602屏，那么需要编写大量的程序，而库是显示模块的库，编写的程序简单实用，方便12864。所以我选择使用这个程序作为显示模块。
3.电源模块
方案一 采取干电池作为系统的供电模块。
方案二 采取USB接口作为系统的供电模块
对于这两种方案而言，作为安保系统需要对系统进行持续的供电，所以使用电池组不利于系统持续的使用。所以我选择方案而作为系统的电源模块。
4.存储模块
方案一 ：将所需要存储的生物信号存在单片机中。
【 key words 】 : single chip microcomputer; Fingerprint identification; The panel 目录
引言 1
（一）研究背景 1
（二）识别原理 1
（三）研究内容 2
一、 整体方案设计 2
（一）整体设计 2
（二）方案论证 2
（三）最终方案 3
二、硬件设计 4
（一）最小系统设计 4
（二）输入模块 5
（三）继电器驱动模块 5
（四）显示模块 6
（五）电源模块 6
（六）存储模块 6
（七）指纹模块 7
三、 系统软件设计 7
（一）系统程序 7
(二）键盘模块 9
（三）显示模块 9
（四）指纹通讯模块 10
（五）使用Keil C51编写程序 11
四、 系统调试 12
（一）调试步骤 12
（二）调试的注意事项 17
（三）软件调试 17
总结 19
参考文献 20
致谢 21
附录一 原理图 22
附录二 PCB图与实物图 23
附录三 原程序 24
引言
（一） 研究背景
作为大自然界的生物，每一个生物都是具有自身独特的标识符号的，人也不例外。而在当今生活的世界中对于人的识别，有许多可以用来作为人的识别工具，例如瞳孔、DNA、指纹等。日常生活中最常用的就是人的指纹了，在现在使用的手机中，很多就使用的指纹锁。而对于我的设计指纹密码锁而言，开锁的钥匙一定要具有一定的
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
唯一性才能达到相应的安全要求。很多的方面表明，人体的每一个器官都有着不可模仿的特征，使得人与人之间进行区别。现代科技将生物识别作为系统安全的工具，希望可以通过这样独一无二的生物信号可以应对不法分子对于安全系统的调整。如果要把人体的特征作为一个可识别、易于识别、系统稳定，并且在使用过程中具有唯一性。便是每个人的这些特征都是独一无二不可复制的与其他人不一样并且是终生不会改变的，如果正确的运用这些特征就可以自动的辨认出个人的身份信息；好比说人的指纹、眼睛里的虹膜、以及人的面孔和手掌中的路纹等等都是可以利用的生物识别技术之一。指纹虽然在人体的器官中占据很小的一部分，但是是每个人独一无二的生物标识。与现代计算机技术以及单片机技术联合使用。极大的增加了系统的安全性能以及促进科技的发展。
（二）识别原理
人的手指是由一道道不均匀的指纹构成的，理想的指纹就像一张黑白二值图像的图片。指纹识别不仅受手部疼痛因素的影响，还受油墨浓度、纸张厚度、手指状态和皮肤变形等因素的影响。 此外，通过扫描仪或数码相机对指纹的时间，在光的照射下，由于手指皮肤上留有水渍油渍，在接收图像时会让识别的图像变得模糊不清，模糊的图像不能与事先采集的图像进行对比，从而会导致其不能使用。所以在使用时必须调好指纹的特征，使用适当的描述方式来识别指纹。
指纹识别原理一般分为两方面：
1.整体特性：整体特性是指在将指纹采集后对其纹路结构的整体性描述，通过优化的算法进行计算对比。指纹的大致类型可以分为：弓型，环型，螺旋型。
2.本地特性：使用这样的细节特点简历一定的坐标模型，就是使用指纹细节和坐标相对应用来快速的识别指纹。特别是比较模糊的指纹识别的时候如果采用是全局特性进行识别的话势必会有很大的误差出现。如果使用指纹的分叉点与断电来进行识别的话可以快速的进行相应的指纹识别。局部识别如图1所示:
图1 局部识别
（三）研究内容
我做了下面几个工作：
系统设计的时候具有指纹输入和密码输入的开锁模式；
系统密码有掉电保存功能；
设置管理员密码可以找回密码；
综上所述的设计要求，首要的任务就是通过查询资料，对于电路的原理图进行设计，选择最符合设计要求的元器件。其次就是对于电路图的焊接工作；在软件部分设计出符合设计要求的主程序，相应的子程序和设计所需的中断子程序。
一、 整体方案设计
（一） 整体设计
设计中硬件系统采取了指纹模块作为指纹采集模块达到开锁的目的；利用继电器模拟门锁的开关。系统由单片机以及最小系统、LCD12864液晶显示模块、蜂鸣器模块、LED指示灯模块、继电器驱动模块、矩阵键盘模块、AT24C02芯片模块、指纹模块组成了硬件模块。系统由指纹开锁和按键密码开锁两种模式，指纹模块可以录入一千种不同的信号，系统具有掉电保存功能和管理员密码功能。安全性和实用性有了很大提高。系统硬件框图如图2所示:
图2 系统硬件框图
（二）方案论证
1.控制模块
作为本设计的核心，其运算精度，功能的多样性以及抗干扰性的能力是系统稳定性的基础。
方案一 采取52单片机作为微处理器，单片机运算速率快，性价比高。
方案二 采取FPGA作为系统的微处理器。FPGA集成化的程度比较高，使用的基本的外围的电路元件相应减少；其运算能力强、体积小；模块的兼容性好开发的工具丰富。
对于上面的两种方案来考虑的话，在使用性能方面符合我的设计要求。在运算能力的方面可编程门阵列的能力更高，但是对于指纹密码锁来说，使用这样的处理器有点大材小用。由此可见方案一更合适我的设计要求。
2.显示模块
方案一 采取12864液晶显示屏显示当前所需的数值。
方案二 采取1602液晶显示屏显示当前的数值。
本设计需要显示出当前的密码的星号表示以及密码错误的时候相应的字母显示，以及系统操作的一些中文提示灯文字信息量较多；如果使用1602屏，那么需要编写大量的程序，而库是显示模块的库，编写的程序简单实用，方便12864。所以我选择使用这个程序作为显示模块。
3.电源模块
方案一 采取干电池作为系统的供电模块。
方案二 采取USB接口作为系统的供电模块
对于这两种方案而言，作为安保系统需要对系统进行持续的供电，所以使用电池组不利于系统持续的使用。所以我选择方案而作为系统的电源模块。
4.存储模块
方案一 ：将所需要存储的生物信号存在单片机中。
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