指纹识别门禁系统的设计
目 录
一、 引言 1
（一） 智能门禁系统研究背景 5
（二） 智能门禁国内外发展现状 5
（三） 本文主要研究内容 6
二、 方案选择及元器件介绍 7
（一） 控制系统的主控芯片对比与选择 7
（二） AT89C51单片机 7
（三） FPM10A型指纹识别模块介绍 8
（四） LCD1602液晶介绍 9
（五） DS1302时钟芯片介绍 10
三、 硬件系统设计 11
（一） 指纹识别门禁系统方案设计 11
（二） 单片机最小系统设计 11
（三） 指纹识别模块电路设计 12
（四） 门控及门锁电路设计 13
（五） 液晶屏电路设计 13
（六） DS1302芯片及外围电路设计 14
（七） 4×4键盘电路设计 15
（八） 报警电路设计 15
四、 软件系统设计 17
（一） 主程序流程设计 17
（二） 液晶屏软件流程设计 19
（三） 报警流程图设计 19
（四） DS1302工作流程图设计 20
（五） 按键消抖流程设计 20
五、 仿真调试 22
总结 23
参考文献 24
致谢 25
附录一 原理图 26
附录二 PCB图 27
附录三 元件列表 30
附录四 程序 41
引言
智能门禁系统研究背景
随着中国城市化进程的不断加大，许许多多的新型小区正如雨后春笋般的涌现在城市中。随着中国城市化的不断发展，城市人口正在不断加大，根据一项权威机构的调查表明，目前全世界人口最多的城市中，上海排全世界第三，北京排全世界第七，这表明中国城市目前已经聚集了各类人群，对于住宅安全的防范，人们已经想出了各种实际有效的办法，从而避免居民的日常生活不被陌生人或者不法分子所干扰。在对于小区或者楼宇安全的管理上，门禁作为一个“铁将军”常
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的不断加大，许许多多的新型小区正如雨后春笋般的涌现在城市中。随着中国城市化的不断发展，城市人口正在不断加大，根据一项权威机构的调查表明，目前全世界人口最多的城市中，上海排全世界第三，北京排全世界第七，这表明中国城市目前已经聚集了各类人群，对于住宅安全的防范，人们已经想出了各种实际有效的办法，从而避免居民的日常生活不被陌生人或者不法分子所干扰。在对于小区或者楼宇安全的管理上，门禁作为一个“铁将军”常常是防范非法侵入的最有效措施，它不但能够将陌生来客或者不法分子拒之门外，更能够在根本上减少犯罪率，使得不法分子望而却步。近几年来许许多多的智能门禁出现在人们的视野中，所谓智能门禁就是指在门禁原有的功能上增加了身份卡识别、指纹识别、密码识别或者面部识别等功能，从而出入门禁的人员能够通过输入密码、刷指纹、刷身份卡或者扫描面部来启闭大门，另外随着网络技术的发展，技术人员已经将门禁进行了网络化，个别高级小区已经能够通过主机实现对小区内所有门禁的集中管理、集中监视等，这给小区的生活质量以及安全性能带来了极大的提升。
目前市面上使用最多的智能门禁大多是采用射频卡作为身份识别，这在一些保密企业非常普遍，几乎每一个技术人员、工作人员都随身携带一个身份卡挂在脖子上，这种身份卡就是射频卡，当射频卡靠近智能门禁的读卡器时，读卡器通过电磁波的形式向射频卡传递能量以此来让射频卡工作，射频卡将自身所携带的信息传送给读卡器后，当信息合法门禁将被打开，这就是射频卡智能门禁的工作原理。然而这种基于射频读卡方式的智能门禁却存在着安全隐患，因为当射频身份卡被不法分子获取后，一样能够打开门禁，这样当射频身份卡丢失时，就无法保障安全性。随着智能处理技术的飞速发展，指纹识别技术出现并成熟后，迅速被引入到智能门禁中，这样当主人指纹信息被储存到门禁主控系统中后，不法分子再也无法通过别的方式打开智能门禁系统了，因此本文提出以“指纹识别”作为识别方式的智能门禁系统设计。
智能门禁国内外发展现状
智能门禁目前正朝着网络化、智能识别化的方向发展，在网络化方面，很多研究者正在不断地将以太网模块、互联网总线植入到智能门禁系统内，有了以太网模块，多个智能门禁就可以组成一个小网络，多个小网络就可以组成一个大网络，从而进行集中管理、监视和维护。麻省理工大学的一个研究小组开发了一款能够进行脸部识别的智能门禁系统，它的智能在于能够通过处理器来采集出入门禁人员的面容，从而不在系统记录内的人将无法打开门禁，这在根本上解决了不法犯罪的发生，该小组目前研究的焦点是将语音识别功能加强，通过语音识别模块对使用门禁者的进行语音采集和分析，从而决定是否打开门禁。目前国内对于智能门禁的研究主要聚集在多传感器化上，这一目的主要是实现紧急情况下门禁的自动工作，比如当楼宇内火灾发生时，智能门禁系统的火灾传感器产生动作，在最短的时间内将门禁打开，从而为楼宇内的人员打开逃生道路。
本文主要研究内容
本文主要从实际出发，本着对智能门禁具有智能化、操作方便简单以及能够实现身份识别为目的，通过对硬件结构的搭建和软件程序的调试，设计出了一个具有实用价值的指纹识别门禁系统。在硬件上通过对主控芯片的以及外围模块的选择，考虑到了C51单片机资料丰富，并且程序代码使用C语言构建，在软件上主要是对代码编写平台的安装和代码调试，由于C51单片机是经过大学学习后比较熟悉的一款单片机，因此给设计过程带来了方便。为了更加清晰地描述设计过程，本文主要通过对硬件模块电路的设计和软件流程进行两个渠道的阐述。
二、方案选择及元器件介绍
控制系统的主控芯片对比与选择
方案一：若以使用经验和成本为第一考虑要素，那么51单片机将是一个不错的选择。目前市面上51单片机具有广泛的市场，无论是在高校教学还是工业控制场合，都能看到51单片机的身影。大学期间的单片机课程主要对51单片机（如AT89C51、STC89C51等）的内部结构、使用方法等有过全面的教学，并且其内部寄存器数量较少，相比于其他类型的单片机更容易进行程序构建，选择51单片机作为主控核心，能够使得顺利完成毕业设计具有保障。另外在成本方面，51单片机芯片根据其内部资源情况价格不一，但价格都相对较低廉；51单片机的程序烧写方式采用两根线形式的串口来完成，这样相对于其他厂家的单片机来说，无需配置价格昂贵的仿真器。在单片机性能上，所有51单片机都采用同一种内核——MCS—51作为CPU，外部都集成了计时器、中断以及串口等模块，这样极大方便了系统软件系统的构建；不但如此，51单片机的处理速度也能够胜任大多数应用场合。
方案二：若从单片机处理速度、性能、稳定度以及内置资源等方面考虑，意大利ST公司的STM32单片机是最佳选择。在处理速度上，其主频达到72MHz以上，内部高稳定度的PLL锁相环模块能够将外部时钟倍频到工作频率，这样就大大提高了指令的处理速度。STM32单片机芯片内部大多集成了ADC、DAC、IIC、SPI以及DMA等常用模块，这点是51单片机所不具有的，这样往往通过一片STM32芯片就能完成一个复杂系统的设计。其内部程序储存器（FLASH）空间大小达到64k以上，而51单片机只有4k或者8k左右，这样在进行庞大
一、 引言 1
（一） 智能门禁系统研究背景 5
（二） 智能门禁国内外发展现状 5
（三） 本文主要研究内容 6
二、 方案选择及元器件介绍 7
（一） 控制系统的主控芯片对比与选择 7
（二） AT89C51单片机 7
（三） FPM10A型指纹识别模块介绍 8
（四） LCD1602液晶介绍 9
（五） DS1302时钟芯片介绍 10
三、 硬件系统设计 11
（一） 指纹识别门禁系统方案设计 11
（二） 单片机最小系统设计 11
（三） 指纹识别模块电路设计 12
（四） 门控及门锁电路设计 13
（五） 液晶屏电路设计 13
（六） DS1302芯片及外围电路设计 14
（七） 4×4键盘电路设计 15
（八） 报警电路设计 15
四、 软件系统设计 17
（一） 主程序流程设计 17
（二） 液晶屏软件流程设计 19
（三） 报警流程图设计 19
（四） DS1302工作流程图设计 20
（五） 按键消抖流程设计 20
五、 仿真调试 22
总结 23
参考文献 24
致谢 25
附录一 原理图 26
附录二 PCB图 27
附录三 元件列表 30
附录四 程序 41
引言
智能门禁系统研究背景
随着中国城市化进程的不断加大，许许多多的新型小区正如雨后春笋般的涌现在城市中。随着中国城市化的不断发展，城市人口正在不断加大，根据一项权威机构的调查表明，目前全世界人口最多的城市中，上海排全世界第三，北京排全世界第七，这表明中国城市目前已经聚集了各类人群，对于住宅安全的防范，人们已经想出了各种实际有效的办法，从而避免居民的日常生活不被陌生人或者不法分子所干扰。在对于小区或者楼宇安全的管理上，门禁作为一个“铁将军”常
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的不断加大，许许多多的新型小区正如雨后春笋般的涌现在城市中。随着中国城市化的不断发展，城市人口正在不断加大，根据一项权威机构的调查表明，目前全世界人口最多的城市中，上海排全世界第三，北京排全世界第七，这表明中国城市目前已经聚集了各类人群，对于住宅安全的防范，人们已经想出了各种实际有效的办法，从而避免居民的日常生活不被陌生人或者不法分子所干扰。在对于小区或者楼宇安全的管理上，门禁作为一个“铁将军”常常是防范非法侵入的最有效措施，它不但能够将陌生来客或者不法分子拒之门外，更能够在根本上减少犯罪率，使得不法分子望而却步。近几年来许许多多的智能门禁出现在人们的视野中，所谓智能门禁就是指在门禁原有的功能上增加了身份卡识别、指纹识别、密码识别或者面部识别等功能，从而出入门禁的人员能够通过输入密码、刷指纹、刷身份卡或者扫描面部来启闭大门，另外随着网络技术的发展，技术人员已经将门禁进行了网络化，个别高级小区已经能够通过主机实现对小区内所有门禁的集中管理、集中监视等，这给小区的生活质量以及安全性能带来了极大的提升。
目前市面上使用最多的智能门禁大多是采用射频卡作为身份识别，这在一些保密企业非常普遍，几乎每一个技术人员、工作人员都随身携带一个身份卡挂在脖子上，这种身份卡就是射频卡，当射频卡靠近智能门禁的读卡器时，读卡器通过电磁波的形式向射频卡传递能量以此来让射频卡工作，射频卡将自身所携带的信息传送给读卡器后，当信息合法门禁将被打开，这就是射频卡智能门禁的工作原理。然而这种基于射频读卡方式的智能门禁却存在着安全隐患，因为当射频身份卡被不法分子获取后，一样能够打开门禁，这样当射频身份卡丢失时，就无法保障安全性。随着智能处理技术的飞速发展，指纹识别技术出现并成熟后，迅速被引入到智能门禁中，这样当主人指纹信息被储存到门禁主控系统中后，不法分子再也无法通过别的方式打开智能门禁系统了，因此本文提出以“指纹识别”作为识别方式的智能门禁系统设计。
智能门禁国内外发展现状
智能门禁目前正朝着网络化、智能识别化的方向发展，在网络化方面，很多研究者正在不断地将以太网模块、互联网总线植入到智能门禁系统内，有了以太网模块，多个智能门禁就可以组成一个小网络，多个小网络就可以组成一个大网络，从而进行集中管理、监视和维护。麻省理工大学的一个研究小组开发了一款能够进行脸部识别的智能门禁系统，它的智能在于能够通过处理器来采集出入门禁人员的面容，从而不在系统记录内的人将无法打开门禁，这在根本上解决了不法犯罪的发生，该小组目前研究的焦点是将语音识别功能加强，通过语音识别模块对使用门禁者的进行语音采集和分析，从而决定是否打开门禁。目前国内对于智能门禁的研究主要聚集在多传感器化上，这一目的主要是实现紧急情况下门禁的自动工作，比如当楼宇内火灾发生时，智能门禁系统的火灾传感器产生动作，在最短的时间内将门禁打开，从而为楼宇内的人员打开逃生道路。
本文主要研究内容
本文主要从实际出发，本着对智能门禁具有智能化、操作方便简单以及能够实现身份识别为目的，通过对硬件结构的搭建和软件程序的调试，设计出了一个具有实用价值的指纹识别门禁系统。在硬件上通过对主控芯片的以及外围模块的选择，考虑到了C51单片机资料丰富，并且程序代码使用C语言构建，在软件上主要是对代码编写平台的安装和代码调试，由于C51单片机是经过大学学习后比较熟悉的一款单片机，因此给设计过程带来了方便。为了更加清晰地描述设计过程，本文主要通过对硬件模块电路的设计和软件流程进行两个渠道的阐述。
二、方案选择及元器件介绍
控制系统的主控芯片对比与选择
方案一：若以使用经验和成本为第一考虑要素，那么51单片机将是一个不错的选择。目前市面上51单片机具有广泛的市场，无论是在高校教学还是工业控制场合，都能看到51单片机的身影。大学期间的单片机课程主要对51单片机（如AT89C51、STC89C51等）的内部结构、使用方法等有过全面的教学，并且其内部寄存器数量较少，相比于其他类型的单片机更容易进行程序构建，选择51单片机作为主控核心，能够使得顺利完成毕业设计具有保障。另外在成本方面，51单片机芯片根据其内部资源情况价格不一，但价格都相对较低廉；51单片机的程序烧写方式采用两根线形式的串口来完成，这样相对于其他厂家的单片机来说，无需配置价格昂贵的仿真器。在单片机性能上，所有51单片机都采用同一种内核——MCS—51作为CPU，外部都集成了计时器、中断以及串口等模块，这样极大方便了系统软件系统的构建；不但如此，51单片机的处理速度也能够胜任大多数应用场合。
方案二：若从单片机处理速度、性能、稳定度以及内置资源等方面考虑，意大利ST公司的STM32单片机是最佳选择。在处理速度上，其主频达到72MHz以上，内部高稳定度的PLL锁相环模块能够将外部时钟倍频到工作频率，这样就大大提高了指令的处理速度。STM32单片机芯片内部大多集成了ADC、DAC、IIC、SPI以及DMA等常用模块，这点是51单片机所不具有的，这样往往通过一片STM32芯片就能完成一个复杂系统的设计。其内部程序储存器（FLASH）空间大小达到64k以上，而51单片机只有4k或者8k左右，这样在进行庞大
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