基于单片机控制的指纹识别电子密码锁系统设计

来源:电子工程专辑发布时间:2023-05-122194浏览

在单片机控制下，进行指纹识别电子密码锁系统的设计，设计主要围绕着指纹采集图像为主。总体分为硬件部分与软件部分设计两部分。
硬件部分：主控芯片用STC89C52RC，之后用LCD12864有字库液晶屏来提示用户进行下一步操作，一共有17个矩阵按键(其中包括“1，2，3，4，5，6，7，8，9，*，#，A，B，C，D”按键，其中数字按键进行密码解锁;“*，#”在系统中暂无定义;
A按键：进入管理员页面;B按键：进行密码删除作用;C按键：进入密码解锁页面;D按键：确认)
根据液晶屏提示用指纹还是密码进行解锁，单片机模块将输入的密码与FLASH中存储的密码相比对，比对成功亮绿灯并开锁，当连续三次输入密码后系统将自我锁定，需要输入管理员密码通过手动解锁或通过指纹进行解锁，其中在管理员页面不仅可以手动解锁还可以通过指纹模块进行增加指纹与删除指纹，为避免增加单片机负担，最多可以增加三个指纹。为避免密码泄露，这个密码是可以在管理员页面更改的，因为单片机重启后一切设置会重置，所以在电路中增加24C02 掉电存储器的芯片，当单片机一启动后将密码从24C02取出来放入单片机内，同理当密码有更改时，把密码放入24C02芯片中。还有红黄绿三中颜色灯，待机时黄灯亮，指纹或密码输入错误时红灯亮同时蜂鸣器响1秒，当指纹或密码输入正确时绿灯亮0.2秒同时5v松乐继电器打开，三秒后自动关闭。
软件部分：利用Keil uVision 5软件进行编程，并对程序进行模块化，方便调用与检查错误。单片机控制的电子密码锁不仅操作简单、成本低而且准确性高，正常情况下可以通过指纹开锁，安全性高。
1、系统框图设计
根据需要实现的系统功能进行一个需求分析，所以将所有的功能模块分成一个一个的单元电路进行功能实现。每个单元进行独立的设计、分布以及调试实现功能，留出与其它模块进行通信与供电电源的接口。最后在逻辑上进行嵌套调用实现实物设计，具体的硬件系统设计框图如下图所示。

2、系统原理图设计
为了避免大量复杂的布线混淆视线不利于观察，所以一些简单的连线直接连上STC89C52RC芯片方便观察，线束多个引脚间连接采用Place Net Label连接，称为电气连接。尽管两引脚间不存在直接连接，但使用Place Net Label同一编号的连接意味着两硬件间存在物理连接。这使得系统设计的逻辑更简单明了，若元器件发生故障检查起来更方便快捷，硬件原理图的设计如下图所示：

3、系统硬件方案的设计
3.1 主控芯片的选择
本设计将采用STC89系列芯片中的STC89C52RC芯片，该8位微控制器是国内宏晶公司研究并生产的一款功耗低、高性能、抗干扰能力强的单时钟/机器周期的微型控制器。芯片内产生稳定的工作电压，既能改善芯片工作性能，又能兼容多种系统供电电压区间。

3.2 指纹模块的选择
指纹模块是指纹锁的核心部件，用来完成指纹的采集和指纹识别的模块，指纹产品有光学指纹和半导体指纹在目前市场上见得比较多。出于使用环境和经济来考虑，本设计采用光学指纹。该模块环境适应性强、稳定性好、性价比高。
指纹识别模块是一款高性能的光学指纹识别模块。该模块配有串口，USB等通讯接口，使用者不需要学习繁杂的图像处理和指纹识别算法，只要通过一个简单串口，USB就可以根据通讯协议对该模块进行操控。

3.3显示器件的选择
我们选择了带字库的LCD12864液晶显示模块，以满足设计的某一特性，该模块有128*64的像素，能显示32个中文，因为带中文字库，所以可以显示图像效果，视角宽、对比度好、性价比高，同时跟LCD12806原理差不多，所以上手速度快、易编程。采用多种的通讯方式及简单的操作指令可以实现全中文的屏幕显示。20世纪中叶，由于其出色的物理、化学、光学特性，液晶显示屏成为一种广受欢迎的高分子材料，被用于轻薄型显示器上。液晶显示器的工作原理是通过电流刺激液晶分子来形成点、线和面，再与背光灯结合，最终呈现出一幅图像。一般来说，液晶也是各种类型的液晶显示器的统称，描述的更加方便。

3.4 数据存储芯片的选择
AT24c02为eeprom存储器器件、使用I2C总线技术。AT24c02存在于很多的设计之中。因为本设计单片机重启后一切设置会重置，因此，使用AT24c02，主要用于在故障掉电后存储一些数据并在运行上次掉电后存储数据的场景(掉电不丢失)。其内部共有有256个字节。并有一个8字节的页写缓冲器。

4、系统软件部分设计
4.1 主程序执行流程程序的执行流程是，上电后初始化各个硬件模块，其中包括液晶显示、指纹模块通信、AT24C02等，初始化后，直接进入屏幕的主待机状态，会一直反复在判断是否有按键的情况下按下一个键，如果按下一个键，确定键号并判断是否调用相关子程序。如果在待机的过程中，指纹模块如果感应到有手指便进入指纹判断的子程序。对该系统各个功能进行分析，制定如下图主程序流程图。

4.2 指纹模块流程设计
单片机和指纹模块进行串口通信包括发送和接收数据，工作过程如下图。

5、实物制作与调试
1)焊接前准备：根据原理图和PCB图，检查各元器件数量及型号并在网上买齐各种元器件与工具。元器件到货后，检查型号、规格是否正确，是否良好。
2.)焊前分类：为避免因电子元件混乱导致元器件焊错，所以将购买好的电子元器件按每个功能模块进行分类进行焊接，避免焊错以及漏焊。
3)注意事项：在电子元器件焊接时，每次焊接时都要注意元器件的正负极性，不能焊错。三极管的集电极、基极、发射极的位置不能焊错。因为都是细小元件，为避免高温将元器件损坏，焊接时时间不能超过两秒。
4)为后面方便调试，所以将指纹模块、12864显示模块、51芯片不直接焊到电路板上，而是通过卡槽进行连接。(最终焊接图见下图)