基于單片機的指紋識別門禁系統(tǒng)設計

人們在生活中需要安全的門禁設施，來保證自己的財產(chǎn)安全，各種各樣的門禁系統(tǒng)隨之而生。但隨著數(shù)字化和網(wǎng)絡化的不斷發(fā)展，以前的門禁方式在鑒別方式、速度和性能方面越的過程中，由于人的身體特點具有不可復制性，所以人們把目光轉移到這上面來，開始了生以為它的這些特點目前已被廣泛應用于安全訪問。對于企業(yè)來說，辦公樓的安全性和規(guī)范性就顯得尤為重要，對于進入樓內的人員需要嚴格的管理，并且需要保密的樓層也需要限制人員的進入。指紋識別技術正好可以解決這個問題，每個人的指紋就相當于每個人的身份標識，對指紋的識別和管理，就能夠實現(xiàn)對人員的管理。本文設計的系統(tǒng)是基于單片機的指紋識別門禁系統(tǒng)，它是在指紋識別技術的基礎上加以開發(fā)擴展得來的，主要目的是加強人員的出入管理和提高門禁的安全性。整個門禁系統(tǒng)主要包括上位機和下位機兩部分，對于下位機，單片機作為主體，另帶多個子模塊，包括指紋識別模塊、液晶顯示模塊、網(wǎng)絡模塊、繼電器和蜂鳴器等；對于上位機，主要負責用戶信管理，并且通過網(wǎng)絡模塊，對多個下位機行進遠距離控制。論文基于對指紋識別技術和指紋識別系統(tǒng)的發(fā)展研究的意義的分析，介紹了指紋識別門禁系統(tǒng)總體框架，闡述了各子模塊的硬件和軟件資源。論文首先簡要介紹了指紋識別算法，重點介紹了指紋識別模塊（包括它的硬件連接和軟件指令的使用方法。在此基礎上，設計了以STC89C5單片機為核心的指紋識別門禁系統(tǒng)，指紋識別模塊負責識別指紋，并傳輸給單片機結果，單片機根據(jù)結果來控制液晶顯示和蜂鳴器的聲音提示，再控制繼電器的開閉，單片機還能通過網(wǎng)絡模塊與上位機實現(xiàn)遠程通訊。之后，介紹了軟件部分的設計，包括單片機、液晶屏、指紋識別模塊和上位機的軟件設計。系統(tǒng)測試部分，通過對系統(tǒng)的模型樣機的測試表明，系統(tǒng)能夠完成基本功能并具有較好的穩(wěn)定性，初步達到了預期的設計目標。在論文最后，做出了簡單關鍵詞：指紋識別；門禁；單片機IAbstractofdigitalizationandnetworking,theentranceguardbeforewayintermsofspeedofreplication,sopeoplefocustothis,startedthebiaccess.logycansolvetheproblem,eachperson'sfingerprintsaremanagementofthepersonnologyisintroduced,anddesignasetoffingerprintentranceguardsystembasedonSTC89C52single-chipcomputer,torealizetheunificationofthebuildingentranceguardmanagementandpersonnelmanagementofpermissionetworkmodule,relayandbuzzer,controlledbysinglechipmicrocomputer.ForPC,presentsituationandresearchsignificaneeoffingerprintentranceguabasisofintroducedtheoverallframeworkoffingerprintentranceguardsystem,thisintroducesthefingerprintidentificatsoftwareinstructionfingerprintentranceguardsystem,fingerremotecommunicationmoduleandtheuppermachinethroughthenetworLater,thefingerprintidentificationmodthemodelofthesystemprotally,thethesishasmadethesimplesummaKeywords:fingerprintidentification;Entranceguard;Singlechipmicrocomputer摘要 II...第一章緒論 1.2指紋識別技術的發(fā)展狀況 1.3課題的研究內容 第二章指紋識別技術介紹與整體設計方案 2.2指紋識別技術介紹 2.3整體設計方案 2.4本章小結 第三章系統(tǒng)的硬件設計 3.1硬件系統(tǒng)具體架構設計 3.2系統(tǒng)硬件的模塊實現(xiàn) 3.2.3LCD12864液晶顯示模塊 3.2.4繼電器模塊 3.2.5蜂鳴器模塊 3.3本章小結 第四章系統(tǒng)軟件實現(xiàn) 4.1指紋識別模塊的程序設計 4.2液晶顯示模塊的程序設計 4.3單片機的程序設計 4.4上位機的程序設計 4.5本章小結 第五章系統(tǒng)測試與結果分析 參考文獻 致謝與聲明 第一章緒論隨著社會的進步，計算機技術的飛速發(fā)展，信息技術，電子技術的改進程度越來越高，越來越融入人們的生活，同時，安全技術也越來越受到人們的重視。而解決安全技術問題，首先要解決的是門禁的安全問題。人們的財產(chǎn)安全問題僅僅依靠傳統(tǒng)的門鎖和防盜鎖是遠遠不夠的，于是各種新式的門禁系統(tǒng)應運而生，比如數(shù)字密碼、射頻卡等。各種門禁方式有其自己的優(yōu)點，但大多不能同時實現(xiàn)既安全又方便，比如說數(shù)字密碼鎖，鎖的密碼容易忘記，并且容易被人盜取。面對這些問題，人們把視線轉移到了生物識別技術上去。一種以人體的特征進行識別的技術一一生物識別技術，憑借它自身的各種優(yōu)點，而且每個人的特征都是不一樣的，所以在門禁方面生物識別技術有很大的優(yōu)勢。而在人體特征中，指紋又具有唯一性、穩(wěn)定性和難以偽造性得特點，用指紋來做門禁的密碼，人們便可以不用再去記憶那長長的密碼，也不會出現(xiàn)遺忘的問題，于是指紋識別技術憑借其安全性和方便性在門禁系統(tǒng)的開發(fā)中迅速崛起。在各式各樣的生物識別方法中，與其他的識別技術相比較起來，指紋識別技術具有以下幾個特(1)安全性：人的指紋在人出生之后就確定了，并且終生不變，最重要的是每個人的指紋都是不相同的，具有惟一性，這就確保了用指紋來做門禁的密碼是十分安全的。(2)可傳輸性：指紋識別技術中利用模板來進行識別，系統(tǒng)對模板庫的要求較小，并且便于遠距離傳輸。(3)便捷：利用指紋識別技術來開發(fā)門禁，人們便可以不用再像以前一樣去記憶長長的密碼，也不用整天攜帶射頻卡，只要人在指紋就在，就可以開鎖，十分的方便快捷。并且在各個領域都有廣闊的應用前景和無比巨大的市場潛力，值得去進行開發(fā)在中國的古代，手指的指紋就被用做辨別每個人的標記，比如說，古代犯人需要簽字畫押，畫押就用到了指紋。所以說，對人體手指指紋的應用，不是近代才有的，而是從古代就到近代，科學技術發(fā)展迅速，生物領域迅速崛起，有關手指的秘密不斷被挖掘出來，比手指指紋不會隨著年齡的增長而變化，也就說會一直保持不變。這兩個特點就是經(jīng)常說的指紋的唯一性和不變性，正是因為這兩個特點，使得在許多犯罪的案件中，罪犯所留下的指紋被用作識別犯人的證據(jù)，指紋得以正式應用。最開始的時候，將指紋用作每個人的身份識別的想法早就成熟，但是在硬件上卻達不到。隨著光學掃描技術的發(fā)展，能夠完成捕獲清始飛速發(fā)展。圖像獲取的設備不斷改進，獲得的圖像越來越清晰，而且計算機的功能也變得很強大，處理圖像的能力也越來越好，這些因素使得指紋識別技術實現(xiàn)了打跨步的前進，而且指紋圖像的識別算法也是越來越全面，推動著全面的發(fā)展。與國外相比，國內的指紋識別技術起步是比較晚的，但發(fā)展的速度卻是很快，到目前指紋識別技術已經(jīng)很成熟。特別是北京大學的兩位院士（程民德和石青云）在這方面取得了很高的成就，在國內具有很高的知名度和影響。目前市場上的出售的指紋模塊種類有很多，比如半導體電容式指紋模塊、光學指紋模塊、射頻真皮識別指紋模塊、刮擦式真皮識別指紋模塊等等。在指紋識別算法方面，不斷地被優(yōu)化，以及硬件平臺的不斷升級，使指紋識別技術相應的造價不斷降低，應用方面越來越廣。指紋識別技術不在只用在警用領域，而是進入到人們的日常生活中來。因為指紋識別在門禁方面的前景十分的廣闊，利潤高，這使得很多的公司和研究機構都投入了大量的人力去開發(fā)，使得指紋識別門禁的發(fā)展空前迅速，而且這些產(chǎn)品已經(jīng)在各個領域被應用。目前廣泛應用的指紋識別都是基于單片機的，而單片機技術又在飛速發(fā)展，這就支撐著指紋識別技術在越來越多的領域中飛速發(fā)展。總而言之，指紋識別技術的具有十分廣闊的發(fā)展前景。本文的研究內容大致分為指紋識別模塊、單片機控制門的硬件實現(xiàn)以及上位機的網(wǎng)絡通信和控制部分首先，確定指紋識別門禁系統(tǒng)的結構組成，設計出符合實際需要的門禁系統(tǒng),并分析指紋的特征和識別方法，以及各種指紋識別模塊的優(yōu)缺點，確定出一種合適的指紋識別模塊。其次，完成基于單片機的門禁控制硬件設計，以及上位機的控制。完成單片機外圍電路第一章緒論第二章指紋識別技術與整體設計方案第二章指紋識別技術介紹與整體設計方案指紋是指的是在手指末端正面的皮膚上線條構成的紋路，線條的方向不同,彎曲程度不線，這就使得每個人的指紋都不同，每個人的指紋都是獨一無二的，而且不會改變。指紋的線條有很多的特征，其中紋線的起點、終點、結合點和分叉點，被稱為指紋的細節(jié)特征點。指紋圖像分為兩大類：總體特征和局部特征兩大類。一、總體特征：指的是指紋的宏觀上面所體現(xiàn)出來的特征，也就是說那些用肉眼可以直接觀察到的特點，這些特點比如有：紋形、模式區(qū)、核心點、三角點和紋數(shù)等。（1）紋形：萬事都有規(guī)律，指紋也不例外，雖然指紋變化萬千，但還是有規(guī)律可循。指紋的脊線走向是比較有規(guī)律的，彎曲的大致方向有規(guī)律，根據(jù)其規(guī)律可以將指紋分為三大類一一環(huán)型、弓形和螺旋形。指紋最主要的是中心的部分，指紋都趨向于這里，這里是模式區(qū)，識別指紋的特點都集中在這里，指紋識別技術的識別就是通過這里來進行識別。第二章指紋識別技術與整體設計方案螺齪型（2）核心點：指紋的中間通常都有一個中心點，四周的指紋都是圍繞著這里的，就好像是周圍的紋路都發(fā)源于此，在進行指紋識別的時候，通常都以這個核心點作為識別圖像的參考位置，以此來作對比。（3）三角點：指紋的紋線在延伸的時候不是一直平行的，有的紋線會出現(xiàn)交叉或者是斷開，當兩條紋線交錯連接，就會形成類似于三角形的圖形，像這樣的點，就成為三角紋路的數(shù)量，不一樣的指紋所具有的指紋的紋路都是不同的。二、局部特征：手指指紋的有許多不能一眼看出來的小細節(jié)，這些細節(jié)需要仔細區(qū)看才能分辨出它的區(qū)別，這些特征就是局部特征。手指的指紋的紋線，不是一直連續(xù)的，會出先一些分叉和中斷，這些小的細節(jié)使得指紋進一步區(qū)別。相同的指紋在總體特征上面可能一致，但在局部特征上面卻是不同的，這就為指紋的唯一性提供了確認信息。指紋的特征點可以從四個方面去區(qū)別：（1）類型。特征點可以分為很多的類型，具體如下圖所示：燼皓曲井罠點伍亶血*終結點：指紋的紋路再此終結，斷開。分叉點：指的是一條紋線會分叉成為兩條線，分叉的那個點就被稱為分叉點分歧點：原本兩條平行的紋路，會出現(xiàn)彎曲變向的情況，開始出現(xiàn)這種情況的點就是。第二章指紋識別技術與整體設計方案孤立點：沒有形成紋路，就只有單獨的一個點。環(huán)點：紋路彎曲連成一個小圓圈，就像是一個環(huán)形的點。短紋：比較短的一小段紋路，就像是線段。（2）方向。每一個特征點的方向都不同，同一類型的特征點，其方向不同，所代表的信（3）曲率。紋路會有彎曲，紋路的彎曲程度就用曲率來表示。來表示的特征的位置。指紋識別技術的目標就是能夠識別手指的指紋并能夠將不同指紋的模板進行對比判斷，（1）指紋圖像獲取：識別并獲取指紋圖像，需要能夠獲取指紋圖像的指紋傳感器，術的，光學指紋感器的優(yōu)點是方便快捷，它的缺點就是對采集手指和取像的鏡片要求比較高，質量好的鏡片才能夠獲取到清晰的指紋圖像，并且光學指紋傳感器的體積一般都比較大，對于小巧的嵌入式設備來說不適用；2.半導體指紋傳感器：對于半導體指紋傳感器來說，它的價格低、體積小，對于嵌入式設備來說，小巧的便于使用。自從上世紀90年代中期出現(xiàn)以來，發(fā)展十分的迅速，代表的有產(chǎn)品有：壓感器：超聲波遇到皮膚會反射回來，而且皮膚表面凹凸不平，反射回來的聲波也是不同的，超聲波識別就是利用反射回來的聲波的不同來識別不同的指紋。它的優(yōu)點有：在不同的情況下都能獲取到清晰的圖像，對于不同粗糙程度的手指也都能獲得清晰地圖像。缺點：就目前(2)指紋圖像對比判斷：獲取到指紋圖像之后，為了判別出獲取到的指紋到底是誰的指紋，就需要對指紋與指紋數(shù)據(jù)庫中的指紋進行對比判斷。進行對比判斷就需要一個算法，這就是指紋識別算法。指紋識別算法是指紋識別技術的關鍵，算法的好壞，直接影響到拒識率和誤識率，以及系統(tǒng)的運行速度等。整個指紋識別算法分為三部分：指紋圖像預處理、提第二章指紋識別技術與整體設計方案取指紋特征和指紋匹配。先獲得手指的指紋，再利用指紋識別算法將數(shù)據(jù)庫的指紋和得到的指紋相對比，判斷出獲取的指紋是不是數(shù)據(jù)庫中的指紋，若是，給出相匹配的是數(shù)據(jù)庫中哪通過指紋圖像獲取和指紋對比判斷兩個部分，便可以對給出手指的指紋進行識別，得到識別結果，這就是指紋識別技術的大體構造。根據(jù)以上所介紹的指紋識別技術，設計基于單片機的指紋識別門禁系統(tǒng)，實現(xiàn)對大樓所有門禁的整體管理，并且能夠管理用戶信息和權限。所以系統(tǒng)主要分為上位機和下位機兩部分，上位機作為主要的控制部分，通過網(wǎng)絡對多個下位機進行控制，并且實現(xiàn)用戶等級的設定。指紋錄入端位于大樓的入口處，對進入者進行指紋錄入工作。下位機則是門禁的實際控制端，通過指紋識別模塊，對用戶進行識別，進而控制門鎖的開閉。整體框架可以為如下上位機與下位機各自分工，上位機與下位機通過網(wǎng)絡模塊進行通訊。下位機是與門直接相連的部分，通過指紋識別模塊對用戶的指紋進行識別，并將結果傳輸給單片機，單片機再進一步控制液晶顯示結果，并通過蜂鳴器發(fā)出聲音提示，用戶還能夠進行按鍵調節(jié)。下位機的框架如下所示第二章指紋識別技術與整體設計方案各個子模塊的具體硬件選擇和使用方法在后面具體介紹。本系統(tǒng)的主要功能特點：（1）擁有高效的指紋識別模塊，可以十分快捷的利用指紋開鎖，高效方便，且安全性（2）上位機部分由科學的管理軟件，能夠實現(xiàn)門禁的科學化管理。（3）上位機與下位機的通信采用以太網(wǎng)模塊，可以實現(xiàn)遠距離的控制。（4）門禁系統(tǒng)的用戶采用權限分割，不同的用戶擁有的權限不同，能夠進入的門也不同，從而實現(xiàn)用戶的逐級權限管理。本章主要介紹了指紋識別技術的主要工作原理，工作的原理主要包括三部分，分別為：指紋的特征、指紋圖像的獲取和指紋識別算法。其中，指紋的特征又分為總體特征和局部特征兩類，指紋圖像傳感器大致有三類，指紋識別算法包括指紋圖像的預處理、提取特征值和指紋匹配三部分，先后并對各個部分做了簡要概述，在此之后，又對系統(tǒng)的整體設計方案做第三章系統(tǒng)的硬件設計本次的基于單片機的指紋識別門禁系統(tǒng)的硬件部分需要完成一系列復雜的任務，包括圖像采集、圖像處理、圖像對比等，還需要在與上位機通信時上傳指紋模板，以及控制外圍器件等工作。所以要實現(xiàn)這樣一個復雜的任務，需要處理器具有比較強的計算能力和控制能力，并且儲存器資源要大。本文的指紋識別系統(tǒng)，就是利用指紋識別技術，通過單片機的硬件和軟件管理實現(xiàn)對門禁的控制。工作人員不必攜帶鑰匙，也不必進行紙張登記，只需手指一按，便可以完成身份識別和進入記錄。所以整個系統(tǒng)需要滿足：（1）體積小，便于安裝。所以在選擇硬件時就要考慮硬件的體積問題。（2）用戶界面要簡單，便于操作。（3）處理速度要快，指紋的辨識率要高。所以在處理的選擇和指紋識別模塊的選擇上，要注重其性能。（4）良好的網(wǎng)絡通信。由于需要進行指紋圖像的數(shù)據(jù)通信，所以需用用到TCP/IP通信，就需要選擇網(wǎng)絡模塊來完成?；诘诙碌恼w設計方案，已經(jīng)確定了系統(tǒng)的模塊組成，再根據(jù)各個模塊需要實現(xiàn)的功能，確定各模塊硬件的選擇和使用。對于指紋識別模塊需要有高辨識率、處理速度要快、準確率高，所以確定使用FM-180光學指紋采集儀。液晶顯示模塊有LCD1602和LCD12864，但LCD12864能夠顯示4*8漢字，且界面清晰，所以采用LCD12864，來文字顯示錄入模式、識別模式轉換。單片機需要快速計算和控制，以及較大存儲空間，所以選擇STC89C52。由于上位機需要控制管理大樓內所有的下按鍵采用獨立式按鍵。根據(jù)前面得到的硬件具體規(guī)劃，下面就對各個模塊進行逐個介紹。包括核心處理器、指紋識別模塊、網(wǎng)絡模塊、液晶顯示模塊等等，下面將對各個子模塊進行介紹。3.2.1STC89一：主要性能方面的性能方面都有了較大的進步。對于單片機能夠很方便的各個模塊相連接，比如說指紋識別模塊，只需要用P30和P31兩個端口，與模塊串口相連，在給模塊上電，就能夠實現(xiàn)對模塊非管理和使用。程序可以下載到Flash中存著，即使掉電也不會丟失，能夠一直保存，直到下次下載時才會清除。二：引腳介紹-（2）輸入輸*引腳一些外接器件，例如LED燈、開關等等。其中P3口有特殊用途，可用于串口傳輸以及中斷和定時器，本次的設計主要用到P3口。具體功能如下所示：端口第二功能TXD（串行輸出口）RST復位輸入。這個引腳用來使單片機復位，令單片機初始化。-EA:當有外部RAM時，需要訪問外部的存儲器，就需要EA引腳來控制是否選擇外⑷時鐘引腳XTAL1:外部振蕩器的時鐘輸入的第一個引腳。XTAL2:外部振蕩器的時鐘輸入的第二個引腳。三：外圍電路STC89C52乍為單片機，想要運行起來，就需要最基本的一些外圍電路的支持，比如供電模塊、時鐘模塊。本設計使用5V電源供電，時鐘信號采用12MHZ晶振。(1)電源電路首：先要將220V城市交流供電轉換成5V的直流供電，需要經(jīng)過變壓、整流、濾波過程，再傳輸給單片機。原理圖如下所示：電源電路左端接入220V交流市電，經(jīng)過變壓器降壓，將電壓降下來。在經(jīng)過一個由四個二極管組成的整流橋式電路，將交流電轉換成為直流電。轉換之后得到的直流電電壓波動比較大，不夠穩(wěn)定。所以并聯(lián)一個電解電容，起到濾波的作用，是電流進一步穩(wěn)定。進過濾波壓器之后再接電容，起到進一步濾波的作用。電源電路的右端，接一個開關，來控-制電流的接通，即電源開關。二極管起到保護作用VCC端便得到一個5V直流電源，可以接到單片機VCC引腳上面供電（2）時鐘電路：時鐘電路是單片機的心臟，是動力源，控制著單片機的工作，單片機就是通過時鐘信號來給其他的部件發(fā)送信號，推動者單片機整體的運行。晶振電路如下：本設計采用12MHZ的外部晶振來供給單片機時鐘信號，晶振連接到單片機的XTAL1和XTAL2上面，在并聯(lián)兩個電容C1和C2,這兩個電容可以使頻率降低波動，還有助于起振。起到以為晶振為機器周期為12*時鐘周期=1us。對于本系統(tǒng)指紋識別模塊的選用，采用FM-180指紋識別模塊。該模塊是一個完整的指紋識別模塊，能夠完成指紋圖像的獲取、指紋對比匹配和指紋模板的存儲功能。模塊內部含有高性能的DSP處理器和用于儲存的FLASH芯片等,具體能夠完成指紋圖像處理、模板生成、模板匹配、指紋儲存和指紋搜索對比的功能。每個（1）適應度強。不管模塊處在什么環(huán)境下，手指是干的還是濕的，模塊都能夠很好地調節(jié)，使得到的圖像變得很清晰。（2）價格低廉。設備采用低價的光學采集儀，使成本大幅降低。而且，處理器在不斷更新?lián)Q代，價格也隨之而降低。還有其他組成部分，例如FLASH芯-片等，價格都在下降，使得模塊整體的造價低廉。（3）算法性能優(yōu)異。模塊的算法是經(jīng)過不斷改進變化的，對于粗糙的指紋還有變形的指紋，都做出了相應的特殊處理，使模塊能夠應對各種各樣的不同指紋。（4）簡單易用。模塊具有自己的指令系統(tǒng)，用戶不需要自己去設計底層的東西，只需要按照指令去做即可。你可以使用指紋識別模塊，方便用戶無需專業(yè)知識為指紋識別的需要，可以按照模塊提供了指導，開發(fā)出功能強大的指紋識別系統(tǒng)。FM-180的外部引腳共四個，各個引腳的功能如下表所示：1234類型功能描述--模塊從5右四幅找分別夠:FM-180指紋識別模塊內部已經(jīng)集成了足夠的器件，能夠自己完成足夠多的功能，只需要從單片機通過串口向模塊發(fā)送指令就能夠實現(xiàn)功能。具體的過程是：掃描指紋，獲取指紋的圖像，在將圖像合成模板，模板中存的就是指紋的特征的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫中所存的指紋數(shù)據(jù)就是指的是模板，每個人的指紋構成一個模板，一個模板代表一個人，指紋的識別指紋識別模塊的使用命令主要為：（1）錄入圖像、生成特征、合成指紋模板、存儲指紋模板。（2）搜索指紋、匹配指紋。具體的指令格式和使用方法，在后面的軟件設計指紋識別模塊與單片機的引腳連接如下所示-機需要通信，通信方式采用串行通訊，從單片機發(fā)送指令，指令以字節(jié)為單位從串行口發(fā)送出去，模塊接收指令，在運行指令，實現(xiàn)功能。單片機的指令、模塊的應答和指紋數(shù)據(jù)的傳輸都要滿足模塊的規(guī)定包的格式。（1）指令包/數(shù)據(jù)包。指令包和數(shù)據(jù)包共分為三類：命令包，包標頭=01；數(shù)據(jù)包，且有后續(xù)包，包標頭=02;數(shù)據(jù)結束包，包標頭=08。數(shù)據(jù)包都需要添加前置的標頭，標頭都是0xEF01。（2）應答包。模塊在接收到單片機的指令后，就根據(jù)指令開始工作，當任務完成后，就需要向單片機返回指令執(zhí)行的結果，這時就需要應答包，應答包有自己的格式和相應的確認碼的定義。（3）通訊波特率。指紋識別模塊的波特率為9600bps，與單片機進行串口通信，單片機的波特率也要相應設置為9600bps。（4）指令集。指紋識別模塊具有自己完整的指令集，通過這些指令集，可以完指紋識別模塊的指令集、應答包以及數(shù)據(jù)包在后面軟件設計的部分作詳細介紹。液晶顯示模塊是面向用戶界面的，所以需要充分顯示所要表達的內容，還要簡潔，定義，只需要定義好位置顯示即可，能夠顯示的漢字有32個，-一個漢字相當于兩個字符，所以，字符可以顯示64個。LCD12864液晶顯示模塊共有20個引腳，通訊方式有串口和并口兩種，串行可以用管腳號123456789管腳名稱0V模塊電源地5V模塊電源止-對比度調整H/L并行指令、數(shù)據(jù)選擇端；串行片選端H/L并行讀寫選擇信號；串行的數(shù)據(jù)口H/L并行的使能信號；串行的同步時鐘H/L并/串行接口選擇---單片機與液晶模塊連接如下所示:并行傳輸主要涉及7到14引腳，并行數(shù)據(jù)口DB（1）字型產(chǎn)生ROM屏幕是由很多個小的晶體管組合顯示的，通過控制一部分小的晶體管的開關，就能夠構成很多形狀的字符。（2）顯示數(shù)據(jù)RAM內部數(shù)據(jù)存儲的是需要顯示的字符的編碼內容，對于有字庫的，只需要把代碼放到里面就能夠顯示出來（3）字型產(chǎn)生RAM如果想要顯示圖像，中文庫里面沒有圖像的代碼，這顯示數(shù)據(jù)RAM中去，就可以顯示到屏幕上去。3.指令控制LCD12864模塊的提供兩種指令來控制芯片，基本指令和擴充指令，單片機-在讓模塊實現(xiàn)功能的時候，就需要根據(jù)模塊的指令的格式，來向模塊發(fā)送指令，實現(xiàn)功能。在單片機項目模塊發(fā)送指令之前，為了防止出現(xiàn)沖突的問題，就需要先判斷模塊是否處于空閑的狀態(tài)，只有當模塊處于空閑狀態(tài)下才能夠接受新的指令；如果想要在發(fā)送指令之前不去檢查標志位，就需要在發(fā)送新的指令之前，延時足夠長的一段時間，來保證前一個指令能夠確實執(zhí)行完成，這樣才能夠實現(xiàn)不判斷忙也能夠不沖突的發(fā)送指令。模塊使用用另一種指令，就需要來改變RE的數(shù)值，這樣才能夠實現(xiàn)。4、4、5、6三個引腳，來實現(xiàn)片選（4）、同步時鐘（6）和串行數(shù)據(jù)口（7）。串口控制一格式0。串行發(fā)送數(shù)據(jù)時，需要按照這樣的格式才能夠實現(xiàn)正確的數(shù)據(jù)和指令發(fā)送。3.2.4繼電器模塊門禁的門體部分，用電控鎖來控制門的開閉，電控鎖實際上是由一個電磁鐵來控制，電磁鐵則可以用繼電器來控制電流的開閉，繼電器選用松樂繼電器<-P14處于高電平時，三極管不導通，繼電器處于打開狀態(tài)，指示燈滅；當P14處于低電平時，三極管導通，指示燈亮，電磁鐵通電，使開關打開，繼電器處于閉合工作狀態(tài)。利用軟件編程，控制P14引腳的電平高低變化，來實現(xiàn)繼電門禁控制系統(tǒng)在與用戶交互時，需要聲音提示，聲音提示選用蜂鳴器，模式切換時響一聲，指紋錄入成功和匹配成功時響兩聲，指紋錄入失敗和匹配失敗時響三聲。蜂鳴器的驅動采用直流驅動，只需要利用一個三極管，將電源、引腳和蜂鳴器連接，就可以通過控制引腳電平，來實現(xiàn)控制蜂鳴器驅動電壓的控制。驅動電路如下圖所示：QTQ-蜂鳴器通過一個PNP型的三極管連接到P15引腳上去，單片機復位后引腳都是高電平，所以用PNP型三極管。若用NPN型三極管，在單片機復位之后就會處于導通狀態(tài)，蜂鳴器就會發(fā)出聲音，為了避免這種情況，就采用PNP型三極管。當P15引腳處于高電平時，三極管不導通，蜂鳴器不響；當P15引腳處于低電平時，三極管導通，蜂鳴器工作，發(fā)出聲音。門禁系統(tǒng)的人機交互界面，需要實現(xiàn)用戶的按鍵設置，能夠實現(xiàn)模式轉換,指紋識別等的按鍵設置。在本系統(tǒng)中，只需要采用多個獨立式的按鍵即可。三個按鍵的作用分別為：刪除指紋，模式切換和指紋錄入。三個按鍵連接到P32,P33和P34引腳上面，軟件設計上不停掃描這三個引腳的電平變化，當沒有按鍵按下時，電平不發(fā)生變化，不會觸發(fā)子程序；當有按鍵按下時，電平變?yōu)?,觸發(fā)按鍵子程序。本次實現(xiàn)的指紋識別系統(tǒng)是針對整個大樓內的系統(tǒng)，所以下位有多個，并且距離很遠，這就要求上位機與下位機進行通信時，能夠保證通信的速度和安全性，所以選用網(wǎng)絡模塊ZLSN3000，來實現(xiàn)上位機與下位機的通信，如下圖:-TTL電平連接型系列模塊的zlsn3000,它的網(wǎng)絡協(xié)議部分不需要用戶自己設計，已經(jīng)內部集成了。串口部分，通過四根引線便可以將模塊與單片機部分相連接，分別為VCC接使用，方便快捷，為用戶提供經(jīng)濟、快捷的嵌入式聯(lián)網(wǎng)解決方案，可以減少用戶自己用于開發(fā)的時間和投入，并且增加穩(wěn)定性。模塊的通訊方式是全雙工的，在合適的波特率下，模塊可以實現(xiàn)沒有任何數(shù)據(jù)丟失的傳輸，而且模塊的價格也很公道，比較適合系統(tǒng)。1MODE為0，模塊內部數(shù)據(jù)不能修改5SPA模塊參數(shù)修改應答引腳6SPR模塊參數(shù)修改請求引腳7CTS-99數(shù)據(jù)發(fā)送指示燈數(shù)據(jù)接收指示燈網(wǎng)絡輸入+網(wǎng)絡輸入-TPOUT-OUT網(wǎng)絡輸出-TPOUT+OUT網(wǎng)絡輸出+為0,模塊采用默認參數(shù)為0，表示數(shù)據(jù)正在接收連接指示將模塊的各個引腳連接好之后，便可以將單片機與上位機實現(xiàn)遠距離通信,并且通信穩(wěn)定，傳輸速度快。網(wǎng)絡模塊需要先進行UART專串口的工作，電路圖如下所示:本章主要對基于單片機的嵌入式指紋識別門禁系統(tǒng)的硬件設計做出了介紹，包括硬件整體構架的分析和選擇，以及各個模塊的硬件實現(xiàn)，包括STC89C52核心處-第三章系統(tǒng)的硬件設計鍵模塊和ZLSN3000串口聯(lián)網(wǎng)模塊，詳細介紹了各個模塊具體硬件類型的選擇和所選類型的功能做出了介紹。還對各個模塊的使用做出了介紹，包括硬件的連接和各個引腳具體介-第四章系統(tǒng)軟件實現(xiàn)本系統(tǒng)采用C語言編程，軟件使用KEILC51版本，將程序模塊化，便于功能的進一步擴展，模塊化還有利于錯誤的檢查和后期的優(yōu)化。軟件系統(tǒng)主要分為以下幾個模塊：指紋識別模塊、液晶顯示模塊、單片機模塊和上位機模塊,下面針對各個模塊分別介紹了程序流程。FM-180作為一個指紋識別模塊，它的內部已經(jīng)很完整，用戶只需要對模塊下達合適的命令就能夠實現(xiàn)對模塊的控制，進而實現(xiàn)相應的功能。不同的功能，需要不同的指令來實現(xiàn)，而每一條指令都有其規(guī)定的格式，用戶必須按照其規(guī)定個格式來進行。指紋識別模塊需要完成的工作有：獲取指紋圖像，生成指紋特征模板，儲存指紋特征模板和匹配指紋等工作，單片機根據(jù)模塊的指令系統(tǒng)，給模塊發(fā)送指令信息，來控制模塊完成相應的工一：指紋錄入過程。指紋錄入過程的流程圖如下所示：指紋錄入過程，用于新用戶的注冊，當有新用戶需要注冊時，就先在指紋頭處獲取用戶的指紋圖像，在將之生成指紋特征模板，在儲存起來，這樣就完成了新用戶的注冊。在指紋錄入過程中主要的指令有：（1）錄入圖像PS_Getlmage掃描探測到的手指，并將其形成圖像，用于后面步驟的進包頭包頭芯片地址包標識包長度指令碼校驗和指令包格式應答包格式0xEF01xxxx07H03H(2)生成特征PS_GenCha:將獲取的指紋原始圖像生成指紋特征文件指令格式如下所包頭包頭芯片地址包標識包長度指令碼校驗和指令包格式應答包格式0xEF01xxxxPS_StoreCha：將生成的指紋的特征的文件存放到掉電不會丟失。指令格式如下所示：儲存模板指令包格式指令包格式包頭芯片地址包標識包長度指令碼緩沖區(qū)位置號校驗和應答包格式第四章系統(tǒng)軟件實現(xiàn)包頭包頭芯片地址包標識包長度指令碼校驗和按照這三個指令的格式，在單片機的程序內設計相應的子程序，加以調用,便可以完成以指紋識別過程的流程圖如下所示： 發(fā)送獲取圖像指令PS_Getlmage發(fā)送生成特征文件指令PSGetChar生成特征文件發(fā)送搜索對比指令-29-指紋識別過程與指紋錄入過程部分相似，都是需要先獲取指紋圖像，在將獲得的指紋圖像生成為特征模板。指紋識別過程在得到指紋特征模板之后，將之與指紋庫中的模板向對比，若對比成功，就返回對應指紋模板的ID；若失敗,就返回失敗。指紋識別過程用于門禁系統(tǒng)的開鎖，當有用戶時，首先在指紋頭處獲取指紋，在與指紋庫中指紋相對比，若成功，就打開門；失敗，就液晶提示指紋匹配失敗。搜索指紋PS_Search以charbuffer中的指紋特征文件來搜索整個指紋庫,并返回結果。指令格式指令包格式指令包格式指令碼應答包格式確認碼包頭包頭包標識包標識包長度校驗和包長度緩沖區(qū)校驗和得到芯片地址芯片地址利用FM-180指紋識別模塊給出的指令系統(tǒng)，設計出指紋識別模塊部分的程序，通過這樣的指紋錄入和識別過程，便可以實現(xiàn)用戶的指紋錄入和指紋識別功能，進而利用單片機來控制門鎖和與上位機通信等工作。液晶顯示模塊選用QC12864B型號，它是一個完整的模塊，只需要對其發(fā)布指令便可LCD12864液晶模塊內涵字庫和處理器，具有自己的一套指令系統(tǒng)，用戶只需要根據(jù)使用手冊給出的指令系統(tǒng)，依照規(guī)定的指令格式，給模塊發(fā)送指令，完成相應的功能。因為模塊是帶字庫的，所以用戶不需要自己定義字形，只需第四章系統(tǒng)軟件實現(xiàn)要設定好顯示字符的坐標，再將字符發(fā)送過去即可。發(fā)送漢字時，因為是雙字節(jié)，所以要先發(fā)送高字節(jié)，再發(fā)送低字節(jié)。并且當單片機向模塊發(fā)送指令之前，需要檢查模塊是否處于忙狀態(tài)，也就是需要讀取BF標志位，當標志位為0時才能夠發(fā)送新的指令。如果不想判斷忙碌狀態(tài)，就需要在發(fā)送指令之前先延時足夠長的一段時間，確保上一條指令發(fā)送完畢。液晶模塊程序流程如下所示:LCD12864模塊提供兩套指令系統(tǒng)指令，當RE=O時，調用的為基本指令，當RE=1時，調用的是擴展指令。模塊的通信方式為8位并行方式和串行方式，本次選擇串行方式，串行發(fā)送字節(jié)的子程序如下所示:unsignedchari;for(i=0;i<8;i++)//for循環(huán)，將參數(shù)Dbyte發(fā)送出去（一個字節(jié)）{SCK=0;//拉低時鐘電平Dbyte=Dbyte<<1;//左移一位，移出位給CY，右邊填0SID=CY;//移出的位給SID串行數(shù)據(jù)口，發(fā)送數(shù)據(jù)SCK=1;//一個脈沖時鐘發(fā)送一位發(fā)送字節(jié)的子程序來完成的。常用指令如下所示：指令指令碼指令指令碼地址歸位將AC地址計數(shù)器移至00H指令功能BFBFAC6AC5AC4AC3AC2AC1AC0確認是否忙并讀地寫數(shù)據(jù)功能設疋設定顯示地址M地址寫入數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)；指令集選擇讀取忙標址00000000再向模塊發(fā)送指令時，只需要按照上述指令規(guī)則，給模塊發(fā)送指令即可,例如液晶初始化時voidLcmlnit(void)//液晶的初始化子程序{WriteCommand(0x30);//WriteCommand(0x03);//WriteCommand(0x01);//WriteCommand(0x06);發(fā)送0x30,啟用基本指令集當有指令寫入時，游標向右移動指紋模塊需要顯示一些漢字內容，如在指紋錄入模式時，需要顯示“指紋錄入模式”，還需要顯示“錄入成功”和“錄入失敗”；在指紋識別模式時，需要顯示“指紋識別模式”和“指單片機采用STC89C52,單片機的主程序主要是完成上位機與下位機通信、單片機與模塊通信的任務，首先要將波特率設置為9600bps(與模塊相對應)，然后在根據(jù)模塊的指令包格式，來發(fā)送命令。軟件使用KeilC51版本，主程序采用c語言編寫。單片機對指紋識別模塊發(fā)送命令，得到識別結果，在根據(jù)這個結果來控制顯示模塊、語音模塊和電子鎖模塊。程序的主流程圖如下所示：單片機的初始化主要包括波特率的設置、定時的設置以及中斷的設置,如下所示：{SCON=0x50;//串行通訊的控制寄存器，設置串行的相關事項PCON=OxOO;//設置波特率的大小，當SMOD=0tf，波特率保持TMOD=0x21;//設置定時器T1的相關屬性TL仁OxFD;//設置波特率，此處設置波特率為96OOTRO=1;〃開定時器O}完成單片機的初始化后，根據(jù)按鍵來觸發(fā)子程序，比如按鍵選擇指紋錄入，就調用采集指紋子程序，再調用生成特征文件的子程序，再調用儲存指紋子程序，這樣一連串下來便完成了整個的指紋錄入過程；如果按鍵選擇指紋識別，就先調用采集指紋子程序，進而調用特征文件生成子程序，最后調用指紋對比子程序，返回對比結果，完成指紋識別功能；如果按鍵選擇刪除功能，就調用刪除子程序，并返回刪除結果。上位機的軟件部分使用VC+工具，上位機需要完成的工作主要是對所有的下位機進行統(tǒng)一的管理，能夠實現(xiàn)用戶權限級別的設定和用戶信息的統(tǒng)一管理，包括用戶指紋信息的注冊、等級設定和注銷功能。上位機軟件功能框架如下所示:上位機需要完成的工作有：（1）新用戶的添加刪除；（2）對下位機發(fā)送“注冊用戶的指令”，并由下位機上傳新用戶的指紋數(shù)據(jù)；（3）對下位機發(fā)送“刪除用戶指令”，下位機接受指令，刪除用戶信息；（4）對不同的用戶信息作出權限設定，需要權限的門禁，只能識別有權限的用戶信息，這些用戶的信息由上位機傳送下去。上位機在與下位機通信時，通過ZLSN3000網(wǎng)絡模塊，需要安裝Z