一種指紋密碼鎖和數(shù)字電子密碼鎖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

周 炳 , 高美珍 , 洪家平

(1.湖北師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 黃石 435002) (2.湖北師范大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院，湖北 黃石 435002)

一種指紋密碼鎖和數(shù)字電子密碼鎖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

周 炳1, 高美珍2, 洪家平1

(1.湖北師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 黃石 435002) (2.湖北師范大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院，湖北 黃石 435002)

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，身份識(shí)別技術(shù)也在不斷進(jìn)步,而近年來(lái)由于生物識(shí)別技術(shù)的獨(dú)特性及穩(wěn)定性，生物識(shí)別技術(shù)已經(jīng)逐漸成為身份識(shí)別技術(shù)的主流趨勢(shì)之一。基于單片機(jī)指紋密碼鎖和數(shù)字電子密碼鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，利用指紋傳感器對(duì)指紋圖像進(jìn)行采集，通過(guò)指紋模塊對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)等處理，最終來(lái)實(shí)現(xiàn)指紋密碼鎖的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)中所涉及到的各種技術(shù)相對(duì)成熟，而且操作相對(duì)簡(jiǎn)單,實(shí)用性較強(qiáng)。不僅能實(shí)現(xiàn)指紋密碼鎖的功能，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子密碼鎖的功能。

指紋識(shí)別；密碼鎖；單片機(jī)

1 概述

現(xiàn)代社會(huì)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，大家需要越來(lái)越多高效而且可靠的安全識(shí)別系統(tǒng)，傳統(tǒng)的安全識(shí)別方式比如口令、密碼及身份證容易被人利用并且偽造或盜竊。面對(duì)不斷進(jìn)步的社會(huì)，這種不穩(wěn)定、不可靠的傳統(tǒng)識(shí)別系統(tǒng)就不能滿足現(xiàn)代社會(huì)的需求。而指紋識(shí)別系統(tǒng)則由于每個(gè)人的指紋都不完全相同且具有一定的獨(dú)特性、特殊性，這樣可以通過(guò)指紋來(lái)進(jìn)行安全識(shí)別。隨著現(xiàn)代技術(shù)的快速發(fā)展，指紋識(shí)別技術(shù)也在不斷完善并且變得越來(lái)越成熟，未來(lái)指紋識(shí)別技術(shù)將成為利用人體生物特征來(lái)進(jìn)行個(gè)體識(shí)別的主流技術(shù)之一，而且隨著指紋技術(shù)的推廣與發(fā)展，指紋識(shí)別技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)在生活中的各個(gè)角落，從而使生活更加的方便和安全。本文介紹的是基于單片機(jī)指紋密碼鎖和數(shù)字電子密碼鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，它就是利用指紋傳感器對(duì)指紋圖像進(jìn)行采集，通過(guò)指紋模塊對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)等處理，最終來(lái)實(shí)現(xiàn)指紋密碼鎖設(shè)計(jì)的。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的硬件部分主要有：按鍵控制模塊、液晶顯示模塊和指紋處理模塊、機(jī)械驅(qū)動(dòng)模塊等幾個(gè)重要功能模塊。這幾個(gè)功能模塊通過(guò)STC89C52單片機(jī)形成一個(gè)指紋和數(shù)字電子密碼鎖系統(tǒng)，該密碼鎖系統(tǒng)組成原理結(jié)構(gòu)方框圖如圖1.

圖1中的按鍵控制模塊主要提供數(shù)字電子密碼鎖密碼按鍵處理功能，液晶顯示模塊是LCD12864，主要提供系統(tǒng)提示信息的顯示功能，指紋處理模塊是光學(xué)指紋處理集成芯片F(xiàn)M70，能與單片機(jī)通過(guò)串口連接，主要提供系統(tǒng)的指紋采集、比對(duì)等指紋處理功能，而機(jī)械驅(qū)動(dòng)模塊主要完成單片機(jī)給出的開、關(guān)鎖操作指令的功能。

2.2 指紋模塊簡(jiǎn)介

指紋是由手內(nèi)側(cè)皮膚紋路形成的圖案。每個(gè)人皮膚的紋路各不相同，所以指紋識(shí)別技術(shù)就是根據(jù)這種特性發(fā)展起來(lái)的。例如，如果判斷一個(gè)人的身份，可以先獲得他的指紋，再將獲得的指紋和已經(jīng)儲(chǔ)存的指紋進(jìn)行比對(duì)，如果在一定的范圍內(nèi)指紋的信息是一樣的，則可以快速判斷這個(gè)人的身份是否正確。本系統(tǒng)中所用到的光學(xué)指紋處理模塊FM70，它可以采用RS232與上位機(jī)連接并通信，如表1是光學(xué)指紋處理模塊FM70的引腳功能介紹。

表1 FM70引腳及其功能說(shuō)明

如圖2是光學(xué)指紋處理集成模塊FM70與上位機(jī)電路連接原理圖。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

密碼鎖軟件程序主要由液晶顯示處理模塊、指紋處理模塊和按鍵掃描處理程序模塊等幾個(gè)部分組成。密碼鎖系統(tǒng)工作流程圖如圖3所示。

3.1 按鍵掃描程序設(shè)計(jì)

在按鍵掃描程序模塊中，程序開始時(shí)如果有按鍵按下則開始逐行掃描按鍵，這樣來(lái)確定按鍵的位置，再根據(jù)按鍵的位置來(lái)確定下一步的操作。鍵盤掃描處理模塊的部分代碼如下：

unsigned char Keycan(void) // P1.0-P1.3為行掃描線 P1.4-P1.7為列掃描線

{

unsigned char rcode, ccode;

P1 = 0x0f; // 發(fā)全0行掃描碼，列線輸入

if((P1&0x0f) != 0x0f) // 有鍵按下

{

delay(1);// 延時(shí)去抖動(dòng)

if((P1&0x0f) != 0x0f)

{ rcode = 0xFE; // 逐行掃描鍵的初值

while((rcode&0x10) != 0)

{

P1 = rcode; // 輸出行掃描碼

if((P1&0x0f) != 0x0f) // 本行有鍵按下

{

ccode = (P1&0x0f)|0x0f;

//do{;}

while((P1&0x0f) != 0x0f); //等待鍵釋放

Feng=0;

Delay (100);

Feng=1;

return ((～rcode) + (～ccode)); // 返回該鍵編碼

}

else

rcode = (rcode<<1)|0x01; // 行掃描碼左移一位

}

}

}

圖3 密碼鎖系統(tǒng)工作流程圖

3.2 LCD12864液晶顯示程序設(shè)計(jì)

如表2是液晶顯示模塊的基本操作時(shí)序表。

表2 液晶顯示模塊基本操作時(shí)序表

圖4 液晶顯示模塊程序流程圖

液晶顯示模塊流程如圖4，當(dāng)系統(tǒng)開始運(yùn)行的時(shí)候，液晶顯示模塊LCD12864模塊就會(huì)運(yùn)行初始化和清屏函數(shù)。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)初始化和清屏之后，當(dāng)單片機(jī)傳來(lái)讀寫指令的時(shí)候就開始進(jìn)行讀寫操作，其中寫命令是指讓數(shù)據(jù)在液晶顯示屏的什么位置顯示，而寫數(shù)據(jù)則是指在液晶顯示屏上顯示什么內(nèi)容的數(shù)據(jù)。

3.3 指紋處理模塊

指紋處理模塊主要是通過(guò)光學(xué)指紋處理模塊FM70來(lái)進(jìn)行指紋錄入、比對(duì)等指紋識(shí)別處理工作。這些操作都是通過(guò)指紋模塊和單片機(jī)進(jìn)行串口通訊完成的。單片機(jī)給指紋模塊發(fā)送指令數(shù)據(jù)，指紋模塊接收到指令數(shù)據(jù)后執(zhí)行，然后將結(jié)果和數(shù)據(jù)反饋給單片機(jī)系統(tǒng)。通過(guò)這樣的數(shù)據(jù)交換方式，使得單片機(jī)完成控制指紋模塊的操作。如表3是錄入指紋指令數(shù)據(jù)包的格式，表4是搜索指紋指令數(shù)據(jù)包的格式。

表3 錄入指紋圖像指令數(shù)據(jù)包的格式

當(dāng)確認(rèn)碼=00H，則表示指紋錄取成功；

當(dāng)確認(rèn)碼=01H，則表示指紋接收包有錯(cuò)誤；

當(dāng)確認(rèn)碼=02H，則表示傳感器上沒(méi)有手指信息；

當(dāng)確認(rèn)碼=03H，則表示錄取指紋沒(méi)有成功。

表4 搜索指紋指令數(shù)據(jù)包的格式

當(dāng)確認(rèn)碼=00H，則表示搜索到指紋；

當(dāng)確認(rèn)碼=09H，則表示沒(méi)有搜索到指紋；

當(dāng)系統(tǒng)搜索到指紋時(shí)，則會(huì)返回到搜索到的指紋的指紋號(hào)。如果沒(méi)有搜索到指紋，則會(huì)返回0。

4 系統(tǒng)運(yùn)行

按下電源開關(guān)時(shí)系統(tǒng)開機(jī)，在初始化后，液晶顯示屏上就會(huì)顯示如圖5的開機(jī)界面：

這時(shí)如果有“C”鍵被按下，則表示進(jìn)入指紋開鎖模式，可以用已存儲(chǔ)的指紋開鎖，若指紋比對(duì)識(shí)別成功，單片機(jī)會(huì)給機(jī)械驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送開鎖指令，此時(shí)鎖被打開，液晶顯示屏上就會(huì)顯示：“門已打開”，同時(shí)LED指示燈亮起，這樣就表示開鎖成功。若指紋識(shí)別連續(xù)失敗3次則蜂鳴器開始響起，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

如果有“A”鍵被按下，則表示進(jìn)入密碼開鎖模式，就可以用密碼開鎖，液晶顯示屏上就會(huì)顯示:“請(qǐng)輸入開鎖密碼”。這時(shí)如果輸入正確的開鎖密碼，單片機(jī)會(huì)給機(jī)械驅(qū)動(dòng)模塊發(fā)送開鎖指令，此時(shí)鎖被打開，液晶顯示屏上就會(huì)顯示：“門已打開”，同時(shí)LED指示燈亮起，這樣也表示開鎖成功。若密碼輸入連續(xù)錯(cuò)誤3次，則蜂鳴器開始響起，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

圖5 系統(tǒng)開機(jī)界面截圖 圖6 管理員模式界面截圖

如果有“B”鍵被按下，則進(jìn)入管理員模式界面，液晶顯示屏上就會(huì)顯示：“請(qǐng)輸入密碼”。在正確輸入管理員密碼后，就會(huì)進(jìn)入管理員模式，如圖6所示。管理員模式主要是系統(tǒng)管理員使用的，該模式可提供如下一些操作：

指紋庫(kù)中用戶指紋的管理操作：如增加新的指紋，刪除不使用的指紋；

數(shù)字電子密碼鎖用戶信息操作：如增加新用戶、刪除不使用的用戶，用戶密碼的修改等操作；

提供特殊情況下的手動(dòng)開鎖功能。

5 結(jié)論

本系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低，穩(wěn)定性及可靠性比傳統(tǒng)的鎖具更加優(yōu)秀。雖然系統(tǒng)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字電子密碼鎖和指紋密碼鎖兩個(gè)功能，但由于指紋密碼鎖比數(shù)字電子密碼鎖在保密性、方便性等性能指標(biāo)方面更具有優(yōu)勢(shì)，而且指紋識(shí)別技術(shù)是身份驗(yàn)證中一種重要的生物識(shí)別技術(shù)，可以肯定，人體生物識(shí)別技術(shù)必將成為身份識(shí)別的主流技術(shù)之一，是以后發(fā)展的趨勢(shì)。

[1]高美珍,洪家平.基于單片機(jī)的無(wú)線指紋考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 電腦知識(shí)與技術(shù) 2017,16: 229～231.

[2]陳光新.自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 江蘇船舶, 2004,03: 32～35.

[3]趙曉玲.單片機(jī)在指紋保險(xiǎn)柜中的應(yīng)用[J]. 微計(jì)算機(jī)信息, 2006,20: 134～136.

[4]趙玉蘭,姜春風(fēng),方修豐.指紋識(shí)別技術(shù)在煤礦門禁系統(tǒng)中的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)[J]. 煤炭技術(shù), 2010,11 : 132～134.

[5]劉小華, 王燕生.指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展[J]. 光學(xué)技術(shù) 1998,04: 78～80.

[6]高美珍,洪家平.基于藍(lán)牙的防丟失報(bào)警器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 湖北師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) 2016,1:16～19.

[7]洪家平,周 炳,高美珍.基于單片機(jī)的觸摸屏在電子艾灸儀中的應(yīng)用研究[J].湖北師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016,2:13～17.

[8]唐 瑞,于 娟.基于單片機(jī)的指紋密碼鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技與創(chuàng)新，2016,12：12～13.

Designandimplementationofafingerprintcodelockandadigitalelectroniccodelock

ZHOU Bing1, GAO Mei-zhen2, HONG Jia-ping1

(1.College of Computer Science and Techloge, Hubei Normal University Hubei Huangshi 435002 China) (2.College of Physics and Electron Science, Hubei Normal University Hubei Huangshi 435002 China)

With the rapid development of social economy, a variety of popular recognition-technologies have been emerging as the recognition-technology of identity making great progress. In recent years, biometric technology has gradually become one of the mainstream trends of identity recognition technology in light of it’s specify and stability. This design is about the fingerprint password lock and digital electronic password lock system based on SCM. The design of switch fingerprints can be eventually completed with a serious of collection of their pictures by the fingerprint sensor and analysis of the digital data by the single-chip after compares among them. All technologies involved in this design are comparatively mature, easy-operated and practical. This system can not only realize the function of fingerprint password lock, but also realize the function of digital electronic password lock.

fingerprint identification; password lock; SCM

TP391.41

A

2096-3149(2017)04- 0077-06

10.3969/j.issn.2096-3149.2017.04.016

2017—10—11

周炳(1992— ) ，男，湖北武漢人，碩士生，主要研究方向?yàn)樾畔⑴c智能計(jì)算.

洪家平(1964— )，男，湖北仙桃人，教授.