指紋門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

蔡順燕，張霞，藺軍，劉婷

指紋門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

蔡順燕，張霞，藺軍，劉婷

（成都師范學(xué)院，四川 成都 611130）

文章介紹了以STC12C5A60S2單片機(jī)為主控芯片的指紋門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。主要包括光學(xué)生物指紋采集模塊、語(yǔ)音模塊、旋轉(zhuǎn)編碼器。指紋模塊通過串口與單片機(jī)通信，將獲取的指紋信息傳給單片機(jī)實(shí)現(xiàn)指紋信息的管理，當(dāng)指紋模塊檢測(cè)到有手指放在光學(xué)指紋傳感器上時(shí)，指紋模塊會(huì)自動(dòng)掃描用戶指紋，將之與指紋存儲(chǔ)器中的指紋進(jìn)行特征匹配。若匹配成功，上位機(jī)傳達(dá)匹配成功的指令，驅(qū)動(dòng)電磁鎖執(zhí)行開門動(dòng)作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)指紋門禁功能。

指紋門禁系統(tǒng)；單片機(jī)；語(yǔ)音播放

1 引言

傳統(tǒng)的門鎖、防盜鎖安全系數(shù)比較低，數(shù)字密碼、IC卡、指紋識(shí)別等新式門禁系統(tǒng)被人們發(fā)明出來(lái)。在使用數(shù)字密碼鎖時(shí)，不僅容易忘記密碼而且容易被盜取密碼。怎樣提高門禁系統(tǒng)的安全系數(shù)便是當(dāng)前首要研究?jī)?nèi)容。19世紀(jì)初，指紋的唯一性和不可更改的特性被人們發(fā)掘出來(lái)，最開始主要應(yīng)用于刑事犯罪的偵破與鑒別。到20世紀(jì)60年代，計(jì)算機(jī)以驚人的速度快速發(fā)展，指紋識(shí)別技術(shù)的研究取得了巨大的進(jìn)展。在之后的20年里，傳感器技術(shù)也取得了巨大的發(fā)展，不斷取得新成就的算法和日漸低廉的的指紋采集器使得用于個(gè)人身份識(shí)別的指紋技術(shù)有了技術(shù)支持[1]。目前指紋識(shí)別技術(shù)在電子設(shè)備、企業(yè)管理和門禁中得到了普遍應(yīng)用，本文提出了一種以單片機(jī)為主控芯片的指紋門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的指紋門禁系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，利用指紋識(shí)別技術(shù)來(lái)提高門禁系統(tǒng)的安全性和便利性[2]。采用STC12C5A60S2單片機(jī)為控制核心，AS-608光學(xué)指紋模塊、OLED液晶顯示模塊、DS3231高精度時(shí)鐘芯片、SYN6288語(yǔ)音合成芯片、EC11旋轉(zhuǎn)編碼器、TB6612驅(qū)動(dòng)芯片以及揚(yáng)聲器與單片機(jī)構(gòu)成指紋門禁系統(tǒng)。其系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體框圖如圖1：

圖1 基于單片機(jī)的指紋門禁系統(tǒng)框圖

指紋門禁系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能為：OLED液晶屏顯示設(shè)置的初始界面，長(zhǎng)按螺旋編碼器按鈕進(jìn)入時(shí)間日期的參數(shù)調(diào)整界面，雙擊則會(huì)進(jìn)入系統(tǒng)的子界面，可以進(jìn)行指紋錄入、指紋刪除等相關(guān)操作。當(dāng)進(jìn)行錄入指紋時(shí)，指紋模塊掃描感應(yīng)所獲取的指紋并合成特征模板，且會(huì)通過語(yǔ)音模塊播放出指紋錄取的情況。若指紋錄取成功，語(yǔ)音模塊會(huì)播放指紋錄取成功。若指紋錄取失敗，語(yǔ)音模塊會(huì)播放指紋錄取失敗請(qǐng)重試。若匹配到相關(guān)指紋，則會(huì)播放匹配到相關(guān)指紋并且驅(qū)動(dòng)電磁鎖開門。當(dāng)進(jìn)行刪除指紋時(shí)，用戶可旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)調(diào)整刪除區(qū)域，系統(tǒng)將獲取并顯示用戶設(shè)置的區(qū)域,按下確認(rèn)后系統(tǒng)自動(dòng)刪除用戶設(shè)置的刪除區(qū)域指紋并且播放相應(yīng)語(yǔ)音，當(dāng)進(jìn)入清空指紋庫(kù)時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)保留管理者（第一位指紋）刪除其他人員指紋并且播放相應(yīng)語(yǔ)音。

3 主要電路模塊

3.1 主控芯片

指紋門禁系統(tǒng)以STC12C5A60S2單片機(jī)為核心，其具備2個(gè)全雙工串行通信接口同時(shí)進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)。每個(gè)串行口的數(shù)據(jù)緩沖器可以同時(shí)支持光學(xué)指紋模塊和語(yǔ)音合成芯片與主控芯片之間的通信。

3.2 光學(xué)指紋模塊

AS-608指紋識(shí)別模塊是一款一體化的光學(xué)生物指紋識(shí)別模塊，它將指紋處理部分和光路部分集成在一個(gè)模塊上，所以模塊體積較小、接口較為簡(jiǎn)單。又集成了指紋識(shí)別算法，采集圖像、識(shí)別指紋特征、指紋搜索的速度較快，可靠性高。其內(nèi)置的光學(xué)指紋傳感器在不同的環(huán)境中都有靈敏的反應(yīng)和判斷，能夠獲得清晰的指紋成像。指紋模塊通過串行口與主控芯片進(jìn)行串口通信，指紋模塊回傳指令給主控芯片進(jìn)行判斷，確保正常通訊。4引腳接的二極管是防止反接時(shí)電流過大燒掉指紋模塊。指紋模塊部分與主控芯片電路連接如圖2所示：

圖2 AS608光學(xué)指紋模塊接線圖

3.3 語(yǔ)音芯片電路

SYN6288是一款效果比較自然的中高端語(yǔ)音合成芯片，由于它采用最小SSOP28L貼片封裝的特點(diǎn)，比OSYNO6188芯片的電路設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單，芯片尺寸更小，語(yǔ)音合成自然度以及智能化程度都有較大提升?？刂破魍ㄟ^串行接口向語(yǔ)音合成芯片發(fā)送命令或者接收語(yǔ)音芯片發(fā)送的文本數(shù)據(jù)，然后芯片自動(dòng)將上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)通過TTL轉(zhuǎn)換為音頻信號(hào)，再經(jīng)放大器放大之后通過揚(yáng)聲器輸出。

3.4 EC11旋轉(zhuǎn)編碼器電路

EC11旋轉(zhuǎn)編碼器是可以輸出脈沖信號(hào)的裝置，通過旋轉(zhuǎn)旋鈕將旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的位移轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，通過單片機(jī)對(duì)其產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，即可判斷出旋轉(zhuǎn)編碼器所要系統(tǒng)執(zhí)行的指令。其電路連接如圖3所示。

圖3 1EC11旋轉(zhuǎn)編碼器接線圖

4 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

圖4 主程序流程圖

本系統(tǒng)采用了模塊化的程序設(shè)計(jì)思想，主要包括主程序、指紋采集程序等。主程序?qū)纹瑱C(jī)定時(shí)器、中斷等進(jìn)行設(shè)置，然后根據(jù)接收的指令調(diào)用不同的子程序。

5 結(jié)語(yǔ)

本文闡述了指紋門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與過程，包括主要電路模塊器件選擇、電路連接、程序編寫等方面，經(jīng)系統(tǒng)測(cè)試，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，能實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能。

[1] 吳成楓.趙振華.基于指紋識(shí)別技術(shù)的智能門禁系統(tǒng)研究[N].微型電腦應(yīng)用, 2012.

[2] 杜春魁.單片機(jī)的指紋門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].北京:天津大學(xué)電子工業(yè)出版社, 2017.

Design and implementation of fingerprint access control system*

Cai Shunyan, Zhang Xia, Lin Jun, Liu Ting

( Chengdu normal university, Sichuan Chengdu 611130 )

This paper introduces the design and implementation of fingerprint access control system based on STC12C5A -60S2 microcontroller. It mainly includes optical bio-fingerprint acquisition module, voice module, rotary encoder. The fingerprint module communicates with the single-chip microcomputer through the serial port, and transmits the acquired fingerprint information to the single-chip computer to realize the management of the fingerprint information. When the fingerprint module detects that a finger is placed on the optical fingerprint sensor, the fingerprint module automatically scans the user fingerprint, and the fingerprint memory is matched with the fingerprint memory. The fingerprint in the feature is matched. If the matching is successful, the upper computer transmits the command that the matching is successful, and drives the electromagnetic lock to perform the opening operation, thereby implementing the fingerprint access control function.

Fingerprint access control system; MCU; Display voice playback

A

TN709

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1671-7988(2019)21-113-03

蔡順燕（1981.07-），女，副教授，就職于成都師范學(xué)院，研究方向：信號(hào)與信息處理。

項(xiàng)目：1.成都師范學(xué)院教改項(xiàng)目（2019JG18）；2. 2019 年省級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（S20191 43890543）；3.四川省2018-0 2020年高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學(xué)改革項(xiàng)目（JG2018-894）；4. 成都師范學(xué)院校級(jí)應(yīng)用型示范專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目（2018XJYYZY01）；5. 四川省應(yīng)用型示范專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目（SJYYSFZY180）。

CLC NO.:TN709

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.21.039

1671-7988(2019)21-113-03