基于單片機的指紋門禁系統(tǒng)設(shè)計

石巖

門禁管理是現(xiàn)代安全防范系統(tǒng)的重要組成部分，技術(shù)的發(fā)展，以傳統(tǒng)鑰匙、射頻卡系統(tǒng)為代表的系統(tǒng)以檢驗人持有的“物”為主，只要“物”的有效性得到確認，則持有該“物”的人就被認為是合法者。所以這種以“物”認人的辦法的問題是顯而易見的，一是“物”的遺失將使合法的人得不到合法的驗證;二是“物”被盜用將反使非法的人得到合法的驗證。

指紋門禁系統(tǒng)，是利用人體生物特征指紋來進行身份安全識別，具有不可替代，不可復(fù)制和唯一性的特點，它采用數(shù)字圖像處理、生物識別及DSP算法等技術(shù)，用于門禁安全、進出人員識別控制，是符合現(xiàn)代安防要求的新一代門禁系統(tǒng)。使用時只需將手指平放在指紋采集儀的采集窗口上，即可完成開鎖任務(wù)，操作十分簡便，避免了其它門禁系統(tǒng)（傳統(tǒng)機械鎖、密碼鎖、識別卡等）有可能被偽造、盜用、遺忘、破譯等弊端。以往，指紋門禁系統(tǒng)多應(yīng)用于商務(wù)住宅、博物館等安全級別較高的場所，隨著科技的發(fā)展，指紋鎖以其便捷性的強大優(yōu)勢迅速占領(lǐng)了普通用戶的市場。用戶群體的改變，對指紋門禁系統(tǒng)的成本提出了更高的要求。

1.硬件部分設(shè)計

51單片機自1980年問世以來，以其控制能力強、結(jié)構(gòu)簡單、擴展方便等特點得到了飛速發(fā)展，成為了工業(yè)控制系統(tǒng)中的理想機型。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，已經(jīng)有更多速度快、容量大的機型問世，51系列單片機依然廣泛應(yīng)用于各控制系統(tǒng)。究其原因，一是因為51單片機能夠滿足多數(shù)控制系統(tǒng)的基本要求，其控制方式簡單好上手，對多數(shù)研發(fā)和維護人員都比較友好;二是其成本低廉，在符合基本工作控制場景的情況下，成為了多數(shù)中小企業(yè)的優(yōu)選。

本系統(tǒng)由AT89C51單片機做為核心CPU，通過按鍵控制輸入和刪除指紋信息，并將指紋傳感器模塊電路的數(shù)據(jù)采集后，與已有指紋信息比對，得到是否匹配的結(jié)果，并將結(jié)果顯示在LCD屏幕上，同時控制繼電器、蜂鳴器做出對應(yīng)動作。

指紋模塊是指紋門禁系統(tǒng)中指紋鎖的核心部件，用來完成指紋的采集和指紋的識別的模塊。指紋模塊主要由指紋采集模塊、指紋識別模塊和擴展功能模塊（如鎖具驅(qū)動模塊）組成。指紋模塊按其指紋識別方式可以分為：光學(xué)指紋模塊：靠光的折射和反射原理識別指紋;電容指紋模塊：通過電容的數(shù)值變化來采集指紋;射頻指紋模塊（刮擦指紋模塊）：利用微量射頻信號來探測紋路。

本文使用的指紋識別模塊主要是指采用了杭州晟元芯片技術(shù)有限公司（Synochip）的 AS608 指紋識別芯片做成的指紋模塊，它屬于基于光學(xué)的指紋模塊。光學(xué)器件通過收集在手指表面指紋凹凸不平的線紋上折射的角度及反射回去的光線明暗信息完成指紋的采集。

指紋匹配時，將通過指紋傳感器，新采集到的指紋圖片信息進行特征提取，并與存儲在模塊中的指紋模板進行匹配和比較，從而得出是否匹配的結(jié)果。它采用3.3V供電，因而需要進行5V轉(zhuǎn)3.3V的電壓轉(zhuǎn)換。使用8針的控制接口，除電源線和地線、感應(yīng)信號的輸入輸出以外，提供兩種通信總線接口。分別為串口通訊（TX、RX）和USB通訊（D+、D-）;其中，USB通訊編程相對較難，但USB作為最常用的總線接口，有很好的兼容性;串口通訊編程相對簡單，也是比較常用的一種，但是兼容性不好，由于本系統(tǒng)相對獨立，因此采用串口通訊的方式。AS608模塊touch引腳接到單片機的普通IO上，當有指紋按下，該引腳觸發(fā)一個高電平信號;TX、RX引腳分別接到單片機的P30、P31串口引腳上，通過這兩個端口，單片機實現(xiàn)與AS608指紋模塊的通信。

單片機要實現(xiàn)對AS608指紋模塊的控制，就需要根據(jù)AS608芯片規(guī)定的通訊協(xié)議格式來發(fā)送和處理串口數(shù)據(jù)，整個模塊各個功能的實現(xiàn)也是圍繞該協(xié)議格式進行的。一般要實現(xiàn)一個指紋密碼鎖的功能，只需用到以下指令：錄入圖像、生成特征、搜索指紋、自動驗證指紋、自動注冊模板、刪除指紋。

本設(shè)計采用的是字符型顯示。本設(shè)計采用LCD1602作為顯示器件輸出信息。與傳統(tǒng)的LED數(shù)碼管顯示器件相比，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點，+5V供電，而且不需要外加驅(qū)動電路。LCD1602可以顯示2行16個漢字，滿足系統(tǒng)錄入、對比、刪除的顯示要求。

門禁是門體的重要部分，系統(tǒng)中通常使用電控鎖來控制門的開關(guān)，通過控制繼電器的通斷控制電流，以此控制電磁鐵型電控鎖，達到控制門的效果。除此之外，門禁系統(tǒng)還設(shè)置了聲音互動，以蜂鳴器的形式存在。模式設(shè)置（按鍵錄入）有效時，響一次，指紋錄入成功或匹配成功時，蜂鳴器響兩次，指紋錄入失敗或匹配失敗時，響三次。繼電器和蜂鳴器都由直流驅(qū)動，因此，只需要利用端口控制電平輸出，再由三極管進行電流放大，就可以控制這兩個動作部件做出相對應(yīng)的動作。

2.軟件部分設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)要求，軟件部分遵循按鍵--采集--對比--動作的大致流程。首先，將定時器、LCD1602和串行通信接口初始化。然后采集指紋，若指紋采集成功，則跟預(yù)存的指紋比對，若比對成功，則繼電器做出相應(yīng)動作。程序運行過程中，可隨時通過按鍵進入中斷，根據(jù)功能按鍵的不同，在LCD上顯示不同的提示語，并做出不同的響應(yīng)，響應(yīng)完成后繼續(xù)運行。

3 測試結(jié)果

軟硬件系統(tǒng)搭建完成后，先后對多人的指紋進行了采集和測試，通過按鍵和液晶顯示完整實現(xiàn)了人機交互。

隨著技術(shù)發(fā)展，個人家居也逐步智能化。生物識別系統(tǒng)逐步發(fā)展后，指紋門禁系統(tǒng)的應(yīng)用將越來越廣泛。文中的指紋門禁系統(tǒng)比較單一、后期可根據(jù)需要進行擴展，接入傳統(tǒng)的射頻識別，保障門禁系統(tǒng)的完備性。也可以接入藍牙模塊，與網(wǎng)關(guān)進行互動，實現(xiàn)藍牙控制等。