智能锁的设计与实现

PAGEPAGEI题目智能锁的设计与实现南通大学杏林学院毕业设计（论文）PAGEPAGEII摘要随着当今社会经济和工业科学技术的不断进步，智能锁已开始进入成千上万的家庭。从智能锁公司和分销商的生存状况来看，大多数从业者仍然无法实现盈利，生存的压力巨大。但是，不可否认的是，智能锁注定会成为一个不可忽视的巨大市场。当前，在智能锁行业中，已经出现了开始使用NB-IoT技术的智能锁公司，Deschmann开发的首款NB-IoT链接智能锁在便利性和安全性方面开辟了新天地。同时，它还可以与其他智能家居产品和系统结合使用，为人们描绘智能家居视觉的新时代。本文介绍采用传感器技术，单片机控制技术和内置技术设计的智能锁，主要实现智能门开关，具有指纹识别、一键开锁、开锁提醒、单次密码、时效密码、永久密码、临时密码的功能。与市场上现有的产品相比，它在可靠性和安全性上有很大的提高，具有良好的应用前景。关键词：智能锁，单片机，集成技术，智能家居ABSTRACTWiththecontinuousimprovementoftheeconomyandindustrialscienceandtechnologyintoday'ssociety,smartlockshavestartedtoenterthousandsofhomes.Fromthepointofviewofthelivingconditionsofsmartlockcompaniesanddistributors,mostpractitionersstillfailtoachieveprofitability,andthepressuretosurviveisenormous.Butthereisnodenyingthatsmartlocksaredoomedtobecomeahugemarketthatcannotbeignored.Atpresent,inthesmartlockindustry,smartlockcompaniesthathavestartedusingNB-IoTtechnologyhavealsoemerged.ThefirstNB-IoTlinkedsmartlockdevelopedbyDeschmannbrokenewgroundinconvenienceandsecurity.atthesametime,itcanalsobecombinedwithothersmarthomeproductsandsystemstopaintaneweraofsmarthomevisionforpeople.Thisitemintroducesasmartlockdesignedwithsensortechnology,singlechipcontroltechnologyandbuilt-intechnology,whichmainlyrealizesthesmartdoorswitch.Ithasthefunctionsoffingerprintrecognition,one-touchunlock,unlockreminder,one-timepassword,timesensitivepassword,permanentpasswordandtemporarypassword.Comparedtoexistingproductsinthemarket,itpresentsagreatimprovementinreliabilityandsafety.Ithasgoodprospectsforapplication.Keywords:Smartlock,singlechipmicrocomputer,integratedtechnology,smarthome目录TOC\o\h\z摘要 IABSTRACT II第一章引言 1第二章现状及需求 22.1 现存问题 22.2 研究现状 22.2.1电子密码安全性的提高 22.2.2输入手段的增加 22.2.3密码量进一步提高 32.3 需求分析 32.3.1 智能门锁 32.3.2 监测功能 3第三章智能锁系统设计方案 43.1 研究方法 23.2 技术路线 23.2.1主控芯片的选择 23.2.2显示器件的选择 23.2.3指纹识别模块的选择 23.2.4声音提示器的选择 23.2.5红外接收模块的选择 2第四章系统硬件选型与搭建 14.1 硬件系统总体方案设计 24.2 核心控制器 2第五章系统软件设计与实现 15.1 软件系统总体设计框架 25.2 代码部分 2第六章总结与展望 16.1 总结 36.2 展望 3参考文献 2致谢 3附录 23引言人们发明了锁来满足安全性要求。日常生活中常用的两种锁主要是机械锁和电子锁。机械锁的结构非常简单，易于操作，使用方便，因此这种锁在人们的生活中得到了广泛的应用。电子锁是科学技术的新产品，其智能，快速的功能使其很快受到现代社会的追捧[5]。但是，也存在问题。电子锁的原理很复杂，必须与电子辅助系统结合使用。这些人是可以接受的。最致命的问题是安全问题，与传统的机械锁相比，电子锁出现经常卡住的现象，为避免这些现象，居民用户在使用时会将其置于单一的常开模式，因此，如果在生活中使用这种类型的电子锁，将会大大降低安全系数。中国锁具行业的发展可以说是一个漫长的过程。近代以来，由于特殊的历史局限性，中国锁具行业的发展逐渐落后于世界发达国家，传统锁具的地位逐渐被西方机械锁所取代。随着1980年代的到来，随着改革开放的不断深入，中国的锁具制造业开始反弹。根据相关研究预测，未来三年中国锁具市场将继续以每年20％以上的速度增长，其发展趋势在很长一段时间内仍将充满希望。但是近年来，从3.15到各种多媒体平台不断暴露出各种智能锁安全风险。即使是智能锁应用程序中最流行的指纹和面部识别技术也无法幸免。例如，作为国家智能门锁产品风险监控的一部分，专家使用摄像头从不同角度拍摄同一主题的面部照片，并打印黑白照片以轻松解锁门。国家市场监督管理总局还专门针对智能门锁发布了质量和安全警告，明确指出具有面部识别功能的智能门锁存在安全风险，具有指纹识别功能的智能门锁风险较高，例如可指纹残留物破解密码。实际上，这不仅仅是安全问题，当前广泛使用的生物特征识别技术，例如面部和指纹识别，具有两个特征。首先，他们不能完全克服识别生物的问题，另一个是特征被暴露出来，目前在金融领域很流行，以面部识别验证为例，仍然需要眨眼或说话的帮助才能实现实时识别，因此用户体验相对较差[8]。针对智能市场中现有的智能锁，它在用户识别、安全性和管理方面更加智能。智能锁和传统机械锁的区别在于使用了成熟的非机械钥匙技术，例如磁卡，TM卡，指纹锁和视网膜识别。新型智能锁的设计思想来自单片机控制的智能锁，具体功能是：除了传统的机械解锁功能外，还增加了密码解锁功能，遥控器解锁功能，报警功能，显示和辅助功能。现状及需求2.1现存问题当前，在安全技术特别是防盗警报的预防领域中，随着大规模集成电路技术的发展，特别是单片机的出现，出现了带有微处理器的智能密码控制系统。由于传统机械密码控制的明显缺点，例如安全性能差，密码太少等，而采用电子密码技术的控制系统没有这些问题，电子密码控制系统开始逐渐取代传统系统。机械密码控制系统[1]。除了维持原始电子密码控制系统的各种功能外，智能密码控制系统还增加了人工智能内容，使用了更多方面和智能，而不是添加了智能管理，专家系统和其他功能。智能门锁是机械与电子的结合，因此在使用的过程中，也存在两方面的问题：一、机械方面存在的问题：大多是安装方面的问题，也存在质量方面的问题。（1）在安装的时候打孔不精确，从而会导致房门损坏严重；（2）在安装的过程中，传动的方钢太长或太短，导致无法开门或者转动费劲（可导致电力效果过为迅速）；（3）个别智能锁，存在在安装的时候，一有不注意，可能内部零部件可能少安装或安装错了方向，会导致智能锁在使用的过程中不顺畅；（4）质量太差，导致零部件容易损坏；（5）锁舌不能对齐锁孔，可能是安装没有安装好，也可能是门下沉所致。但是，由于以下原因，目前电子锁的使用仍不普及：①结构复杂，故障率较高；②严格的环境条件；③使用起来比较复杂。2.2研究现状当今社会智能电子密码锁发展已经到了非常高的地步，因为电子元件特别是单片机应用在这几年得到非常大的发展，无论功能性，稳定性都已经非常全，在保密功能方面已做到有人眼识别、指纹识别、人声识别基本上电影上具备的现实也具备。在国外发展比国内早，所以应用也比国内广泛，主要在家庭贵重地方，银行，保险柜等应用较多，在国内这方面发展也较迅速，不管自己开发或是引进都有，在重要地方应用也较广泛，由于价钱比普通弹子锁较昂贵，早几年应用稀少，现在越来越广泛和平常，未来的发展也会越来越被大众使用，由于它的功能、安全是弹子锁无法比拟的。发展前境是巨大的。为了提高安全性，锁已经从具有少量密钥数据的机械钥匙发展为具有大量数据的数字组合锁，钥匙的要求从有形到无形，特别是在进入1980年代之后，随着专用于电子锁应用的集成电路的出现，电子锁的尺寸减小了，可靠性提高了，便宜的产品开始出现，这使得电子锁得以进入了公众生活。科技的发展促进了智能锁技术的发展，提高了智能锁的便利性和安全性。主要研究现状为：2.2.1电子密码安全性的提高①“任意定义的密码”技术允许授权人根据自己的需要或偏好来定义密码；②“自动密码更改”技术使密码不断更改，并且更改规则不为他人所知；③“多重密码设置”技术使单个密码无效，并且必须至少允许两个或多个密码设置。2.2.2输入手段的增加由于不便的密码输入和安全性，传统的一键式键盘输入方法不再适合高端和频繁使用的场合，为了满足人们的需求，研究人员开发了远程控制解锁，卡解锁和生物识别的方法。2.2.3密码量进一步提高由于数字、字符、面部图像和其他元素可以成为关键的密码信息，因此这些信息的组合可以使智能锁的安全性提高一倍，同时又可以增加并丰富更多的电子锁密码资源。2.3需求分析基于上述对研究现状的分析，具体需求如下。2.3.1智能门锁安装系统后，您可以使用智能钥匙打开门，系统通过网络授权智能钥匙，门锁通过串行接触通讯交换数据，确定钥匙的解锁权限并实现特定门锁的解锁。同时，当智能钥匙关闭时，它支持外部充电和自发电功能。门锁必须能够在无电的环境中运行，并且在没有电气访问的情况下也能实现访问控制。2.3.2监测功能当智能钥匙被解锁时，它应该能够记录解锁信息，例如解锁时间、解锁位置和解锁钥匙信息，后端系统可以实时监视所有解锁信息，监督人员可以根据解锁记录恢复当前的解锁是否具有适当的操作权限。如果发现他没有适当的资格或权限，可以及时与操作员联系，以免发生事故。后端管理人员可以根据解锁登记信息判断门柜的坐标位置是否准确，并可以根据解锁位置信息更新柜门坐标信息，以确保正确的登记信息。智能锁系统设计方案3.1研究方法①调查法：查阅相关国内外文献资料,分析研究当前单片机的停车位倒车警示系统设计的优秀方案，在学习和借鉴的基础上添加自己的创新元素。②实验法：通过keil和prteu99sc等CAD软件对我们所设计的软硬件进行验证，看是否可以达到我们的要求。3.2技术路线3.2.1主控芯片的选择选择一：主控芯片采用STC89C52单片机。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K字节系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但是做了很多的改进使得芯片具有传统的51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52使用高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在线系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。采用STC89C52单片机可以通过软件编程来实现电子密码锁设计中的各项要求和功能，而且单片机的I/O口也足够使用，硬件电路连接比较简单。选择二：采用硬件电路进行电子密码锁设计，比如使用74LS112双JK触发器构成的数字逻辑电路控制方案，该种方案可以实现基本功能，而且优点是不需要软件编程，但电路连接比较复杂，关键在于不易实现自行设置密码的要求。选择三：主控制芯片选择STC89C51单片机。STC89C51芯片它是一款主流单片机，最高时钟频率为80MHz,内部具有一个8位的CPU，包括控制单元和运算单元两大部分，VCC与VSS分别接+5V电源和地，两端分别在芯片的对角线两端，一方面可有效的防止近距离不轻易间的短路造成芯片的损坏，另一方面合理安排内部的硬件资源，使各方面更加协调的工作，信号流向更合理，降低了各元件之间的干扰。本单片机引脚采用的使逆序排列，可以焊接在由相同管脚的焊接板上，单片机从芯片的脚座上拔出是要注意把握好力度，防止力度过大造成单片机引脚损坏。本设计是根据工作环境的具体频率、价格成本以及所需的程序容量而选取的STC89C51型号单片机，以确保资源的合理充分应用。此单片机是由意法半导体制造的低功耗，高性能七位CMOS微处理器。它具有片上9K编程网站闪存存储芯片。所以，这款单片机是个不错的选择。选择四：主控制芯片选择MSP430单片机。MSP430系列单片机由英国于1995年开发并生产的仪器，MSP430单片机称为混合信号处理器。带有MIPS集的一类十六位超低能耗混合信号处理器。在单个芯片上集成多个模拟电路并具有不同效果的是它主要功能，在这个基础上还可以集成数字电路模块或微处理器。这一系列的单片机主要用于必须具有电池供电系统的便携式仪器中。但是，开发和设计相对困难且昂贵。因此，它不适合在某些简单设计方案中进行选择。综上所述方案论证，本次电子密码锁系统设计的主控芯片选择STC单片机的STC89C52来完成，采集输入数据对其处理并发出相应的指令。3.2.2显示器件的选择方案一：采用LCD1602作为主液晶显示器。此液晶屏能输入两行的字母或数字，功能比较简单，比较通用。本次设计中要显示输入密码的数据值和各功能的提示，使用LCD1602液晶来作为显示模块较直观形象。LCD1602由数字量控制，控制准确度高。LCD1602主要有显示晶元、处理单元和存储器组成。三类存储分别存储不同的内容：DDRAM存储控制中心发送的数据；CGROM存储处理单元输出数据；CDROM存储液晶屏底层显示程序。LCD1602液晶屏供电电压范围5V依0.5V，额定电压是5V，本系统输入电压为5V。该液晶显示模块采用双电源供电，一路是系统硬件单元供电，另一路是背光电源。共有8根数据线，总共可以显示28种类字符，液晶屏处理单元收到控制中心发来的二进制数据，经过字符变量对比输出需要显示的内容。它易于操作，并且与基于HD46770液晶的当前大多数市场操作原理完全一致。方案二：采用数码管来实时显示输入密码的数值，由于密码的个数为6硬件电路连接线路较复杂，连接管脚较多，而且观看起来不清晰、直观。LED四位数码管动态扫描仪显示信息。LED适合于显示信息数字或简单字母，且数码管相对便宜。但是，当使用动态扫描仪方法与单片机连接时，有很多I/O端口占用CPU，由于芯片I/O端口的输出电流不足，可以放大电流控制数码管，如果使用数字管来显示的话，显示信息的内容更多，则电路的焊接机会增加，不容易出现焊接错误，因此必须要有驱动电路。方案三：使用LCD12684液晶显示信息屏幕。LCD126x84液晶显示屏是一种常用于与单片机连接的显示设备，有带中文字库和不带中文字库之分，带中文字库的LCD126x84液晶显示屏由128个点x64个点组成，可以显示中文、英文、曲线等字符，显示中文字符时，一个中文字符由16*16的点阵组成,12864LCD液晶显示屏一排可显示8个中文字符，全屏可显示32个中文字符。尽管液晶显示器12684在显示信息方面功能强大，但是所显示的信息的内容太大，这导致用于显示信息的空间的浪费，另外液晶的成本比较高。基于以上三种方案比较，本次设计中采用方案一。3.2.3指纹识别模块的选择选择一：采用AS608模块作为指纹识别模块。ATK-AS608指纹识别模块是ALIENTEK推出的一款高性能的光学指纹识别模块。ATK-AS608模块采用了国内著名指纹识别芯片公司杭州晟元芯片技术有限公司(Synochip)的AS608指纹识别芯片。芯片内置DSP运算单元，集成了指纹识别算法，能高效快速采集图像并识别指纹特征。模块配备了串口、USB通讯接口，用户无需研究复杂的图像处理及指纹识别算法，只需通过简单的串口、USB按照通讯协议便可控制模块。本模块可应用于各种考勤机、保险箱柜、指纹门禁系统、指纹锁等场合。模块接口采用8芯1.25mm间距单排插座，PCB如图2.1.1所示。模块内部内置了手指探测电路，用户可读取状态引脚(WAK)判断有无手指按下，模块接线口如下图左侧所示。系统内设有一个72K字节的图像缓冲区与二个512bytes大小的特征文件缓冲区，名字分别称为：ImageBuffer,CharBuffer1和CharBuffer2。用户可以通过指令读写任意一个缓冲区。CharBuffer1或CharBuffer2既可以用于存放普通特征文件也可以用于存放模板特征文件。通过UART口上传或下载图像时为了加快速度，只用到像素字节的高4位，即将两个像素合成一个字节传送。通过USB口则是整8位像素。指纹库容量根据挂接的FLASH容量不同而改变，系统会自动判别。指纹模板按照序号存放，序号定义为：0—（N-1）（N为指纹库容量）。用户只能根据序号访问指纹库内容。AS608指纹识别模块内置手指探测电路，用户通过读取状态引脚(WAK)来判断有无手指按下。外形尺寸

（23.3*20.3*48.1），JM-101指纹模块为集成了光路和指纹处理部分的一体化指纹处理模块，具有体积小、功耗低、接口简单的特点，可靠性高、识别速度快、干湿手指适应性好，指纹搜索速度快。JM-101模块通讯接口为USB和UART两种通信接口。指纹特征。指纹算法从获取的指纹图像中提取的特征，代表了指纹的信息。指纹的存储、比对和搜索等都是通过操作指纹特征来完成的。指纹处理包含两个过程：指纹登录过程和指纹匹配过程［其中指纹匹配分为指纹比对（1:1）和指纹搜索（1:N）两种方式］。指纹登录时，对每一枚指纹录入2次，将2次录入的图像进行处理，合成模板存储于模块中。指纹匹配时，通过指纹传感器，录入要验证指纹图像并进行处理，然后与模块中的指纹模板进行匹配比较（若与模块中指定的一个模板进行匹配，称为指纹比对方式，即1:1方式；若与多个模板进行匹配，称为指纹搜索方式，即1:N方式），模块给出匹配结果（通过或失败）。技术参数供电电压：DC

3.3V供电电流：工作电流：<60mA峰值电流：<60mA指纹图像录入时间：＜1.0秒窗口面积：15.3╳18.2mm分辨率：500dpi优点：1.指纹是人体不一样的的特征，并且它们的复杂度足以提供用于鉴别的足够特征；2.如果要增加可靠性，只需登记更多的指纹、鉴别更多的手指，最多可以多达十个，而每一个指纹都是不一样的；3.扫描指纹的速度很快，使用非常方便；4.读取指纹时，用户必需将手指与指纹采集头相互接触，与指纹采集头直接；5.接触是读取人体生物特征最可靠的方法；6.指纹采集头可以更加小型化，并且价格会更加的低廉；缺点：1.某些人或某些群体的指纹特征少，难成像；2.过去因为在犯罪记录中使用指纹，使得某些人害怕“将指纹记录在案”。3.实际上指纹鉴别技术都可以不存储任何含有指纹图像的数据，而只是存储从指纹中得到的加密的指纹特征数据；4.每一次使用指纹时都会在指纹采集头上留下用户的指纹印痕，而这些指纹痕迹存在被用来复制指纹的可能性。选择二：采用R30X系列指纹识别模块。该模块是伟耕科技有限公司于2011年推出的最新产品，采用了最先进的指纹传感器和高性能的DSP处理器，内嵌完整的指纹识别算法和协议。具有指纹采集，指纹对比，搜索和存储等功能的智能型模块。与同类指纹产品相比，因R30X系列采用自适应参数调节机制，对指纹的适应性更强，对干湿手指都有较好的成像质量，适用人群更广泛。3.2.4声音提示器的选择选择一：使用有源的蜂鸣器可以进行自动报警。如果设备需要保证有源直流蜂鸣器正常工作运行时所需要的普通直流电，一般以各种VDD，VDC型号作为设备名称。由于噪声蜂鸣器其中包含有一个不复杂的振荡电路，所以它不仅可以将稳定的直流电信号转换而成为必要的高频率的电磁脉冲振荡信号，并将其高频转换而成为高频电磁振荡信号，从而可以使噪声磁场在表面交替改变，进而大大促进了蜂鸣钼片噪声振动的正确发音[7]。但是，某些新型有源射频蜂鸣器仍然已经可以在特殊的无线通信和交流通信射频信号下正常工作，但是对这种交流射频信号的输出电压和信号频率的控制要求很高，所以通常不需要选择这种新的工作控制方法。选择二：使用的是无源蜂鸣器。由于它没有内部讯号驱动控制电路，一些科技公司和仪器工厂也将它系统称为讯号声响器，有源声响器是一些国家的标准称呼。无源蜂鸣器需要操作的理想音频信号就是波形。如果两个蜂鸣器不同时响应直流前后的信号，则由于稳定的直流磁路，钼片将变得无法同时使手机语音视频转录产生振动。该系统的最终选择是有源蜂鸣器实际操作方便，信号输入是固定的。3.2.5红外接收模块的选择选择一：使用HX1838红外接收器。该接收电路使用一种集红外线接收和放大于一体的一体化红外线接收器，不需要任何外接原件，就能完成从红外线接收到输出于TTL电平信号兼容的所有工作，而且体积与普通的塑封三极管大小一样，它适用于各种红外线遥控和红外线数据传输。Aarduino红外无线遥控套件由Mini超薄红外遥控器和38KHz红外接收模块组成，Mini超薄红外遥控器具有17个功能键，发射距离最远可达8米，非常适合在室内操控各种设备。红外接收模块可接收标准38KHz调制的遥控器信号，通过对Aarduino进行编程，即可实现对遥控器信号的解码操作，从而可制作各种遥控机器人以及互动作品。Hx1838红外接收模块。本系统需要无线远程控制车位锁，故选用红外作为传递信号的载体。其中选用Hx1838作为红外接收器。完整的红外通信过程分为发送端和接收端两大部分，本控制系统红外发送端采用的市面上较常用的红外线遥控器，所以只需在车位锁上加装一个红外线接收器，负责接收红外遥控器发出控制信号，同时将信号放大，检测波形，整形。在Hx1838接收到相对应频率的红外信号之后,Hxl838会自动的将红外信号解码成为TTL电平中的低电平，输送给单片机。接收器对外只有三个管脚：Out，GND，Vcc与单片机接口非常便捷。选择二：AX2004是一款完整的红外数据通信接收芯片,适用于载波频率调制的数据传输,其功能可用下面的电路方框图表示。电路的输入级实现两个功能,首先,它为PN光敏二极管提供合适的偏置电压,其次,它将光电流脉冲信号转换为电压脉冲信号。输入级电路还采取了一些优化措施以减小噪声。电压脉冲信号依次经过前置放大器(PreAMP)和可变增益放大器(VGA)放大后,再通过一个片上的窄带带通滤波器(BPF),该带通滤波器的中心频率已经被调谐到输入信号的载波频率上。包络检波器(EnvelopeDetector)将输入的载波频率调制信号转化成数字包络脉冲信号,而信号整形电路(SignalShaper)对包络信号进行整形并滤除噪声脉冲。电路的主要部分是一个自动增益控制环路,它根据AX2004的工作环境(环境光线等)去改变可变增益放大器的增益。AX2004的电源电压范围为2.7到5.5V。系统硬件选型与搭建4.1硬件系统总体方案设计单片机（Single-ChipMicrocomputer）是一种\t"/item/%E5%8D%95%E7%89%87%E6%9C%BA/_blank"集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的\t"/item/%E5%8D%95%E7%89%87%E6%9C%BA/_blank"中央处理器CPU、随机存储器\t"/item/%E5%8D%95%E7%89%87%E6%9C%BA/_blank"RAM、\t"/item/%E5%8D%95%E7%89%87%E6%9C%BA/_blank"只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、\t"/item/%E5%8D%95%E7%89%87%E6%9C%BA/_blank"A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发展到现在的300M的高速单片机。从二十世纪九十年代开始，单片机技术就已经发展起来，随着时代的进步与科技的发展，目前该技术的实践应用日渐成熟，单片机被广泛应用于各个领域。现如今，人们越来越重视单片机在智能电子技术方面的开发和应用，单片机的发展进入到新的时期，无论是自动测量还是\t"/item/%E5%8D%95%E7%89%87%E6%9C%BA/_blank"智能仪表的实践，都能看到单片机技术的身影。当前工业发展进程中，电子行业属于新兴产业，工业生产中人们将电子信息技术成功运用，让电子信息技术与单片机技术相融合，有效提高了单片机应用效果。作为计算机技术中的一个分支，单片机技术在电子产品领域的应用，丰富了电子产品的功能，也为智能化电子设备的开发和应用提供了新的出路，实现了智能化电子设备的创新与发展。

单片机也被称为单片微控器，属于一种集成式电路芯片。在单片机中主要包含CPU、只读存储器ROM和随机存储器RAM等，多样化数据采集与控制系统能够让单片机完成各项复杂的运算，无论是对运算符号进行控制，还是对系统下达运算指令都能通过单片机完成。由此可见，单片机凭借着强大的数据处理技术和计算功能可以在智能电子设备中充分应用。简单地说，单片机就是一块芯片，这块芯片组成了一个系统，通过集成电路技术的应用，将数据运算与处理能力集成到芯片中，实现对数据的高速化处理。基本功能1.8位数据总线，16位地址总线的CPU；2.具有布尔处理能力和位处理能力；3.采用哈佛结构，程序存储器与数据存储器地址空间各自独立，便于程序设计；4.相同地址的64KB程序存储器和64KB数据存储器；5.0-8KB片内程序存储器(8031无，8051有4KB，8052有8KB，89C55有20KB)；6.128字节片内数据存储器（8051有256字节）；7.32根双向并可以按位寻址的I/O线；8.两个16位定时/计数器(8052有3个)；9.一个全双工的串行I/O接口；10.多个中断源的中断结构，具有两个中断优先级；11.片内时钟振荡器。

特点单片机的特点可归纳为以下几个方面：集成度高；存储容量大；外部扩展能力强；控制功能强。1、从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，处理对象不是字或字节而是位。不但能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备，使用起来得心应手。2、同时在片内\t"/item/%E5%8D%95%E7%89%87%E6%9C%BA/_blank"RAM区间还特别开辟了一个双重功能的地址区间，使用极为灵活，这一功能无疑给使用者提供了极大的方便。3、乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。很多的八位单片机都不具备乘法功能，作乘法时还得编上一段子程序调用，十分不便。4.2核心控制器（单片机）单片机最小系统单片机的最小系统用最简洁明了的话来说，就是它至少构成最小的系统，该系统使单片机能够正常运行工作。之后，我们开始详细介绍该单片机最小系统的必要组件和功能。对于每一个电子数码产品而言，首当其冲的电源是必不可少的。它显示了系统运行所需的能量。在这个设计方案中，由于该单片机的电压在3.5~5.5V的中间电压下工作，因此它们都正常工作，因此我选择将一个3.7V的电池通过升压模块将电压稳定在5V从而给单片机进行供电。另外接了一个可以外接的电源口，以便于在家中不需要电池的时候可以使用USB口对单片机进行直接供电。如AD软件图3.1所示，在晶体振荡器控制电路旁边，x1（In）和一个x2（out）是独立的控制输入和驱动输出两个反相信号放大器，它们之间可以同时配备一个同时使用基于石英晶体振荡器的片上晶体振荡器，或者该振荡器件立即由外部高频时钟电路驱动。选择内部同步时钟执行模式，即使用一个芯片的内部定时振荡处理器集成电路，将定时时钟执行器内部组件(1个晶体石英硅电晶体和2个石英电容器)全部连接起来到内部定时振荡器。会振动引起高频谐振器的电路。通常这种情况下，晶体振荡器频率可以从1.2至12MHz，甚至24MHz或更高的选择频率中任意进行选择，但是所选频率范围越高，功耗越大。如果外部时钟频率在33MHz以上时，建议使用外部有源晶振。在该系列测试工具套件中为您选择的12m都是石英基电晶体。与晶体振荡器互相串联的两个晶体电容器的不同尺寸对晶体振荡器的频率可能有轻微的振动损害，并且它们可以保证具有使用频率自动调节器的效果。使用惰性石英基电晶体时，可以在20pF至40pF之间选择电容器(此设计使用33pF;当使用陶瓷谐振器件时，电容器应适当扩展，在30至50pF之间。）图3.1晶振电路接下来是复位电路，复位电路分为：开关复位和上电自动复位。如AD原理图3.2所示的校准电路包含这两种复位方法。接通电源时，电容器两端的电压不会突然变化[8]。此时，电容器的负极连接到RES端，并且电压全部加到电阻器上。当+5V电源为电容器电池充电时，电阻器上的电压缓慢下降，最终等于0，芯片正常工作。校准按钮串联在电容器的两端。当未按下校准按钮时，电路将完成上电校准。芯片正常工作后，根据该按钮，RBS引脚显示为高电平，以进行手动校准。通常，如果RBS引脚在十米以上保持高电平，则可以对微控制器进行合理校准。图中所示的复位电阻和电容是经典值，可以用相同数量的电阻和电容代替特定的制造，读者也可以在工作期间独立测量RC电池的充电时间或对环境进行特定的精确测量，以确保对单个芯片的校准。图3.2复位电路指示灯液晶显示器本设计显示电路主要由两个部分构成。第一个是LCD1602液晶显示电路，用来显示电池实时的电量，以实现对电量的监控。第二个是恒压稳流板块上面集成的四位共阳数码管，用来显示输出电压电流以及功率，通过旋钮的调节可以实现对输出电流电压的调节作用。指纹输入芯片5v转3.3v芯片指纹输入芯片红外遥控接收芯片USB供电口声音提示器系统软件设计与实现5.1软件系统总体设计框架该设计计划使用KeilμVosion4软件进行编程。Keilc51是由美国的keilsoftware公司生产的51系列自定义适应程序微控制器它是C语言下的软件开发和测试设计操作系统。与其它汇编语言版本相比，C编程语言在软件功能，结构，可读性和可维护性等多方面等都具有明显的明显优势，因此更加易于人们理解和实用。Keil他们提出了详细的软件开发和系统设计中的解决问题的具体方案，包括使用C语言语言程序编译器，宏汇编，连接器，库资源管理器等方法和功能强大的编程模拟软件仿真器和调节器，把这些功能组合在一起。操作系统wikeil，本软件必须要求是具有winxp，win98，win2000，等级的操作系统。如果需要使用一种C语言进行编程，那么keil基本上将会是我最佳编程选择，它便捷实用的软件开发环境以及强大的应用软件编程仿真和数据调整处理工具也一样可以让我这件事情更加顺利完成。使用汇编语言或者C语言要使用编译器，以便把写好的程序编译为机器码，才能把HEX可执行文件写入单片机内。主函数的设计流程图如下图所示。主函数是程序中的入口函数，一个详尽完整的程序必须要包含这个函数。在这个功能开始时，通常需要先复位微控制器和一些外接入的设备，然后才能复位所有正常的应用程序设备并再次获取一些变量。重置后，它将陷入无限循环。如果不输入无限循环的应用程序，则运行一次后将被撤回。如果添加无限循环程序，将不断开发循环系统，以达到实时监控的目的。在主程序的设计中，必须注意，主函数不适合忽略很多代码。通常会选择所有实际代码进行功能包装，然后在主要功能中启用它们，以便我们可以舒服的阅读文案并更改以适用于其他软件的设计应用。测试所需的工具：Pl2303免费下载器，系统硬件，KEIL4软件等。根据KEIL4软件编写系统软件，并将编写的程序转换为HEX文件，然后录入Pl2303免费下载器之后烧入到单片机内。仔细观察整个系统的运行状态，然后进行连续的更改和调整过程，最后得到一个完善的过程。下图是显示成功的示意图。5.2代码部分#include<reg52.h>#include<intrins.h>#include"buzz.h"#include"key.h"#include"uart.h"#include"delay.h"#include"FPM10A.h"#include"lcd_1602.h"#include"temp.h"#include"wt588d.h"inta,b,c,d; voiddelayms1(intxms) //延时函数{inti,j;for(i=xms;i>0;i--)for(j=50;j>0;j--);}voidwritecom(charcom) //lcd写指令函数{RS=0;P2=com;delayms1(5);EN=1;delayms1(5); EN=0;}voidwritedate(chardate) //lcd写数据函数{RS=1;P2=date;delayms1(5);EN=1;delayms1(5);EN=0;}voidchushi() //LCD初始化程序{RW=0;EN=0;writecom(0x38);writecom(0x0c);writecom(0x06);writecom(0x01);}voidchuli(intdate){a=date/1000;b=date%1000/100;c=date%100/10;d=date%10;}voidmain(){ LCD1602_Init(); //初始化液晶 LCD1602_Display(0x80,"FingerprintTest",0,16); //液晶开机显示界面Uart_Init(); //初始化串口 Key_Init(); //初始化按键 Delay_Ms(200);//延时500MS，等待指纹模块复位 Device_Check(); //校对指纹模块是否接入正确，液晶做出相应的提示 Delay_Ms(1000); //对接成功界面停留一定时间 while(1) { /**************进入主功能界面****************/ LCD1602_Display(0x80,"searchfinger",0,16); //第一排显示搜索指纹 LCD1602_Display(0xc0,"Adddelete",0,16); //添加和删除指纹 if(local_date==0) { LCD1602_Display(0x80,"*",0,2); LCD1602_Display(0xc0,"",0,2); LCD1602_Display(0xc0+8,"",0,2); } elseif(local_date==1) { LCD1602_Display(0x80,"",0,2); LCD1602_Display(0xc0,"*",0,2); LCD1602_Display(0xc0+8,"",0,2); } elseif(local_date==2) { LCD1602_Display(0x80,"",0,2); LCD1602_Display(0xc0,"",0,2); LCD1602_Display(0xc0+8,"*",0,2); } elseif(local_date==3) { LCD1602_Display(0x80,"",0,2); LCD1602_Display(0xc0,"",0,2); LCD1602_Display(0xc0+6,"*",0,2); } //确认键 if(KEY_OK==0) { while(KEY_OK==0);//等待松开按键 switch(local_date) { case0://搜索指纹 FPM10A_Find_Fingerprint(); break; case1: //添加指纹 FPM10A_Add_Fingerprint(); break; case2: //清空指纹 FPM10A_Delete_All_Fingerprint(); break; case3: //体温检测chushi(); tempdule(Ds18b20ReadTemp()); chuli(temp1); tempdule(Ds18b20ReadTemp()); chuli(temp1); while(KEY_OK) { tempdule(Ds18b20ReadTemp()); chuli(temp1); writecom(0x80+8); //以下都是显示驱动函数 writedate(a+0x30); writedate(b+0x30); writedate('.'); writedate(c+0x30); writedate(d+0x30); Delay_Ms(50); if(temp1>3800) { bofang(0); delayms1(500); } } break; } } //切换键 if(KEY_DOWN==0) { while(KEY_DOWN==0);//等待松开按键 if(local_date<=3) { local_date++; if(local_date==4) local_date=0; } } Delay_Ms(100);//延时判断100MS检测一次 }}总结与展望6.1 总结本文从系统的功能需求和设计概念入手，详细介绍了智能锁系统的基本工作原理，系统设计过程和关键技术的研究，最后通过实践和开发，提出了一种新型的传感器技术和解决方案，智能技术相结合。完成的主要任务如下：①根据系统的功能需求，完成了智能安全锁系统的总体方案设计。②根据系统的总体设计方案，完成了实时开锁提醒设计。③完成了指纹识别模块的设计。④根据系统的要求，完成了远程一键开锁的