基于51单片机的指纹密码锁设计

密码锁设计 摘要实现家庭防盗这一安全性低，无法满足人们的需求。随着电子产品向智能化和微型化的不断发展，单片机已成为电子产品研制和开发中首选的控制器，所以具有防盗报警功能的电子密码锁控制系统逐渐代替传统的机械式密码控制系统，克服了机械式密码锁控制的密码量少，安全性能差的缺种方法只是"防君子不防小人"。在高明的黑客眼技的发展让我们有了新的选择——生物识别技术。将生术的发展主要起始于指纹研究，它亦是目前应用最为广别技术。本设计开发了一款基于单片机的指纹识别电子密码 rprintbasedelectroniccodelockRACTWiththeimprovementofpeopleslivingstandardshowtoachievefamilysecurityissuehasbecomeparticularlyprominent,thetraditionalmechanicallocksbecauseofitssimplestructure,lowsecuritycannotmeetpeople'sneeds.AselectronicproductstointelligentminiaturizedandthecontinuousdevelopmentofSCMhasbecometheelectronicproductresearchanddevelopmentpreferredcontrollertheelectroniclockcontrolsystemwithantitheftalarmfunctiongraduallyreplacethetraditionalmechanicalcontrolsystemswithcodeovercomepasswordless,poorsafetyperformanceshortcomingsofmechanicallockcontrol. passwordencryptionmethodbutthismethodonlyantiantivillainisnotagentleman."Intheeyesofcleverhackers,passwordconsistsofseveralcharactersfragiletoovulnerable.Now,thedevelopmentofscienceandtechnologysothatwehaveanewoption-biometrics.Thebiometrictechnologyusedinnotebook,doorlocks,etc.,theycanfileforprotectionofproperty,andcanbeidentifiablebiometrictechnologyinfingerprintprimaryoriginresearch,itisalsothemostwidelyusedbiometrictechnology.esignoffingerprintrecognitionlectronpasswordlockbasedonSinglechipmicroprocessorisdevelopedinthethesisThesystemSTCCMCUasthecoremodule,throughtheserialcommunicationcontrolZFMngerprintmodulefortakingfingerprintsandtorefingerprintdataandliquidcrystaldisplaybyHS15CratiothanontheprocessesandresultssupportedbysimulationofDCrelaysandLEDsunlockaction.Thesystemissmall,cost- forfamiliesandunits.KeyWords：Single-chipmicroprocessor,password,Fingerprintrecognition 受到证件伪造以有些不足。如何小人”。在高明择-生物识别技技匙或密 皮肤的一小问题，而是电子集成制取装置，而进行两个指可靠性也在来越成熟[2]。的进步，传统的安全防盗系统面码、钥的是该人持有的某种“物”，而不是验证该人本身。只份也就随之得到确认。这种通过“物”来确认人的身份都会导致合法的人无法被认证，并且各种信物容易被伪 量的认证密论坛登陆密采用。密码在智能化还的各种钥也如同密码系统所采用脆弱不堪一们的生活中定，尤其是在已久的问别技术，希去记各种密，银行 特征信息个人的身份，将的识别技术，指纹锁在当今安防、感应锁之后另者密码成为开锁隐患，主要是因长的历史时期内此目前看来指纹题，但是一把合高，同时由于拥锁市场价格普遍比较昂贵，模开始应用，以指纹锁的市场拓纹锁将迎来一个 码，身份。可以能完全满足现代最传统和最先进稳定性。从六个指纹结构，整体然指纹具有其唯的指纹，甚至是性，安全性，成纹识别技术将成自动指纹识别技指纹识别的应用品与单片机控制是分不开的，如电饭煲，洗衣机，汽车等都需要微处理单片机的基础知识后，我们需要在实践中把所学知识组织起来，在现实，所以我联系指纹识别技术和单片机的原理与应用选择了基于单片机的这个课题，我希望我的设计可以完成简单的身份认证，给身份认证提供 1.2国内外指纹密码锁发展历史及现状临尴尬的时候，给人们带来了希望，并且在今后一个的历史时期都将是缓解了安防压力的有力保障，生物识别技术主要包括指纹识人脸识别、掌形识别、指静脉识别、红膜识别、视网膜识别、声音识别等，由于生物识别技术的差异，只有基于指纹识别技术的产品有希望在近几年大规模的投用的市场，因此指纹识别产品将是世界各国在生物识别技术领域发展和投入的重展得益于低价位取像设备的引入及其飞速发展，以及IBM手提电脑；韩国LG电子公通过指纹启动的手机。指出的是指纹科技产业作为新兴的高科技智能产业，其技术上存在难以逾越为止，全球指纹科技产品也刚刚处于起步阶段，国内市场上还没有产生业务还没有完全做开，一般的指纹锁厂家都是通过直销方式为政府机 只是艰难的占据着低端市场，因此和国外品牌的利润相比相距甚要新一代的锁来更替，在这样巨大的市场需求下，国内许多企业纷防产品，然而经过最初几年的市场突围，指纹锁却一直没有大规模厂家倒在了市场引导阶段，成为指纹锁市场开拓大军的先烈。而现基本被打开，指纹锁将迎来一个快速发展的时期。1.3本文主要内容 针对以指纹图像采集、识别为核心而开发出的系统。系下来。通过比对该特征和模版特征来控制是否开为用户提供加密手段，使用时只需用户将手指口上，即可完成采集任务，操作十分方便快捷。系统的液晶块采集、转化、合并、存储、比对各个流程的结果，系统另能，用户可以随意存入或者删除指纹模块中的模版，只要指盘输入电路会自动清零，以前输入的UPS密码锁电路，其中设置UPS电源是 电路、键盘正确执行电路开锁电路密码执行电路开锁电路密码校验电路报警锁定报锁定检测池池关断电检测充电电路自设备，如果你想更换程写入到设备，这样可以同 安全保障，单片机的准确性是方案不仅可以实现基本锁定功能，可以添加一些额的活动空间，不但能实现所要求的功可以方便的对系统进行升级所以我们采用以本系统是根据指纹采集，识别模块开发出的指纹识别电子密码锁系统。该系统使用一个搜索手指指纹模块，一旦搜索到手指，立即采集手指指纹图像，并且将所收集的图你通过液晶显示屏显示出了各个过程和指纹对比结果。采集指纹图像之前，指纹模块必述本系统拥有一次最多录入三个指纹的能力该系统的主要功能有以下几个方面：。 。进行必要的认真研究、分析、比较选定设备型号，再将设备、元件通过可靠的接口电硬件、软件进行设计，其中包括绘制原理框图、电路图，对原理进行必要指指纹模块灯 2.3本章小节本章开头分别分析了采用数字电路控制和采用单片机控制的优缺点。根据总体设计原则，最终确定本系统采用单片机控制的方案。在采用单片机控制方案确定后，本章又给出了该系统的总体设计。并简单的对系统功能进行了描述，最后给出了系统的总体 的电路，主要包单片机，亦称单片微电脑或单片微型机。它是把中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出端口(I/0)等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。现在可以说单片机是百花齐放的时期，世展过程，可以预示单片机的发展趋势。WOS属氧化物半导体工艺)和CHMOS(互补高密度金属氧化物半导体工艺)。现在常规的单片机普遍都是将中央处理器(CPU)、随机存取数据存储 (RAM)、只读程序存储器(ROM)、并行和串行通信接口，中断系统、定时电 PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都断方式唤醒通用异步串行口(UART)，还可用定时器软件实现多个UART工作温度范围：-40~+85C(工业级)/0~75C(商业级)序由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备 VCC(40引脚)：电源电压VSS(20引脚)：接地 (作为输入时，口锁存器必须置1)，可启动4个TTL负载。 (作为输入时，口锁存器必须置1)，可启动4个TTL负载。O端口功能端口功能第二功能PRXD(串行输入口)PTXD(串行输入口)P3.6外部数据存储器写选通P3.7外部数据存储器读选通 的主程序主要由液晶显示、通讯子按键程序组成。主程序的工作流程描述各种硬件功能模块进行初始化。包括开机液晶显示、键盘扫描、指结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十，高级的精度更 O提供稳定，精确的[8]。法保持同步。而在单片机内部，复位的时候单片机是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值[9]。 复位，当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。复位电平的持续时间必须大于 (2)按键复位：按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容指纹识别技术的原理和其他生物识别技术的原理类似。它是使用指纹特征对个体身份进行分辨和识别。指纹识别技术是所有生物识别技术中最成熟的，也是应用最广指纹识别准确率很高。严格地说，指纹识别的原理包括指纹采集原理、指纹特征提取原理和指纹特征匹配原理三大部分[3]。理特性，通过各种指纹传感技术来显示出他的特化表示。由于指纹脊和谷的不同的几何特征，主要表现为脊特征的不同，把人的指纹采集到计算机系统中形成一个指纹纹图案的整体特征和细节特征进行提取，鉴别。理的二值图像。但是由于指纹通常是用按压的方式得到像机进行数字化的时候，由于光照的影响，也会引入各2)局部特征。断点和分叉是最常用的指纹局部结构特征，也称为细节特征。采是使用指纹的细节点及其坐标和其他的模糊指纹进行认定的时候所使用的信息是细并且区分他们。通常，自动指纹们模式识别的原理进行行的。匹配操作不是具体的工作过程是：扫描指纹(录入图像)、生成特征、合成模板(建立一个指纹库文件，成功录入一个指纹)。 匹配方式：比对方式(1:1)搜索方式(1:N)0xEF01Xxxx07H03HxxHSUM送与接收命令完成的。我们先通过串等待指纹模块传回数据。再通过单片机进行数据的处1)开机的时候进行模块握手，从而判断模块是不是连接正常。命令如下：验证口令：指令包格式：包标识 模块地址Xxxx包头包长度指令码 校验和应答包格式：模块地址包长度确认码包标识校验和包头H2)生成指纹模板需要进行如下四个个命令：录入图像、生成特征、合成指纹模纹图像指令：指令包格式：包头模块地址Xxxx包标识包长度指令码校验和应答包格式：模块地址包长度确认码包标识校验和包头 XxxxxxH指令包格式：包头模块地址包标识包长度指令码缓冲区号校验和XxxxBufferID应答包格式：包头模块地址包标识包长度确认码校验和XxxxxxHH指令包格式：包头模块地址Xxxx包标识包长度指令码校验和应答包格式：模块地址包长度确认码包标识校验和包头00xEF01Xxxx07H03HxxHSUM1m 0xEF01Xxxx07H03HxxHSUM确认码=0aH表示合并失败(两枚指纹不属于同一手指)；指令包格式：位置号缓冲区号BufferID模块地址XXXX包头包长度指令码 包标识校验和应答包格式：模块地址包长度确认码包标识校验和包头以上四个步骤与命令，我们就录入了一个指纹，重复以上步骤，我们可以再3)指纹识别是先转换到识别模式，然后不断的探测是不是有指纹出现在光学采模块会自动探测是不是有指纹，如果有则发送下面的命令：令包格式：包头模块地址包标识包长度码缓冲区号验和应答包格式：s包头模块地址包标识包长度确认码页码得分校验和0xEF01Xxxx07H07HxxHSUM型功能描述1Vinn2TD3n4－信号地。内部与电源地连接 按键的闭合与否反应在电压上就是呈现出高电平或低电平，如果高电平表示断开，那么低电平则表示闭合，通过电平的高低状态的检测可确认键按下与否。为了确U则确认该键按下，从而后沿 成，按键位于行、列的交叉点上。当键被按下时，其应的行线或列线上的电平发生变化，单片机通过检测行或，常见的有：逐点扫描法、逐行扫描法、全局扫描为高电平，表示没有按键按下；2、判断被按下按键所在的位置。在确认有键按下后(进行按键消抖处理后)，被按下，方法是：依次将每根行线设置为输出口，并输出低电平(同时剩余行线输出高电平)，然后逐列检查每根列线的电平状态，若某列，也就是进理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面并配合背部灯管构、现实操作简单，但是它有一个致命的弱点，其使用温度范1)基本操作时序： 2)状态字说明当前数据地址指针的数值读写操作使能1：禁止0：允许清除显示0000指令码DB5DB4000001DDRAM的地址计数器(AC)到“00H” 地址归位进入点态开/关游标或位控制能设定AM地址AM地址DDRAM地址读取忙碌标志(BF)和地址读出RAM的值0000000001100000000101000000010000011000010001DL001X01DR/L01I/DCXXXSBXX设定DDRAM的地址计数器(AC)到“00H”，并且将游标移到开头原点指定在资料的读取与写入时，设定游标移动方向及指定显示的移位数器(AC)加1(AC)减1设定游标的移动与显示的移位控制位容(AC)(AC)(AC)读取忙碌标志(BF)可以确认内部动作是否完成，同时可以读出地址计数器(AC)的值写入资料到内部的RAM (DDRAM/CGRAM/IRAM/GDRAM) (DDRAM/CGRAM/IRAM/GDRAM)表3-5指令表(RE=1：扩充指令集)“20H”，并且设定DDRAM的地址计数器指令码0模式00000100 ((AC)到“00H”卷动地址IRAM地址反白显示，并可决定反作作垂直卷动地址ICONIRAM地址地址计数器(AC)址或IRAM地择模式扩充IRAM地址RAM地址0000100010001001X011XGX0当模块在接受指令前，微处理顺必须先确认模块内部处于非忙碌状态，即读取“RE”为基本指令集与扩充指令集的选择控制位元，当变更“RE”位元后，往后的态，除非再次变更“RE”位元，否则使用相同指令集时，不介绍： 1)清除显示LLLLLLHLLL功能：清除显示屏幕，把DDRAM位址计数器调整为“00H”2)位址归位LLLLLHXLLLDDRAM3)位址归位SI/DLLLLHLLLDDRAM该命令后，所设置的行将显示在屏幕的第一行。显示起始行是由4)显示状态开/关LCLLHDBLLL5)游标或显示移位控制R/LLLHXXLLLDDRAM容6)功能设定HLXDLXXLLL7)设定CGRAM位址HLLL功能：设定CGRAM位址到位址计数器(AC)8)设定DDRAM位址HLL功能：设定DDRAM位址到位址计数器(AC)9)读取忙碌状态(BF)和位址HL功能：读取忙碌状态(BF)可以确认内部动作是否完成，同时可以读出位址计数器(AC)的值10)写资料到RAMLH功能：写入资料到内部的RAM(DDRAM/CGRAM/TRAM/GDRAM)11)读出RAM的值HH功能：从内部RAM读取资料(DDRAM/CGRAM/TRAM/GDRAM)12)待命模式(12H)LLLLLLLLLLHLLL13)卷动位址或IRAM位址选择(13H) LLLLLLLLLHSR14)反白选择(14H)LLLLHLLL15)睡眠模式(015H)LLXXLHLLL16)扩充功能设定(016H)HGLHXLLLL17)设定IRAM位址或卷动位址(017H)HLLL18)设定绘图RAM位址(018H)LLLH功能：设定GDRAM位址到位址计数器(AC)号号12VDD3VO液晶显示对比度调节端4数据/命令选择端 ((H/L)读/写选择端(H/L)使能信号行复位，低电平有效背光电源正极背光电源负极EAK56789汉字(16X16点阵)、128个字符(8X16点阵)及64X256点阵显示RAM (GDRAM)。初始光标闪烁/不闪烁、需/不需要移屏、在液晶的什么位置显示，等等。写数据是指要显 置，以减少误差。最后介绍指纹模 主要包括指在本文的硬件电路中，单片机嵌入到系统中作为控制器。应用程序开发分为两个通过C语言函数作为主要途径，也就是利用C语言函数分别对指纹识别模块和液晶显示电路编制子程序。在此设计中，使用编程单片机的的文件。开发环境可以调试软件模拟程功的代码文件通过开发板就可以下载到的初始化。根据电路的功能性要求，主和数置状态标志：位位76543210SMSMSMSMSMSMSMSCON 式波特率000移位寄存器01110位异步收发器(8位数据)10211位异步收发器(9位数据)11311位异步收发器(9位数据)位位76543210指纹模块的通讯波特率(UART)的要求为9600bps，所以如果单片机要与指纹在编程时设置单片机的波特率为1、确定T1的工作方式(编程TMOD寄存器)；3、启动T1(编程TCON中的TR1位)； 4、确定串行口控制(编程SCON寄存器)；5、串行口在中断方式工作时，要进行中断设置(编程IE、IP寄存器)。下面是串口初始化程序：按下判 化N扫描是否有按键按下Y判断密码是否正确放在指2次来增加一和该指你要删除的指纹号(按*可以后退Y进入管理员模式指纹模块连续输入2次你要修改的6位数判断输入的密码是否一样密码修改成功密码修改未成功4.3键盘程序流程设计 等等待按键按下有按键被按下延时消除抖动N是否有按键按下Y进行按键分析转入按键值定义程序返回按键值，执行上程序 开始开始LCD12864初始化和清屏函数清DDRAM显示初始界面写命令写数据束UART送，都采数据包格式：包内容(指令包内容(指令/数据/参数/确认包标识包长度验和包头地址 地址默认值为0xffffffff,用户可通过指令生成新地址，模块会拒绝地址错误的数包长度指的是包内容(指令/数据)的长度加上效验和的长度(即包内容长度+2)。长度以字节为单位(即字节数)，传送时高字节在前。包内容可以是指令、数据、指令的参数、应答结果等。(指纹特征值、指纹模板都是数据)。。应答包的内容包括一个字节的确认码(必须有)和可能有的返回参数。，类型序号代码功能说明校验口令类型序号代码功能说明上传特征 0x0e设置系统参数0x0f读系统参数0x1f读指纹模板索引表0x1d读指纹模板数x录指纹图像x0x05特征合成模板下载特征存储模版下载模版删除模版清空指纹库搜索指纹采样随机数写记事本读记事本23456789系统类纹处理储否否 指指纹模块初始化是否采集到指纹图是转化成特征文件否是否采集到指图转化成特征文件合成模板并存储 3指纹比对程序设计统程序设计的主要方面，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)，指纹模块初始化指纹模块初始化否是否采集到指纹是指纹图像转化成特征文件搜索指纹库是否搜索到指纹是显示并打开电子锁显示结果流程图 择好，单片机是电路中主控制器，由单片机对指纹模块位目标文件和库文件，创ilKeil创Fingerprinthex序，必须 首先要熟悉所焊印制电路板的装配图，并按图纸配料，检查元器件型号、规格及数量元器件装焊顺序依次为：电阻、电容器、二极管、三极管、集成电路、大功率管，其 (1)电容器焊接并注意有极性电容器其“＋”与“－”极不能接错，电容器上的标记方向要易看可见。先装玻璃釉电容器、有机介质电容器、瓷介质电容器，最 (2)二极管的焊接：第一，注意阳极阴极的极性，不能装错；第二，型号标 (3)三极管焊接 (4)集成电路号、引脚位置是否符合要求。焊接时先焊边沿的二只引而下逐个焊接。对于电容器、二极管、三极管根剪去[15]。 1)要避免在处理机械振动和对模块施加外力，都可能使屏不显示或损坏。2)不能用手或坚硬工具或物体接触、按压、磨擦显示屏，否则屏上的偏光片被物体3)如果屏破裂液晶材料外漏，液晶可以通过空气被吸入，而且要避免液晶与皮肤接4)不能使用可溶有机体来清洗显示屏。因为这些可溶的溶剂对偏光片不利，清洗显。6)不能把模块放在温度高的地方，尤其不能长时间放在湿度大的地方，最好把模块放在温度为0C-35C，湿度低于70%的环境中。7)模块不能贮存在太阳直射的地方。按照以上顺序及要求焊接好后的实物如图5-1所示 3、点击“打开文件”并在对话框内找到要下载的HEX文件。的操首先按下电源，看电源指示灯是否点亮，证明电源电路正常。然后测试单片机是否正比度，在调试液晶时要注意：屏上显示小方格，产生原因：程序中对液晶初始化不正常，应是部分初始化指令没有正常接收，按照标准初始化步骤调整程序，或者调整指令之间的延时(加大一些试试)--补充：也有可能是对比度太大，需要调整对比度电结果为：然后导入本设计的程序，测试指纹模块及按键是否工作，操作步骤为：1)按下电源，电源指示灯点亮。2)按“*”键后屏幕显示“请按指纹”，指纹模块亮，将手指放到指纹头处就可以识别指按任意键返回初始界面，等待下一个人扫描指纹。若放入的指纹，指纹没有识别成4)按下A按键，输入6位密码，按下B按键，可删除输入的数字，按下D按键确5)在管理员模式下，按数字键“1”进入录入指纹模式，指纹头亮起，这时就可以把手 后按任意键返回到管理员界面，如需再录入指纹重复上面操作6)按数字键“2”进入删除指纹模式，屏幕提示如下图所示信息，输入要删除指定D号输入错误可按“B”键删除，再重新输入要删除的指7)在非正常情况下(指纹模块不好用或紧急情况)可按数字键“3”进行开锁。8)按数字键“4”可进行管理员密码的修改。本章首先介绍了如何进行实物焊接，及焊接时的注意事项，焊接完成后需要导入程序检太都都西都眼高手毕业设学习是一个长期应该不断高自己知识和综合素我习工作生活有非常重我作过程中探索的艰辛和设计做的也不太好但是在丰收更加可学无止境的道人永远不能满足与现有的像在爬山峰的后面还有更高的山一份拥有。 系统中的应用与实现[J]．煤J 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{}}*///显示温度/*********************************************************************************************************************************************************************************/{{{}{}}}/*//显示一个四位的数字 {}*/ locationisaregisterinwhichbinaryinformationcanbestoredThenumber”ofalocation e yTheCPU’sjobistofetchinstructionsfrommemoryandexecutetheseinstructions. modifiedbyaprogrammeriscalledtheprogrammersmodeloftheCPUTheonlyregisters chmachinecycleisbeingthe“opcodefetch”machinecycle.rsreceivesa“carriagereturn.”Thentheinterfacerequeststheuseofthesystembus,atwhich oftheCPUadatasourcedeviceandadatadestinationdeviceareenabledontoit a 指令如何存储和译码，并解释了指令算机简单执行存储在存储器中的二进制编码指令。这些生二进制编码结果。对于通用可编程计算机，四个必要部件是存储器、中央处理单元(CPU，或简称处理器)，外部处理器总线，输入/输U外部处理器总线是一套能在其他计算机部件之间传送数据、地址和控制信息的电计算机的存储器是由一套连续编号的单元所组成。每个存储单元是一个能存二进 码