【基于51单片机的电子锁设计9500字（论文）】

基于51单片机的电子锁设计摘要：随着现代社会的快速发展和人们的安全意识的提高，对家庭锁的安全的要求也就越来越高，而锁作为人们面对安全问题时的首选的设备，提高锁的安全性能也就逐步提上了日程。然而对于传统锁，开锁需要钥匙，结构简单，所以它所具备的问题也就逐步显示出来，但是电子锁是由电路控制的新型锁具，采用密码或者指纹等作为开锁的“钥匙”其优势在于它的使用灵活性号，安全系数高，无活动零件，寿命长等优点。其性能和安全性都远远超出了传统锁芯,它的问世给现代人们的日常生活带来了很大的方便,有非常广阔的市场前景,我们也有理由坚信随着时代社会的进步,它的方便、安全、实用和精致的特点会越来越得到人们的喜爱。此次设计的自动化电子锁以STC89C52单片机为核心部件,设计了一个独立的，并且具有自动化的开锁,密码变更和自动报警等功能的电子密码锁。去增强人们在使用过程中的便捷性和安全感。关键词：指纹识别系统；51单片机；电子锁目录TOC\h\z\t"标题3,3,标题1,1,标题2,2"1引言 [1],如图3.6所示为系统使用的复位电路。图3.6复位电路3.6AS608指纹识别模块设计构成AS608指纹模块的单元不仅有外部CMOS芯片；还有AS608芯片以及DSP芯片。指纹特征的建立以及注册主要通过CMOS芯片实现。相关的实施步骤既有指纹的自动扫描；还有模板纹理特征的生成以及合成等。指纹图像的采集是纹理模板特征生成的关键。在实际运行中，指纹信息会一次性通过控制单元中的CMOS芯片实现收集；之后采取数字模糊化的方式对图像进行处理；同时完成记录信息的转换，形成包含0、1的代码；然后在控制模块的FLASH芯片中进行存储。所以，在识别状态下工作时，第一步会让CMOS芯片对指纹的信息进行搜集；之后调取存储在闪存芯片中的信息数据，两者进行比对；判断其符合性。一旦样本校对成功，会以指纹序列号的形式返回到控制单元中。通过该过程就能实现指纹的注册以及识别。在本文的研究中使用了AS608指纹模块，相关的功能性介绍包括以下内容：本模块共有6大部件组成；其中有CMSO传感器和FLASH芯片；还有稳压芯片以及DSP芯片；另外还包括了通信连接线和光学头。关键性的参数：使用的电源：3.8到7伏的直流电；采用的背光：使用的颜色为紫色灯的工作模式：持续点亮电流大小：使用小于65ma的工作电流电流最大值：95ma以下录入指纹图像的时间：不超过0.5s窗口的尺寸：长14.5mm；宽为19.4mm比对的模式：使用1:1的匹配采集模式：1：N属性文件大小：256KB配置的模板大小：512KB容量的配置：1000个防护的级别：使用3级（最高为5级；最低为1级）FAR（认假率）：0.001%以下（3级安全模式下）FRR（拒真率）：1.0%以下（3级安全模式中）信息检索周期：1秒以下（比例为1:500中的均衡数值）接口的上位机设置：逻辑电平为TTL使用UARTUART（通讯波特率）：使用N*9600的大小；N的最大值为12；最小为1；通常使用6作为默认；数值为57600bps。3.6.1AS608指令介绍AS608是一个独立的、完整的指纹识别模块。它不需要附加任何外围组件。模块始终处于从属位置。主机需要通过不同的指令来完成各种功能。主机的指令、模块的响应和数据交换都是按照规定格式的数据包进行的。主机必须以下格式封装要发送的指令或数据，还必须以下格式解析接收到的数据包。指令/数据包共分为三类：1.包标识=01命令包；2.包标识=02数据包，且有后续包；3.包标识=08最后一个数据包，即结束包。所有的数据包都要加包头：0xEF0。

4系统软件设计4.1软件开发环境的介绍该电子密码指纹锁采用KeiluVision完成代码的编译；作为使用C语言架构开发的系统，KeilC51具有51系列单片机的一系列相关特征；而且C语言相比其他编程语言不仅维护和读取效率高；而且结构以及功能比较强大；Keil提供了一个完整的开发方案，既有模拟调试器和库管理功能；也有连接器以及宏汇编等；以上单元都使用了集成的开发环境进行组合。REF_Ref26602\r\h[5]。该软件的开发环境图4.1所示。图4.1开发环境示意图4.2系统软件介绍4.2.1主程序流程图主程序主要完成初始化，设置中断向量，检查按键是否按下，调用显示等等。主程序的流程图如图4.2所示。图4.2主程序流程图4.2.2指纹模块流程图AS608指纹识别模块，其内部已经设计好了完整的指令系统，根据用户需求更改指纹时，用户只需要操作指纹更改命令，就可以实现这项功能。系统化是为了满足大多数用户的需求，设置的功能是为了解决和满足用户的需要，利用不同的指令来完成对应需求，但用户要按照既定的模块来进行。指纹识别是根据每个用户不同且唯一的指纹图谱来控制执行命令，指纹模块需要对应完成以下指令：首先要获取用户的指纹，在系统库里生成关键指纹图谱，储存的指纹图谱来控制单片机对应的指令系统，由单片机发送指令给模块程序，控制对应的工作过程。工作过程如下所示：1.指纹录入过程。指纹录入过程，可以帮助新用户完成注册，新用户进行注册时，首先采集用户的指纹图谱，再将生成指纹特征在储存起来，这样就完成了新用户的注册。指纹录入过程的流程图如图4.3所示：图4.3指纹录入流程2.指纹识别过程。指纹识别是利用已提取的指纹图谱特征，与输入指纹图像进行比对，如果两种指纹特征完全一致，则证明指纹统一匹配，可以通过。如果指纹识别过程与指纹特征模板库的图谱不相同，那么需要与次进行比较。如果比较成功，则返回对应指纹模板的ID；如果失败，它返回失败。当有用户时，首先在指纹模块获取指纹，并与指纹数据库中的指纹进行比较。如果成功，门就会打开；如果失败，则显示指纹匹配失败。指纹识别过程的流程图如图4.4所示：图4.4指纹识别流程4.2.3按键模块流程图按键流程是通过输入、开锁和清除主要的三个过程，如果需要对流程进行修改调整，就需要进行设置和最终确认。正确的密码可以正确匹配并进入程序，错误的密码不能匹配进入程序，可以将其清除。如图4.5所示，图4.5按键模块流程图4.2.4蜂鸣器模块流程图报警电路采用蜂鸣器报警电路。蜂鸣器的用途类似于家用电器上的喇叭。一般来说，工作电流比较大，电路上的TTL基本上不能驱动蜂鸣器。它需要增加一个电流放大电路，也就是说这个引脚很难驱动蜂鸣器发声，所以增加了一个三极管来增加通过蜂鸣器的电流。蜂鸣器正极的一端接5V电源，另一端接三极管的集电极。三极管的基座由单片机的引脚通过与门控制。当引脚为低电平时，与非门输出高电平，三极管导通。这样，蜂鸣器的电流形成一个回路并发出声音。当引脚为高电平时，与非门输出低电平，三极管关闭，蜂鸣器不鸣响。如图4.6所示图4.6蜂鸣器流程图5系统仿真和硬件调试5.1软件介绍本设计的电路图采用的是AD（AltiumDesigner），AD（AltiumDesigner）是一家名为Altium的科技公司主导设计、开发的集成工具，该公司具备领先的软件设计、开发、应用和管理的能力，其设计开发的Protel软件受到用户青睐，在很长一段时间的用户规模增长迅速。在Altium公司最新推出的AltiumDesigner软件，是一款基于集成电子系统为客户提供软件设计、应用的方案并且能够提供设计、开发所需要的所有技术和功能。这套开发设计软件，可以依靠集成板级和FPGA系统的设计环境，把分立处理器与FPGA进行全版图的编辑，可以把成型的软件模块推进制造流程。在目前应用市场中，Altiumdesigner能够完整解决产品的设计与开发，满足用户的发展需求。5.1.1AD电路图图5.1AD电路图5.1.2PCB图图5.2PCB图5.2硬件焊接在这次的焊接过程中，因为焊接手法的不熟练使得pcb板受到了一些不可逆转的损害，从而在最后的实物制作中采用的洞洞板，所制作出来的实物也满足此次的所有要求。如图5.3。图5.3电路焊接图5.3程序烧写STC-ISP可以对单片机上的模块与线路进行烧录连接，STC系列单片机不同于其他单片机系列，其在电路焊点上是点状和条形排列的，需要的电路板也是全焊点型板面。在STC系列的主导产品STC89系列、12C052系列和12C5410系列都采用了整板面设计，可以根据电路规划要求，进行初始化与模块检测的功能。单片机通过串行接口读写指纹模块。软件操作界面如图5.4所示图5.4软件操作界面5.4硬件调试首先将洞洞板通电，观察其开机后显示的文字内容是否与初始设置的一样，如图5.5所示。随后输入之前设置的密码进行密码验证并且开门，如图5.6所示。接着进入指纹录入界面，进行指纹录入，如图5.7所示。随后将手指按在指纹识别模块上，等待发出“滴”的一声，随后显示屏显示指纹录入成功如图5.8所示。之后返回开始界面，将刚刚录入指纹的手指按在指纹识别模块上进行指纹识别，电子锁开锁，表示指纹识别成功。如图5.9所示。图5.5电子锁开机图5.6密码开门图5.7指纹录入界面图5.8指纹添加成功图5.9指纹开锁6结束语通过本次的毕业设计，自己对指纹识别技术和单片机技术等相关知识有了系统的了解。本次设计主要采用的是51单片机和独立的自动指纹识别系统AS608指纹识别。设计了一个安全可靠，识别速度快的电子锁。该系统具有指纹开锁，密码开锁，智能报警的功能，该设计中用到的是一个现有的独立指纹识别系统，直接采用专业厂家的功能模块，不但能增加系统的功能，缩短开发周期，使自己也对指纹识别算法和技术有了深刻的理解。本设计采用的51系列单片机具有较大的存储容量，避免了内存的扩充，使系统尽可能小。多个芯片有机连接，初步测试合格，基本能满足实际要求。与市场上其他指纹锁相比，具有结构简单、使用方便等优点。缺点是它的性能仍然依赖于指纹控制模块AS608，由于有密码开锁，故其安全性也降低了一些，因此需进一步改进。参考文献张成海，张铎．现代自动识别技术与应用［M］.` 北京:清华大学出版社，2003,50~82．NolinRRB．Automaticfingerprintrecognition［M］.NewYork:Springer-Verlag,2003,12~45WuXC，GaoSB，HuangF.Designoflow-powermicrofingerprintlockbasedonSTM32F103ZE(C).ElectricInformationandControlEngineeringConference,2011,423~441．冉崇洁．基于DSP的指纹锁系统设计与实现[D].成都:电子科技大学，2008．徐爱钧，彭秀华．KeilCx51V7.0单片机高级语言编程与uVision2应用实践[M].北京:电子工业出版社，2008,10