基于STM32的指紋密碼鎖設(shè)計(jì)

黃喜軍　陳輝金　謝金桂

【摘 要】為了提升智能門禁系統(tǒng)的安全性并控制設(shè)計(jì)成本，提出了基于STM32的指紋識別密碼鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)以STM32F103C8T6單片機(jī)為控制核心，采用觸摸屏、指紋識別模塊及繼電器等器件，通過觸摸屏輸入開鎖密碼，并在指紋識別模塊上輸入指紋，系統(tǒng)在密碼與指紋均正確的情況下，通過單片機(jī)控制繼電器開鎖，系統(tǒng)管理員可以根據(jù)需求修改密碼、增加用戶及刪除用戶。測試結(jié)果表明：系統(tǒng)功能穩(wěn)定，易于實(shí)現(xiàn)且成本較低，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】智能門禁；STM32；指紋；密碼鎖

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展以及人們生活水平的提高，智能家居已成為現(xiàn)代家居生活發(fā)展的方向，而智能門禁系統(tǒng)是智能家居發(fā)展的方向之一，門禁系統(tǒng)憑借其獨(dú)特的優(yōu)越性在安防系統(tǒng)中得到了飛速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用[1]。目前門禁管理系統(tǒng)中應(yīng)用較多的是機(jī)械鎖及IC卡電子密碼鎖，但人們對門禁系統(tǒng)的要求越來越高，不僅要求門禁系統(tǒng)安全可靠，而且追求方便實(shí)用。各種依靠指紋、虹膜及人臉等生物特征識別方式的電子鎖，逐漸開始應(yīng)用到人們的生活中[2-4]。結(jié)合技術(shù)與成本等方面的考慮，本文提出一種智能門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，通過指紋和密碼識別方式進(jìn)行雙重保護(hù)，方便使用的同時(shí)又提高了安全性，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。以STM32單片機(jī)、觸摸屏、指紋識別模塊等器件為核心，實(shí)現(xiàn)指紋和密碼開鎖等功能。系統(tǒng)的主控芯片為STM32F103C8T6，可以控制FPM10A指紋模塊與MINI DGUS觸摸屏的正常工作。在觸摸屏上輸入的密碼和在指紋模塊上輸入的指紋都正確時(shí)，系統(tǒng)控制繼電器進(jìn)行開鎖。同時(shí)通過片內(nèi)資源IIC接口與外設(shè)存儲器AT24C02進(jìn)行通信，控制外設(shè)存儲器存/取用戶信息，達(dá)到斷電保護(hù)的作用。管理員可以根據(jù)需求進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置（增加、修改密碼、刪除用戶），整體功能滿足正常密碼鎖的需求。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 主控芯片控制功能的實(shí)現(xiàn)

STM32F103C8T6最小系統(tǒng)由主控芯片及電源模塊、晶振電路、復(fù)位電路、調(diào)試電路等構(gòu)成。電源模塊不僅要對STM32F103C8T6最小系統(tǒng)供電，也要對其他模塊供電，提供3.3V和5.0V的電壓。晶振電路采用8MHz晶振，通過CPU內(nèi)部倍頻后達(dá)到72MHz的工作頻率。調(diào)試電路由JTAG下載口和串口1組成，程序通過JTAG下載到CPU，通過USART1在PC機(jī)串口助手輸出調(diào)試信息，極大地方便了系統(tǒng)開發(fā)。

在本文設(shè)計(jì)的指紋密碼鎖系統(tǒng)中，使用了單片機(jī)的多個(gè)控制引腳完成系統(tǒng)的CPU和外圍模塊的通信與控制功能。使用串口2實(shí)現(xiàn)與觸摸屏通信，使用串口3實(shí)現(xiàn)與指紋模塊通信，通過輸出高低電平控制蜂鳴器報(bào)警，并通過控制引腳與開鎖電路連接，控制開鎖的過程。

2.2 指紋密碼鎖功能的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)采用光學(xué)觸控式指紋辨識模塊FPM10A，它集成了先進(jìn)的光學(xué)式指紋傳感器，搭配完整的指紋識別算法進(jìn)行指紋識別，具有采集指紋、存儲指紋模板并進(jìn)行指紋匹配的功能，認(rèn)假率低于0.001%（在安全等級為3時(shí)），能滿足大部分應(yīng)用場合的安全性要求。在采集指紋時(shí)，需要連續(xù)采集兩次指紋，并將兩次采集到的特征信息合成為用戶的指紋，存儲至系統(tǒng)模板中，從而為指紋識別提供匹配模板。指紋庫中存儲的每個(gè)指紋模板都有唯一的ID號，采集指紋時(shí)，將指紋模板的ID號存放在用戶基本信息中，指紋匹配時(shí)不僅要在指紋庫中搜索與待識別的指紋信息相同的指紋模板，還要檢查該指紋模板的ID號與用戶基本信息的ID號是否一致，只有兩者保持一致，指紋匹配才算成功。

觸摸屏在系統(tǒng)中完成密碼開鎖操作和界面顯示的功能，MINI DGUS觸摸屏配套了相應(yīng)的PC軟件DGUS_SDK_V5.01，可以利用該軟件完成界面設(shè)置、管理員及用戶信息錄入、修改、刪除及密碼識別等相關(guān)配置，可以很好地降低開發(fā)難度，方便系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)系統(tǒng)在密碼多次不匹配時(shí)采用蜂鳴器電路進(jìn)行報(bào)警，若通過觸摸屏輸入的密碼與通過指紋識別模塊錄入的指紋均正確時(shí)，系統(tǒng)通過單片機(jī)控制繼電器開鎖，系統(tǒng)開鎖流程如圖2所示。

3 結(jié)論

本文介紹了基于STM32單片機(jī)的指紋密碼鎖設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)過程，系統(tǒng)以高性能單片機(jī)、觸摸屏及指紋識別模塊等器件為核心實(shí)現(xiàn)了各功能電路。通過測試表明，系統(tǒng)在輸入正確的密碼與指紋時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)開鎖功能，并能完成增加用戶、刪除用戶及修改用戶密碼等功能，為智能門禁系統(tǒng)提供了有利參考。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳俊杰，廖一鵬.基于STM32的遠(yuǎn)程智能門禁終端的設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2015，28（11）：29-30.

[2]馬文科.基于ARM的指紋識別門禁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].長沙：湖南大學(xué)，2009.

[3]劉機(jī)福.嵌入式人臉識別門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].長沙：湖南大學(xué)，2014.

[4]李云鵬.基于虹膜識別的門禁系統(tǒng)的研究[D].淮南：安徽理工大學(xué)，2015.

[責(zé)任編輯：田吉捷]