基于STM32的指紋鎖控制系統(tǒng)設(shè)計

劉丹妮 韓佳志

摘 要：論文主要包括以下幾個方面，首先對指紋密碼鎖控制系統(tǒng)的研究背景與研究意義進(jìn)行簡要的闡述，并針對國內(nèi)外當(dāng)今指紋鎖的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)并提出了一些可能存在的問題。然后思考本次設(shè)計所要完成的指紋密碼鎖所要實現(xiàn)的功能，初步確定出該設(shè)計所要達(dá)到的目標(biāo)。再根據(jù)具體的任務(wù)，決定采用戰(zhàn)艦STM-32作為本次控制系統(tǒng)的核心，并對該系統(tǒng)進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、軟件設(shè)計、硬件設(shè)計，并針對核心模塊，比如矩陣鍵盤、指紋識別、顯示系統(tǒng)、報警系統(tǒng)等進(jìn)行具體闡述，最后對本系統(tǒng)進(jìn)行總結(jié)與展望。

關(guān)鍵詞：指紋識別系統(tǒng) STM32型 矩陣鍵盤 報警系統(tǒng) 顯示系統(tǒng)

0 引言

每個人的指紋都有所不同，具有唯一性。它是人類進(jìn)化過程中自然形成的一種位于我們手指尾部因為皮膚的凹凸程度不同而形成的一種紋路。除了唯一性以外，遺傳性以及不變性也是指紋的兩大特征。在當(dāng)今世界的研究中，暫時還沒有人發(fā)現(xiàn)某兩人有相同的指紋，因此指紋是我們每個人都隨身攜帶的一種特別的標(biāo)志。而正因為這一特性，在國內(nèi)外的公安部門中，利用指紋鎖定犯罪嫌疑人是最常見的手段之一，當(dāng)然，如今的科技越來越進(jìn)步，指紋已經(jīng)不僅僅運(yùn)用于公安系統(tǒng)破案了，它越來越走近我們的生活。而這一切的功勞，則不得不歸結(jié)于廣電傳感器的誕生。因此現(xiàn)在指紋識別已經(jīng)被運(yùn)用于各種場合。

指紋密碼鎖就是指紋識別技術(shù)應(yīng)用的最廣泛的場合之一。相較于傳統(tǒng)的鑰匙鎖，指紋鎖的出現(xiàn)，憑借著指紋的唯一性與多樣性，更加保障了我們的人身安全與財產(chǎn)安全。因此，指紋密碼鎖的可靠性，就成為了它的核心競爭力。

1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1.系統(tǒng)設(shè)計總體要求：

以STM32開發(fā)板為核心，配合FM-180指紋識別模塊和2.8寸TFT彩色液晶顯示屏幕。使用的軟件是KEIL4，并且通過硬件與軟件聯(lián)合仿真達(dá)到控制指紋密碼鎖。

1.2.硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計：

本系統(tǒng)的硬件由以下幾個部分組成

整體步驟如下：1.用FM-180指紋識別模塊進(jìn)行指紋的采集。2.通過算法提取出指紋特征值并且發(fā)送給單片機(jī)3.單片機(jī)發(fā)送命令控制各個外圍模塊。3.顯示器顯示已錄入的指紋號。

1.3.軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計：

本系統(tǒng)的軟件由以下幾個部分組成

主控制器作為主要的控制中心對其他四個模塊進(jìn)行控制，其中指紋識別主要接收主控制器的指令并發(fā)送數(shù)據(jù)給主控制器并且對輸入指紋進(jìn)行采集處理。顯示屏顯示各個狀態(tài)特別是錄入的指紋號和識別的指紋號。按鍵主要實現(xiàn)模式切換、指紋錄入、指紋清除三個功能。報警程序以蜂鳴器為主，通過驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)不同狀態(tài)下不同次數(shù)和間隔的蜂鳴。

2系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計

2.1指紋識別模塊設(shè)計：

指紋識別模塊選用FM-180指紋識別設(shè)備實現(xiàn)，F(xiàn)M-180亮背景光學(xué)頭指紋識別設(shè)備采用光學(xué)指紋傳感器，由高性能DSP處理器和FLAH等芯片構(gòu)成。供電電壓3.6-6.0V，供電電流<120mA，匹配方式有比對方式（1：1）和搜索方式（1：N）

STM32開發(fā)板板載的USB串口和STM32F103ZET6的串口通過P6連接起來的，其中USART1_RX和USART1_TX是相對于STM32F103ZET6來說的。通過PA9和PA10接口與外部設(shè)備連接就能實現(xiàn)和外部設(shè)備的串行通信。

2.2TFT液晶顯示模塊設(shè)計：

顯示模塊選用2.8寸TFT液晶彩屏實現(xiàn)，相較于普通的LCD或者OLED有更多的色彩以及分辨率，觀察數(shù)據(jù)更加清晰。

2.3鍵盤模塊設(shè)計：

STM32開發(fā)板自帶四個按鍵，鍵盤模塊涉及3個按鍵，其中按鍵KEY0接PE4;按鍵KEY1接PE3;按鍵KEY2接PE2。按鍵另一端采用開關(guān)形式與GND相連，三個按鍵與STM32的連接原理如3所示：

2.4報警模塊設(shè)計：

報警模塊主要通過對蜂鳴器的控制來實現(xiàn)。STM32開發(fā)板自帶蜂鳴器，蜂鳴器的驅(qū)動信號連接在STM32的PB8上，與STM32的連接原理如錯誤！未找到引用源。所示：

3系統(tǒng)實現(xiàn)結(jié)果

3.1系統(tǒng)總體框架：

本系統(tǒng)由戰(zhàn)艦STM32為主要控制中心，同時外接FM-180指紋識別模塊以及戰(zhàn)艦STM32開發(fā)板自帶的鍵盤、LCD液晶顯示屏和蜂鳴器。通過對這些組成模塊的程序控制實現(xiàn)整個設(shè)計。

3.2指紋錄入模式：

按下按鍵KEY0從系統(tǒng)默認(rèn)的識別模式轉(zhuǎn)換到指紋錄入模式，按下KEY1鍵開始錄入指紋，錄入成功之后就會生成并顯示一個指紋號對應(yīng)你現(xiàn)在的指紋，再次按KEY1鍵，繼續(xù)錄入指紋，成功之后按照加1的計數(shù)順序繼續(xù)生成新的指紋號碼。

3.3指紋識別模式：

系統(tǒng)初始默認(rèn)為指紋識別模式，進(jìn)入系統(tǒng)就可以進(jìn)行指紋識別的操作，當(dāng)然如果通過按鍵KEY0切換到了指紋錄入模式，同樣可以切換回來。LCD液晶顯示屏顯示當(dāng)前的模式。如果識別成功，LCD顯示識別成功并顯示匹配的指紋號;如果識別失敗，顯示紅色的識別失敗，并且將指紋號歸零即當(dāng)前無指紋。

總結(jié)

根據(jù)上述實驗結(jié)果可以看出，實現(xiàn)了指紋錄入和識別兩個基本功能，并且在按下按鍵KEY2的情況下，清除所有指紋，指紋號顯示為零，模式自動轉(zhuǎn)換到錄入模式。通過LCD液晶顯示頻顯示當(dāng)前模式和指紋輸入和處理狀態(tài)，鍵盤模塊的按鍵功能也基本實現(xiàn)，蜂鳴器也能夠按照預(yù)想的設(shè)定進(jìn)行不同狀態(tài)下不同次數(shù)和間隔的蜂鳴。指紋錄入能夠在上一個指紋錄入成功的狀態(tài)下繼續(xù)進(jìn)行指紋的錄入。指紋識別也能夠顯示與當(dāng)前現(xiàn)場指紋相匹配的指紋號。

參考文獻(xiàn)

[1]張毅剛.單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分第四版[M].北京：高等教育出版社，1999.

[3]曹承志.微型計算機(jī)控制技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

山東協(xié)和學(xué)院 濟(jì)南 250107