智能密码锁设计与开发

智能密码锁设计与开发摘要伴随着技术的进步和社会的发展，人们在生活中对安全的需求越来越高。为了满足人们的需求，密码锁的安全性需进一步的提高。而传统电子密码锁是基于单一数字密码设计，其最大缺陷则是密码容易遗忘以及遭人窃取。因而传统的密码锁已无法达到安全技术防范的要求。但近年来随着生物技术的发展,越来越多的活体技术应用到识别系统中,如指纹识别、掌纹识别、虹膜识别等。而与其它的活体识别技术,指纹识别系统以其可强大的实现性,相对低廉的成本,同时又具备较高的安全性,被应用到越来越多的场合。而传统密码锁，结合指纹识别这一技术，其安全性得以提升，满足了人们当前的需求。本设计采用了STC89C52单片机为核心控制部件，设计电子硬件模块，采用指纹识别模块，应用指纹识别技术对密码锁进行设计。使其既能通过键盘输入密码实现电子锁的解锁，又能通过指纹的识别进行解锁，提高了密码锁的安全性、实用性和可靠性。关键词：指纹识别STC89C52单片机密码锁目录第一章绪论1.1智能密码锁的现状1.2指纹识别技术简介1.2.1指纹识别的原理1.2.2指纹识别应用1.2.3指纹识别技术的特点1.3智能密码锁课题背景第二章智能密码锁整体设计及选择方案2.1智能密码锁整理设计方案2.2系统核心单片机2.2.1单片机的选择2.2.2STC89C52单片机介绍2.3液晶显示模块的设计2.3.1LCD1602选择的原因2.3.2LCD1602简介2.3.3LCD1602液晶显示模块与单片机连接原理图2.4指纹识别模块的设计2.4.1指纹识别模块的选择2.4.2FM-180指纹识别模块系统参数与接口2.4.3FM-180指纹识别模块指令系统第三章智能密码锁的硬件设计3.1智能密码锁硬件设计原理3.2电源输入电路3.3复位电路与时钟电路3.4晶振电路3.5报警电路3.6密码锁电路3.7矩阵键盘电路3.8指纹模块电路第四章智能密码锁的软件设计4.1主程序流程介绍4.2矩阵键盘模块流程图4.3LCD1602液晶屏显示模块流程图4.4开锁和报警模块流程图4.5密码修改流程图4.6指纹识别模块流程图第五章智能密码锁系统调试与仿真5.1硬件电路调试及分析5.2软件调试及分析参考文献1第一章绪论1.1智能密码锁的现状传统的电子密码锁是一种输入密码来控制电路工作，从而进行解锁的电子在产品，它的种类之多应用之广，在原先机械锁面前，有着巨大的优势。但是随着科技的进步，其优异性能的普及，漏洞也逐渐浮出水面。密码锁安全性的提升，也成为人们讨论的热点。与此同时伴随着指纹识别技术的出现和完善，它被广泛应用在身份证，交通工具，手机等更多的领域。这一技术优异的安全性无疑给止步不前的密码锁提供了有利的技术支持，因而指纹密码锁，也伴随着其发展应运而生。在未来几年中，我国将会有近百亿元的市场等待着去开拓。同时在指纹识别技术支持下的密码锁的巨大市场前景，将对国际、国内安防产业带来巨大的影响。从近年来的发展方向上来看，民用化的指纹识别技术终将取代方便性和安全性都存在缺陷的密码和身份识别码，用来阻止非授权的访问。并且因为指纹识别技术的民用比刑侦应用更加容易普及，市场的容量也更大，所以它拥有大规模推广的基础。在一些西方国家，指纹识别技术已进入大规模民用阶段。早在1990年，就有人在美国洛杉矶采用了世界上第一套救济金发放指纹识别系统。而在此后，指纹识别技术与电子密码锁的结合也成为全新的，安全性更加优异的加密方式。1.2指纹识别技术简介1.2.1指纹识别的原理指纹是指手指皮肤上凹凸不平的纹路，尽管指纹非常细小，但是其不同的纹路之下包含着大量的信息。而这些指纹的不同点称为指纹特征。指纹识别就是利用人体的指纹特征对个体身份进行区分和鉴定。指纹识别技术在当前所有生物识别技术中是最为成熟，同时也是被应用最为广泛的生物识别技术。其原因是指纹采用的过程的简单以及指纹识别的准确率高。指纹识别的原理主要包括以下三部分：2A.指纹采集原理B.指纹特征提取原理C.指纹特征匹配原理指纹采集原理主要是通过各种传感技术，根据指纹的几何特性以及生理特性，把指纹表现出来，转化为数字化表示的指纹图案。由于人指纹凹凸的几何特性不同，在阳光下造成的反射光强度也不同。由此可见，每个人指纹的特征都是不一样的，而指纹的采集正是把这些不同的特征进行转化。指纹特征提取原理是对指纹图案的细节特征和整体特征进行提取、鉴别的原理。其分析的对象包括纹形特征和特征点的分布、类型，以及特征点之间的平面几何关系。将这些指纹特征用数字模板的形式展现出来，就能实现一个指纹特征分析的过程。指纹特征匹配原理是对指纹图案的细节特征和整体特征根据模式识别的原理进行比对匹配。这个过程是在已有的指纹和需要验证的指纹之间进行的。根据上述三原理，可以得出，指纹识别的流程图如下图1.2.1所示：图1.2.1指纹识别流程图1.2.2指纹识别的应用指纹识别能够通过对每个人独一无二的指纹进行识别，从而确认其身份。在过去，这一技术活跃于刑侦系统中。但伴随着指纹技术的普及，近几年，它逐渐走向市场，应用于各个领域。例如包括已下几个方面（1）指纹支付将指纹与银行卡进行绑定，只需用手指轻轻一点便能完成消费支付。这种新型支付方式在美国已经出现多年。2006年上海某公司也开始接触到指纹支付的市场。如图1.2.23图1.2.2指纹支付（2）汽车指纹防盗近年来，汽车指纹防盗也开始兴起，用户能够通过指纹控制车门开关，或者控制引擎点火，这些都是指纹技术在汽车防盗方面的应用，如图1.2.3图1.2.3汽车指纹防盗装置指纹识别技术以其广泛的应用、低廉的价格和易用性高被是国际所公认。这些手指上的纹路在断点上是各不相同的，在信息处理中将它们称作特征。医学上也已证明这些特征对于每个手指都是不同的，其具有唯一性和永久性。因此我们可以把一个人和其指纹对应起来，通过比较相应的特征，就可以验证个人的真实身份。1.2.3指纹识别技术的特点指纹识别的优点：4A.指纹是人体独一无二的特征，其复杂度足以提供鉴别用的足够特征。B.可以通过登记多个指纹增加系统的安全可靠性。C.扫描指纹的速度快，使用非常方便。D.指纹采集头可以更加小巧，并且价格会变得更加低廉。指纹识别的缺点：A.某些人或者群体的指纹特征少，很难成像。B.使用指纹是在采集头上留下的指纹，存在被用来复制指纹的可能性。C.指纹是用户的重要个人信息，用户担心信息的泄漏。上述可以看出，指纹识别技术拥有不同于其他技术的特点，而同时也正因这些特点，它成为了目前解决各类身份安全问题的最方便可靠的技术。1.3智能密码锁课题背景一方面，传统电子锁多年来大量的使用和普及使得安全性提高进度缓慢，社会上也逐渐出现各种破译的技术，一般电子锁的安全性引起了人们的担忧。而另一方面，指纹检测这一生物识别技术已获得国际公认，具有快速确定个人身份的功能。这一技术的出现和应用降低了人们在社会中的信任成本，对于人在社会生活和交往方式上有了前所未有的改变，生活工作的效率也有飞跃性的提高。由此可见，电子锁的停滞和指纹识别技术的快速发展，对于当前这个对安全要求越来越高的社会，有着非同一般的影响。近年来，随着指纹识别技术的完善，电子锁安全性的提高这一问题也在指纹识别技术的支持上有了巨大的进展。本次设计智能密码锁是在一般电子密码锁基础上采用了Biovo乙木-C2暗背景指纹识别模块,可以在按键解锁密码的同时，实现指纹的录入、存储、比对，并通过LCD1602液晶显示出指纹采集存储的过程和比对的结果，从而提高密码锁的安全可靠性。5第二章智能密码锁整体设计及选择方案2.1智能密码锁整体设计本设计采用单片机为控制核心，针对传统电子密码锁进行强化，增设指纹识别功能，能够支持指纹采集、存储、比对，以提高密码锁的安全可靠性。该系统是指纹模块检测手指，一旦搜索到指纹，理科采集指纹图案，并把采集的图像转化为数据发送出去。此步骤，只需将手指平放在指纹采集仪上，即可完成采集，操作十分便捷。总体描述本次设计的智能密码锁的功能即键盘输入解锁和指纹识别解锁的可选择式解锁方式，既能够支持传统通过按键输入数字密码解锁，又能够使用指纹模块检测、录入指纹，将注册指纹和检测指纹进行比对解锁。传统的按键输入部分，用户可通过6位密码的输入，对密码锁进行解锁，若密码正确，则开锁；若密码不正确，则提示错误，如若输入错误连续三次以上，报警装置就会启动。在成功解锁后，用户可通过密码修改键，进行密码的修正，通过两次密码的输入，如果两次密码相同，新密码就能够被储存，密码修改成功；反之则提示重新输入。指纹识别解锁部分，用户在进入界面可选择指纹切换键，进入指纹的录入和删除。当按下录入键后，将手指放置指纹采集头下，若听到鸣叫声，则表示指纹录入的成功，其相关信息会通过液晶屏显示。整体框图如图2.1该系统的主要功能有以下几个方面：1.密码修改：解锁后能够通过密码修改功能，重新设置6位数字密码2.掉电保存：断开电源后，保存的密码不会丢失，支持复位保存3.录入指纹：指纹模块预先设有对指纹进行录入的功能，即可以通过指纹采集头将个人指纹上的特征信息采集。4.指纹匹配比对：当有指纹录入时，模块会检索指纹库对指纹进行对比，并将比对结果显示在液晶屏上。6图2.1整体框图2.2系统的核心单片机2.2.1单片机的选择单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，简称其为单片机，它非常适用于控制领域，因而又称之为微控制器。一般来说，单片机是由单块集成电路芯片构成，其内部包括了：CPU（中央处理器）、程序和数据存储器、定时器和输入输出接口电路等。所以，单片机只需要和适当的设备结合起来，便能够组成一个单片机控制系统。单片机经过了几代的发展后，如今正朝着高性能、多功能、低电压、低价格、大存储容量以及强I/O功能拥有加好结构兼容性方向发展。它的发展趋势包括以下几个方面：（1）多功能单片机在发展中，人们将所需的存储器和I/O口都尽可能集中在一块芯片上，7使单片机能够实现更多的功能。例如高速I/O口及计数器的捕获/比较逻辑、A/D转换、监视定时器——看家狗等。（2）高效率和高性能为了提高执行速度和效率，单片机使用流水线和DSP的设计技术，使单片机的性能得到了显著的提高，其表现为，单片机的时钟频率提高；相同的频率下单片机运行的效率有了巨大的提升；高度的集成，使单片机的寻址能力、片内ROM和RAM的容量也有了前所未有的突破。并且由于系统资源和复杂度的增加，能够开始使用高级语言来开发单片机。从而有效的降低了开发的成本，加强了软件的可读性，有利于功能的增加。（3）低电压和低功耗由于采用了CMOS等工艺，使得单片机能够在比原来更低的电压下工作。这些特性使单片机能够在小电源的支持下长时间工作。由此可见，单片机的型号之多，功能之全，能够应对当前所需设计的各大要求，因而，在设计时，对于单片机这一核心元件，需要进行谨慎的选择。针对本次智能密码锁的设计，在比对之下，结合STC89C52的特点：A.工作电压：5.5V～3.3V（5V单片机）B.工作频率范围：0～40MHzC.8K字节的用户应用程序空间D.512字节RAM片上集成E.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器和仿真器，可直接通过串口下载程序F.拥有EEPROM功能，能够实现掉电保护G.3个16位定时器/计数器H.32个I/O口线，5个中断向量I.一个全双工串行通信口经过充分的分析智能密码锁所需的系统，关键是在于控制密码锁，在这点之上，STC89C52单片机突显出了它的优势，即控制简单、使用方便。它能够发挥其丰富的资源、强大的控制功能及可位寻址操作功能以及低廉的价格等优点。总结来说，STC89C52单片机所拥有的特点，完全符合本次设计的要求，而8对于设计最可贵的一点，即单片机低廉的价格，它也完全符合，所以选择STC89C52单片机是毫无争议的。2.2.2STC89C52单片机的介绍STC89c52是一款自带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的高性能，低电压CMOS8位微处理器。同时STC89c52又是一种高效微控制器，它将多功能的8位CPU和闪烁存储器组合在同个芯片中。S