李 虹，田 茸

（寧夏大學(xué) 物理電氣信息學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

基于指紋識別技術(shù)的電磁鎖控制系統(tǒng)的研究

李 虹，田 茸

（寧夏大學(xué) 物理電氣信息學(xué)院，寧夏 銀川 750021）

研究了一種基于指紋識別技術(shù)的電磁鎖控制系統(tǒng).首先介紹了系統(tǒng)的基本組成，然后著重討論了上下位機(jī)的通信協(xié)議、下位機(jī)的組成及電磁鎖的功率驅(qū)動電路，最后簡要介紹了該系統(tǒng)的軟件設(shè)計.實(shí)踐表明，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn).

指紋識別技術(shù)；電磁鎖控制系統(tǒng)；ULN2003；功率驅(qū)動

隨著現(xiàn)代社會的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化進(jìn)程不斷加快，人們之間的交流愈加方便快捷，對身份識別的準(zhǔn)確性、安全性與實(shí)用性提出更高要求.傳統(tǒng)的身份識別方法(例如護(hù)照、身份證、密碼等)已經(jīng)運(yùn)用了千百年，具有簡單、易于操作、成本低等很多優(yōu)點(diǎn)，但在當(dāng)今這樣一個科技發(fā)達(dá)的時代，往往會遇到很多不利因素：如身份證、護(hù)照被盜或偽造，密碼遺忘或被破解，所以傳統(tǒng)的身份識別技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這種要求[1].這樣，不容易被作假的生物特征身份識別技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生.而指紋識別技術(shù)做為最可靠、最有效的生物特征識別技術(shù)之一，目前已在不同領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用.本文基于指紋識別技術(shù)研究了一種電磁鎖控制系統(tǒng).該系統(tǒng)可用于任何具有電磁鎖具而又需要身份驗(yàn)證的場合.

1 系統(tǒng)的組成

該系統(tǒng)由指紋模塊、上位機(jī)和下位機(jī)三部分構(gòu)成，原理框圖如圖1所示.

指紋模塊采用的是由成都乙木科技有限公司 (Biovo)于1997年推出的硅芯片式指紋采集儀，用于對用戶的指紋采集處理，包括對指紋圖像的獲取、指紋圖像預(yù)處理，特征提取、與指紋特征數(shù)據(jù)庫進(jìn)行特征匹配、輸出結(jié)果、向PC機(jī)傳送識別信息；上位機(jī)為普通PC機(jī)，通過USB總線與指紋模塊通信，安裝上位機(jī)軟件，提供人機(jī)對話界面，通過用戶登陸，識別用戶身份，提取用戶的基本信息，存儲用戶開鎖的歷史記錄等，并可以通過上位機(jī)軟件控制指紋模塊的采集及向下位機(jī)發(fā)送控制信號控制電磁鎖開關(guān)；下位機(jī)以AT89S51單片機(jī)為核心，向系統(tǒng)提供可靠的控制信息用以控制電磁鎖的開關(guān)，通過RS-232與上位機(jī)通信，保證整個系統(tǒng)的完整性與可靠性，并且能夠準(zhǔn)確接收上位機(jī)控制信號及向上位機(jī)反饋開鎖狀態(tài).

2 上下位機(jī)的通信協(xié)議

下位機(jī)以單片機(jī)為核心，采用RS-232串行通訊接口與上位機(jī)進(jìn)行通信.RS-232接口是目前最常用的一種串行通訊接口.本系統(tǒng)采用MAX3221芯片做為PC機(jī)與單片機(jī)間的串行通信接口芯片.MAX3221芯片是MAXIM公司生產(chǎn)的、內(nèi)有兩路接收和驅(qū)動器的芯片，其內(nèi)部由一個電源電壓變換器，可以把輸入的+5V電壓變換成RS-232所需的電壓，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)間RS-232標(biāo)準(zhǔn)總線通信[2].具體接口電路如圖2所示.

3 下位機(jī)的硬件設(shè)計

下位機(jī)是整個系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其硬件框圖如圖3所示.

3.1 功率驅(qū)動電路的設(shè)計

因電磁鎖的工作電壓為12V,且功率較大,所以要設(shè)計功率驅(qū)動電路,如圖4所示.ULN2003A最大工作電壓為40V,電流為350mA,能驅(qū)動7路負(fù)載.其工作原理為:當(dāng)輸入為高電平時,對應(yīng)的輸出為低電平,此時負(fù)載回路導(dǎo)通；當(dāng)輸入為低電平時,對應(yīng)的輸出為高電平,此時負(fù)載回路截止[3].

3.2 電源電路的設(shè)計

電源是控制系統(tǒng)的動力之源，維持整個系統(tǒng)的工作和運(yùn)行.檢測系統(tǒng)電源的質(zhì)量影響著整個控制系統(tǒng)的可靠性.所以電源部分做好才能保證整個電路的正常工作.本系統(tǒng)的電源由控制電路的電源和電磁鎖的電源兩部分.

3.2.1 控制電路的電源

控制電路要求DC5V的電源,其電路如圖5所示.首先通過外界變壓器將AC220V降至AC12V，再由D301-D304 4個二極管組成橋式全波不可控整流電路，將AC12V變?yōu)镈C12V傳送給7805的輸入端，7805三端穩(wěn)壓芯片會穩(wěn)定輸出DC5V，由于7805在工作時會產(chǎn)生大量熱量，需外接散熱片.

3.2.2 電磁鎖的電源

電磁鎖的工作電壓為12VDC.具體電路如圖6所示.運(yùn)用KBU610整流芯片對輸入電壓進(jìn)行整流，另用LM317芯片和兩個外部電阻將整流后的電壓調(diào)節(jié)成驅(qū)動電磁鎖的12VDC.

4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

系統(tǒng)的軟件主要由上位機(jī)的軟件和下位機(jī)的軟件構(gòu)成.上位機(jī)軟件是針對系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)以及要實(shí)現(xiàn)的功能而設(shè)計的實(shí)時軟件，以實(shí)現(xiàn)用戶的需求和下位機(jī)對硬件電路的自動控制.整個上位機(jī)軟件功能齊全，人機(jī)界面均采用對話框的方式，操作簡單，極易上手；而結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計也易于修改、擴(kuò)展和維護(hù).上位機(jī)軟件分為數(shù)據(jù)庫的建立、主程序和各界面子程序三個模塊.其程序采用面向?qū)ο蟮目梢暬幊陶Z言VisualBasic6.0軟件進(jìn)行開發(fā)的[4].下位機(jī)的軟件主要由下位機(jī)主程序、芯片X25045的功能實(shí)現(xiàn)、PC機(jī)與下位機(jī)的數(shù)據(jù)通信三部分構(gòu)成，采用C語言開發(fā)設(shè)計.

5 結(jié)語

本文研究了一種基于指紋識別技術(shù)的電磁鎖控制系統(tǒng)，主要對其硬件的組成與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了設(shè)計，簡要介紹了軟件的設(shè)計.該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn).

〔1〕Jain AK,Hong L,Pankanti S,Biometrics:Promising Frontiers for Emerging Identification Market, Communication ACM,2000

〔2〕程德福，林君.智能儀器[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：169-181.

〔3〕仲訓(xùn)昱,汪濱琦,李冰.基于 EPM7128SLC84的儀器柜控制器設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2006（1）:112.

〔4〕龔沛增，陸慰民，楊志強(qiáng).Visual Basic程序設(shè)計教程6.0[M].北京:高等教育出版社，2000.

TP391.4

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