周 炳 , 高美珍 , 洪家平

(1.湖北師范大學 計算機科學與技術學院，湖北 黃石 435002) (2.湖北師范大學 物理與電子科學學院，湖北 黃石 435002)

一種指紋密碼鎖和數字電子密碼鎖的設計與實現

周 炳1, 高美珍2, 洪家平1

(1.湖北師范大學 計算機科學與技術學院，湖北 黃石 435002) (2.湖北師范大學 物理與電子科學學院，湖北 黃石 435002)

隨著經濟社會的快速發(fā)展，身份識別技術也在不斷進步,而近年來由于生物識別技術的獨特性及穩(wěn)定性，生物識別技術已經逐漸成為身份識別技術的主流趨勢之一。基于單片機指紋密碼鎖和數字電子密碼鎖系統(tǒng)的設計，利用指紋傳感器對指紋圖像進行采集，通過指紋模塊對圖像數據進行比對等處理，最終來實現指紋密碼鎖的設計，本設計中所涉及到的各種技術相對成熟，而且操作相對簡單,實用性較強。不僅能實現指紋密碼鎖的功能，同時還能實現數字電子密碼鎖的功能。

指紋識別；密碼鎖；單片機

1 概述

現代社會的不斷進步和發(fā)展，大家需要越來越多高效而且可靠的安全識別系統(tǒng)，傳統(tǒng)的安全識別方式比如口令、密碼及身份證容易被人利用并且偽造或盜竊。面對不斷進步的社會，這種不穩(wěn)定、不可靠的傳統(tǒng)識別系統(tǒng)就不能滿足現代社會的需求。而指紋識別系統(tǒng)則由于每個人的指紋都不完全相同且具有一定的獨特性、特殊性，這樣可以通過指紋來進行安全識別。隨著現代技術的快速發(fā)展，指紋識別技術也在不斷完善并且變得越來越成熟，未來指紋識別技術將成為利用人體生物特征來進行個體識別的主流技術之一，而且隨著指紋技術的推廣與發(fā)展，指紋識別技術將會出現在生活中的各個角落，從而使生活更加的方便和安全。本文介紹的是基于單片機指紋密碼鎖和數字電子密碼鎖系統(tǒng)的設計，它就是利用指紋傳感器對指紋圖像進行采集，通過指紋模塊對圖像數據進行比對等處理，最終來實現指紋密碼鎖設計的。

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 系統(tǒng)硬件結構設計

本系統(tǒng)的硬件部分主要有：按鍵控制模塊、液晶顯示模塊和指紋處理模塊、機械驅動模塊等幾個重要功能模塊。這幾個功能模塊通過STC89C52單片機形成一個指紋和數字電子密碼鎖系統(tǒng)，該密碼鎖系統(tǒng)組成原理結構方框圖如圖1.

圖1中的按鍵控制模塊主要提供數字電子密碼鎖密碼按鍵處理功能，液晶顯示模塊是LCD12864，主要提供系統(tǒng)提示信息的顯示功能，指紋處理模塊是光學指紋處理集成芯片FM70，能與單片機通過串口連接，主要提供系統(tǒng)的指紋采集、比對等指紋處理功能，而機械驅動模塊主要完成單片機給出的開、關鎖操作指令的功能。

2.2 指紋模塊簡介

指紋是由手內側皮膚紋路形成的圖案。每個人皮膚的紋路各不相同，所以指紋識別技術就是根據這種特性發(fā)展起來的。例如，如果判斷一個人的身份，可以先獲得他的指紋，再將獲得的指紋和已經儲存的指紋進行比對，如果在一定的范圍內指紋的信息是一樣的，則可以快速判斷這個人的身份是否正確。本系統(tǒng)中所用到的光學指紋處理模塊FM70，它可以采用RS232與上位機連接并通信，如表1是光學指紋處理模塊FM70的引腳功能介紹。

表1 FM70引腳及其功能說明

如圖2是光學指紋處理集成模塊FM70與上位機電路連接原理圖。

3 系統(tǒng)軟件設計

密碼鎖軟件程序主要由液晶顯示處理模塊、指紋處理模塊和按鍵掃描處理程序模塊等幾個部分組成。密碼鎖系統(tǒng)工作流程圖如圖3所示。

3.1 按鍵掃描程序設計

在按鍵掃描程序模塊中，程序開始時如果有按鍵按下則開始逐行掃描按鍵，這樣來確定按鍵的位置，再根據按鍵的位置來確定下一步的操作。鍵盤掃描處理模塊的部分代碼如下：

unsigned char Keycan(void) // P1.0-P1.3為行掃描線 P1.4-P1.7為列掃描線

{

unsigned char rcode, ccode;

P1 = 0x0f; // 發(fā)全0行掃描碼，列線輸入

if((P1&0x0f) != 0x0f) // 有鍵按下

{

delay(1);// 延時去抖動

if((P1&0x0f) != 0x0f)

{ rcode = 0xFE; // 逐行掃描鍵的初值

while((rcode&0x10) != 0)

{

P1 = rcode; // 輸出行掃描碼

if((P1&0x0f) != 0x0f) // 本行有鍵按下

{

ccode = (P1&0x0f)|0x0f;

//do{;}

while((P1&0x0f) != 0x0f); //等待鍵釋放

Feng=0;

Delay (100);

Feng=1;

return ((～rcode) + (～ccode)); // 返回該鍵編碼

}

else

rcode = (rcode<<1)|0x01; // 行掃描碼左移一位

}

}

}

圖3 密碼鎖系統(tǒng)工作流程圖

3.2 LCD12864液晶顯示程序設計

如表2是液晶顯示模塊的基本操作時序表。

表2 液晶顯示模塊基本操作時序表

圖4 液晶顯示模塊程序流程圖

液晶顯示模塊流程如圖4，當系統(tǒng)開始運行的時候，液晶顯示模塊LCD12864模塊就會運行初始化和清屏函數。系統(tǒng)經過初始化和清屏之后，當單片機傳來讀寫指令的時候就開始進行讀寫操作，其中寫命令是指讓數據在液晶顯示屏的什么位置顯示，而寫數據則是指在液晶顯示屏上顯示什么內容的數據。

3.3 指紋處理模塊

指紋處理模塊主要是通過光學指紋處理模塊FM70來進行指紋錄入、比對等指紋識別處理工作。這些操作都是通過指紋模塊和單片機進行串口通訊完成的。單片機給指紋模塊發(fā)送指令數據，指紋模塊接收到指令數據后執(zhí)行，然后將結果和數據反饋給單片機系統(tǒng)。通過這樣的數據交換方式，使得單片機完成控制指紋模塊的操作。如表3是錄入指紋指令數據包的格式，表4是搜索指紋指令數據包的格式。

表3 錄入指紋圖像指令數據包的格式

當確認碼=00H，則表示指紋錄取成功；

當確認碼=01H，則表示指紋接收包有錯誤；

當確認碼=02H，則表示傳感器上沒有手指信息；

當確認碼=03H，則表示錄取指紋沒有成功。

表4 搜索指紋指令數據包的格式

當確認碼=00H，則表示搜索到指紋；

當確認碼=09H，則表示沒有搜索到指紋；

當系統(tǒng)搜索到指紋時，則會返回到搜索到的指紋的指紋號。如果沒有搜索到指紋，則會返回0。

4 系統(tǒng)運行

按下電源開關時系統(tǒng)開機，在初始化后，液晶顯示屏上就會顯示如圖5的開機界面：

這時如果有“C”鍵被按下，則表示進入指紋開鎖模式，可以用已存儲的指紋開鎖，若指紋比對識別成功，單片機會給機械驅動模塊發(fā)送開鎖指令，此時鎖被打開，液晶顯示屏上就會顯示：“門已打開”，同時LED指示燈亮起，這樣就表示開鎖成功。若指紋識別連續(xù)失敗3次則蜂鳴器開始響起，發(fā)出報警信號。

如果有“A”鍵被按下，則表示進入密碼開鎖模式，就可以用密碼開鎖，液晶顯示屏上就會顯示:“請輸入開鎖密碼”。這時如果輸入正確的開鎖密碼，單片機會給機械驅動模塊發(fā)送開鎖指令，此時鎖被打開，液晶顯示屏上就會顯示：“門已打開”，同時LED指示燈亮起，這樣也表示開鎖成功。若密碼輸入連續(xù)錯誤3次，則蜂鳴器開始響起，發(fā)出報警信號。

圖5 系統(tǒng)開機界面截圖 圖6 管理員模式界面截圖

如果有“B”鍵被按下，則進入管理員模式界面，液晶顯示屏上就會顯示：“請輸入密碼”。在正確輸入管理員密碼后，就會進入管理員模式，如圖6所示。管理員模式主要是系統(tǒng)管理員使用的，該模式可提供如下一些操作：

指紋庫中用戶指紋的管理操作：如增加新的指紋，刪除不使用的指紋；

數字電子密碼鎖用戶信息操作：如增加新用戶、刪除不使用的用戶，用戶密碼的修改等操作；

提供特殊情況下的手動開鎖功能。

5 結論

本系統(tǒng)電路設計簡單、成本低，穩(wěn)定性及可靠性比傳統(tǒng)的鎖具更加優(yōu)秀。雖然系統(tǒng)同時實現了數字電子密碼鎖和指紋密碼鎖兩個功能，但由于指紋密碼鎖比數字電子密碼鎖在保密性、方便性等性能指標方面更具有優(yōu)勢，而且指紋識別技術是身份驗證中一種重要的生物識別技術，可以肯定，人體生物識別技術必將成為身份識別的主流技術之一，是以后發(fā)展的趨勢。

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Designandimplementationofafingerprintcodelockandadigitalelectroniccodelock

ZHOU Bing1, GAO Mei-zhen2, HONG Jia-ping1

(1.College of Computer Science and Techloge, Hubei Normal University Hubei Huangshi 435002 China) (2.College of Physics and Electron Science, Hubei Normal University Hubei Huangshi 435002 China)

With the rapid development of social economy, a variety of popular recognition-technologies have been emerging as the recognition-technology of identity making great progress. In recent years, biometric technology has gradually become one of the mainstream trends of identity recognition technology in light of it’s specify and stability. This design is about the fingerprint password lock and digital electronic password lock system based on SCM. The design of switch fingerprints can be eventually completed with a serious of collection of their pictures by the fingerprint sensor and analysis of the digital data by the single-chip after compares among them. All technologies involved in this design are comparatively mature, easy-operated and practical. This system can not only realize the function of fingerprint password lock, but also realize the function of digital electronic password lock.

fingerprint identification; password lock; SCM

TP391.41

A

2096-3149(2017)04- 0077-06

10.3969/j.issn.2096-3149.2017.04.016

2017—10—11

周炳(1992— ) ，男，湖北武漢人，碩士生，主要研究方向為信息與智能計算.

洪家平(1964— )，男，湖北仙桃人，教授.