基于指纹识别技术的电磁锁控制系统的研究

李 虹，田 茸

（宁夏大学 物理电气信息学院，宁夏 银川 750021）

基于指纹识别技术的电磁锁控制系统的研究

李 虹，田 茸

（宁夏大学 物理电气信息学院，宁夏 银川 750021）

研究了一种基于指纹识别技术的电磁锁控制系统.首先介绍了系统的基本组成，然后着重讨论了上下位机的通信协议、下位机的组成及电磁锁的功率驱动电路，最后简要介绍了该系统的软件设计.实践表明，该系统具有结构简单、操作方便、可靠性强等特点.

指纹识别技术；电磁锁控制系统；ULN2003；功率驱动

随着现代社会的数字化、网络化、信息化进程不断加快，人们之间的交流愈加方便快捷，对身份识别的准确性、安全性与实用性提出更高要求.传统的身份识别方法(例如护照、身份证、密码等)已经运用了千百年，具有简单、易于操作、成本低等很多优点，但在当今这样一个科技发达的时代，往往会遇到很多不利因素：如身份证、护照被盗或伪造，密码遗忘或被破解，所以传统的身份识别技术已经远远不能满足这种要求[1].这样，不容易被作假的生物特征身份识别技术应运而生.而指纹识别技术做为最可靠、最有效的生物特征识别技术之一，目前已在不同领域得到了广泛的应用.本文基于指纹识别技术研究了一种电磁锁控制系统.该系统可用于任何具有电磁锁具而又需要身份验证的场合.

1 系统的组成

该系统由指纹模块、上位机和下位机三部分构成，原理框图如图1所示.

指纹模块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纹采集仪，用于对用户的指纹采集处理，包括对指纹图像的获取、指纹图像预处理，特征提取、与指纹特征数据库进行特征匹配、输出结果、向PC机传送识别信息；上位机为普通PC机，通过USB总线与指纹模块通信，安装上位机软件，提供人机对话界面，通过用户登陆，识别用户身份，提取用户的基本信息，存储用户开锁的历史记录等，并可以通过上位机软件控制指纹模块的采集及向下位机发送控制信号控制电磁锁开关；下位机以AT89S51单片机为核心，向系统提供可靠的控制信息用以控制电磁锁的开关，通过RS-232与上位机通信，保证整个系统的完整性与可靠性，并且能够准确接收上位机控制信号及向上位机反馈开锁状态.

2 上下位机的通信协议

下位机以单片机为核心，采用RS-232串行通讯接口与上位机进行通信.RS-232接口是目前最常用的一种串行通讯接口.本系统采用MAX3221芯片做为PC机与单片机间的串行通信接口芯片.MAX3221芯片是MAXIM公司生产的、内有两路接收和驱动器的芯片，其内部由一个电源电压变换器，可以把输入的+5V电压变换成RS-232所需的电压，实现PC机与单片机间RS-232标准总线通信[2].具体接口电路如图2所示.

3 下位机的硬件设计

下位机是整个系统的执行机构，其硬件框图如图3所示.

3.1 功率驱动电路的设计

因电磁锁的工作电压为12V,且功率较大,所以要设计功率驱动电路,如图4所示.ULN2003A最大工作电压为40V,电流为350mA,能驱动7路负载.其工作原理为:当输入为高电平时,对应的输出为低电平,此时负载回路导通；当输入为低电平时,对应的输出为高电平,此时负载回路截止[3].

3.2 电源电路的设计

电源是控制系统的动力之源，维持整个系统的工作和运行.检测系统电源的质量影响着整个控制系统的可靠性.所以电源部分做好才能保证整个电路的正常工作.本系统的电源由控制电路的电源和电磁锁的电源两部分.

3.2.1 控制电路的电源

控制电路要求DC5V的电源,其电路如图5所示.首先通过外界变压器将AC220V降至AC12V，再由D301-D304 4个二极管组成桥式全波不可控整流电路，将AC12V变为DC12V传送给7805的输入端，7805三端稳压芯片会稳定输出DC5V，由于7805在工作时会产生大量热量，需外接散热片.

3.2.2 电磁锁的电源

电磁锁的工作电压为12VDC.具体电路如图6所示.运用KBU610整流芯片对输入电压进行整流，另用LM317芯片和两个外部电阻将整流后的电压调节成驱动电磁锁的12VDC.

4 系统的软件设计

系统的软件主要由上位机的软件和下位机的软件构成.上位机软件是针对系统硬件结构以及要实现的功能而设计的实时软件，以实现用户的需求和下位机对硬件电路的自动控制.整个上位机软件功能齐全，人机界面均采用对话框的方式，操作简单，极易上手；而结构化的程序设计也易于修改、扩展和维护.上位机软件分为数据库的建立、主程序和各界面子程序三个模块.其程序采用面向对象的可视化编程语言VisualBasic6.0软件进行开发的[4].下位机的软件主要由下位机主程序、芯片X25045的功能实现、PC机与下位机的数据通信三部分构成，采用C语言开发设计.

5 结语

本文研究了一种基于指纹识别技术的电磁锁控制系统，主要对其硬件的组成与实现进行了设计，简要介绍了软件的设计.该系统具有结构简单、操作方便、可靠性强等特点.

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

〔2〕程德福，林君.智能仪器[M].北京：机械工业出版社，2004：169-181.

〔3〕仲训昱,汪滨琦,李冰.基于 EPM7128SLC84的仪器柜控制器设计[J].现代电子技术,2006（1）:112.

〔4〕龚沛增，陆慰民，杨志强.Visual Basic程序设计教程6.0[M].北京:高等教育出版社，2000.

TP391.4

A

1673-260X（2012）02-0133-02