一种指纹密码锁和数字电子密码锁的设计与实现

周 炳 , 高美珍 , 洪家平

(1.湖北师范大学 计算机科学与技术学院，湖北 黄石 435002) (2.湖北师范大学 物理与电子科学学院，湖北 黄石 435002)

一种指纹密码锁和数字电子密码锁的设计与实现

周 炳1, 高美珍2, 洪家平1

(1.湖北师范大学 计算机科学与技术学院，湖北 黄石 435002) (2.湖北师范大学 物理与电子科学学院，湖北 黄石 435002)

随着经济社会的快速发展，身份识别技术也在不断进步,而近年来由于生物识别技术的独特性及稳定性，生物识别技术已经逐渐成为身份识别技术的主流趋势之一。基于单片机指纹密码锁和数字电子密码锁系统的设计，利用指纹传感器对指纹图像进行采集，通过指纹模块对图像数据进行比对等处理，最终来实现指纹密码锁的设计，本设计中所涉及到的各种技术相对成熟，而且操作相对简单,实用性较强。不仅能实现指纹密码锁的功能，同时还能实现数字电子密码锁的功能。

指纹识别；密码锁；单片机

1 概述

现代社会的不断进步和发展，大家需要越来越多高效而且可靠的安全识别系统，传统的安全识别方式比如口令、密码及身份证容易被人利用并且伪造或盗窃。面对不断进步的社会，这种不稳定、不可靠的传统识别系统就不能满足现代社会的需求。而指纹识别系统则由于每个人的指纹都不完全相同且具有一定的独特性、特殊性，这样可以通过指纹来进行安全识别。随着现代技术的快速发展，指纹识别技术也在不断完善并且变得越来越成熟，未来指纹识别技术将成为利用人体生物特征来进行个体识别的主流技术之一，而且随着指纹技术的推广与发展，指纹识别技术将会出现在生活中的各个角落，从而使生活更加的方便和安全。本文介绍的是基于单片机指纹密码锁和数字电子密码锁系统的设计，它就是利用指纹传感器对指纹图像进行采集，通过指纹模块对图像数据进行比对等处理，最终来实现指纹密码锁设计的。

2 系统硬件设计

2.1 系统硬件结构设计

本系统的硬件部分主要有：按键控制模块、液晶显示模块和指纹处理模块、机械驱动模块等几个重要功能模块。这几个功能模块通过STC89C52单片机形成一个指纹和数字电子密码锁系统，该密码锁系统组成原理结构方框图如图1.

图1中的按键控制模块主要提供数字电子密码锁密码按键处理功能，液晶显示模块是LCD12864，主要提供系统提示信息的显示功能，指纹处理模块是光学指纹处理集成芯片FM70，能与单片机通过串口连接，主要提供系统的指纹采集、比对等指纹处理功能，而机械驱动模块主要完成单片机给出的开、关锁操作指令的功能。

2.2 指纹模块简介

指纹是由手内侧皮肤纹路形成的图案。每个人皮肤的纹路各不相同，所以指纹识别技术就是根据这种特性发展起来的。例如，如果判断一个人的身份，可以先获得他的指纹，再将获得的指纹和已经储存的指纹进行比对，如果在一定的范围内指纹的信息是一样的，则可以快速判断这个人的身份是否正确。本系统中所用到的光学指纹处理模块FM70，它可以采用RS232与上位机连接并通信，如表1是光学指纹处理模块FM70的引脚功能介绍。

表1 FM70引脚及其功能说明

如图2是光学指纹处理集成模块FM70与上位机电路连接原理图。

3 系统软件设计

密码锁软件程序主要由液晶显示处理模块、指纹处理模块和按键扫描处理程序模块等几个部分组成。密码锁系统工作流程图如图3所示。

3.1 按键扫描程序设计

在按键扫描程序模块中，程序开始时如果有按键按下则开始逐行扫描按键，这样来确定按键的位置，再根据按键的位置来确定下一步的操作。键盘扫描处理模块的部分代码如下：

unsigned char Keycan(void) // P1.0-P1.3为行扫描线 P1.4-P1.7为列扫描线

{

unsigned char rcode, ccode;

P1 = 0x0f; // 发全0行扫描码，列线输入

if((P1&0x0f) != 0x0f) // 有键按下

{

delay(1);// 延时去抖动

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

{ rcode = 0xFE; // 逐行扫描键的初值

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

{

P1 = rcode; // 输出行扫描码

if((P1&0x0f) != 0x0f) // 本行有键按下

{

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

//do{;}

while((P1&0x0f) != 0x0f); //等待键释放

Feng=0;

Delay (100);

Feng=1;

return ((～rcode) + (～ccode)); // 返回该键编码

}

else

rcode = (rcode<<1)|0x01; // 行扫描码左移一位

}

}

}

图3 密码锁系统工作流程图

3.2 LCD12864液晶显示程序设计

如表2是液晶显示模块的基本操作时序表。

表2 液晶显示模块基本操作时序表

图4 液晶显示模块程序流程图

液晶显示模块流程如图4，当系统开始运行的时候，液晶显示模块LCD12864模块就会运行初始化和清屏函数。系统经过初始化和清屏之后，当单片机传来读写指令的时候就开始进行读写操作，其中写命令是指让数据在液晶显示屏的什么位置显示，而写数据则是指在液晶显示屏上显示什么内容的数据。

3.3 指纹处理模块

指纹处理模块主要是通过光学指纹处理模块FM70来进行指纹录入、比对等指纹识别处理工作。这些操作都是通过指纹模块和单片机进行串口通讯完成的。单片机给指纹模块发送指令数据，指纹模块接收到指令数据后执行，然后将结果和数据反馈给单片机系统。通过这样的数据交换方式，使得单片机完成控制指纹模块的操作。如表3是录入指纹指令数据包的格式，表4是搜索指纹指令数据包的格式。

表3 录入指纹图像指令数据包的格式

当确认码=00H，则表示指纹录取成功；

当确认码=01H，则表示指纹接收包有错误；

当确认码=02H，则表示传感器上没有手指信息；

当确认码=03H，则表示录取指纹没有成功。

表4 搜索指纹指令数据包的格式

当确认码=00H，则表示搜索到指纹；

当确认码=09H，则表示没有搜索到指纹；

当系统搜索到指纹时，则会返回到搜索到的指纹的指纹号。如果没有搜索到指纹，则会返回0。

4 系统运行

按下电源开关时系统开机，在初始化后，液晶显示屏上就会显示如图5的开机界面：

这时如果有“C”键被按下，则表示进入指纹开锁模式，可以用已存储的指纹开锁，若指纹比对识别成功，单片机会给机械驱动模块发送开锁指令，此时锁被打开，液晶显示屏上就会显示：“门已打开”，同时LED指示灯亮起，这样就表示开锁成功。若指纹识别连续失败3次则蜂鸣器开始响起，发出报警信号。

如果有“A”键被按下，则表示进入密码开锁模式，就可以用密码开锁，液晶显示屏上就会显示:“请输入开锁密码”。这时如果输入正确的开锁密码，单片机会给机械驱动模块发送开锁指令，此时锁被打开，液晶显示屏上就会显示：“门已打开”，同时LED指示灯亮起，这样也表示开锁成功。若密码输入连续错误3次，则蜂鸣器开始响起，发出报警信号。

图5 系统开机界面截图 图6 管理员模式界面截图

如果有“B”键被按下，则进入管理员模式界面，液晶显示屏上就会显示：“请输入密码”。在正确输入管理员密码后，就会进入管理员模式，如图6所示。管理员模式主要是系统管理员使用的，该模式可提供如下一些操作：

指纹库中用户指纹的管理操作：如增加新的指纹，删除不使用的指纹；

数字电子密码锁用户信息操作：如增加新用户、删除不使用的用户，用户密码的修改等操作；

提供特殊情况下的手动开锁功能。

5 结论

本系统电路设计简单、成本低，稳定性及可靠性比传统的锁具更加优秀。虽然系统同时实现了数字电子密码锁和指纹密码锁两个功能，但由于指纹密码锁比数字电子密码锁在保密性、方便性等性能指标方面更具有优势，而且指纹识别技术是身份验证中一种重要的生物识别技术，可以肯定，人体生物识别技术必将成为身份识别的主流技术之一，是以后发展的趋势。

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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，湖北武汉人，硕士生，主要研究方向为信息与智能计算.

洪家平(1964— )，男，湖北仙桃人，教授.