半岛BOB基于单片机的智能门锁系统设计docx基于单片机的智能门锁系统设计 摘 要 随着人民生活水平的提高、科学技术的进步，单片机作为自动化和智能化的关键元件在电子技术的各式应用显得尤为重要。[1]而人们对一些单元小区、集体住宿宿舍、乡村集体式住房、写字楼等，以及各场所个人或多人共同使用的储物箱的门锁的便捷性也提出了更高的要求。如今大多数公共使用的智能门锁都采用传统门锁或门禁卡开 锁，而钥匙和门禁卡都具有易丢失，不便携带，以及用料浪费、不环保的特点。 本设计利用单片机和指纹识别模块代替传统锁心和钥匙，当指纹不匹配时能够响起警报，由于指纹是人类皮肤上因凸起而产生的纹路，在人类基因遗传的影响下，指纹成为绝对不会重复的一项身体信息。这样钥匙具有了单一性和随身性，如此一来不但提高了锁的安全性，还解决了钥匙易丢失、易复制的问题。如今市面上流行的指纹锁大多用于家庭防盗，价格昂贵，应用范围相对局限半岛BOB·中国官方网站。本设计主要针对智能门锁系统工作的特点，结合单元小区、集体住宿宿舍、乡村集体式住房、写字楼等，以及各场所个人或多人共同使用的储物箱的门锁的要求，进而提出一种高效半岛BOB、适用性广泛的方案半岛BOB·中国官方网站。 关键词：单片机；指纹识别；智能锁ABSTRACT With the improvement of peoples living standards and the progress of science and technology, SCM as a key component of automation and intelligence is particularly important in various applications of electronic technology. [1]And people also put forward higher requirements for the convenience of the door locks of some unit communities, collective dormitory, rural collective housing, office buildings, and storage boxes used by individuals or multiple people in various places. Nowadays, most of the intelligent door locks used in the public use use traditional door locks or access cards to unlock, and the keys and access cards are easy to lose, inconvenient to carry, waste of materials, and not environmentally friendly. In this design, MCU and fingerprint identification module are used to replace the traditional lock core and key. When the fingerprint does not match, the alarm will sound. Because the fingerprint is a raised tattoo on human skin, under the influence of human gene inheritance, the fingerprint becomes a body information that will never be repeated. In this way, the key has singleness and portability, which not only improves the security of the lock, but also solves the problems of easy loss and easy duplication of the key. Nowadays, most of the popular fingerprint locks on the market are used for family anti-theft, which are expensive and relatively limited in application. This design mainly aims at the working characteristics of the intelligent door lock system, combined with the requirements of the door lock of the storage box used by individuals or multiple people in various places, such as the unit community, collective dormitory, rural collective housing, office building, etc., and then puts forward an efficient and widely applicable scheme. Key words：Single-chip microprocessor; fingerprint identification; intelligent lock 目 录 摘 要 I ABSTRACTII 目 录III 第1章 引言1 指纹识别的基本流程与应用1 指纹识别处理流程1 指纹识别的应用2 单片机在智能门锁系统中的作用2 第2章 单片机控制的指纹识别智能门锁系统3 研究背景3 国内外智能门锁系统发展历史及现状3 指纹识别智能门锁系统的研究意义3 单片机作为控制核心的优势4 课题的提出4 第3章 相关技术5 单片机技术5 指纹识别技术5 第4章 系统总体设计6 方案比较与分析6 控制核心的比较与分析6 单片机的比较与选择6 指纹采集模块的选择7 显示模块的选取7 系统总体方案8 第5章 系统硬件设计9 STC89C52单片机最小系统电路设计9 外部晶振电路设计10 复位电路设计10 指纹识别模块电路设计11 LCD12864液晶显示电路设计12 外部储存电路设计13 矩阵键盘电路设计14 蜂鸣器电路设计14 继电器电路设计15 第6章 系统软件设计16 系统工作过程分析16 主函数设计16 AS608指纹模块函数的设计18 LCD12864显示模块函数的设计18 矩阵键盘检测函数的设计19 第7章 系统测试与运行20 7.1硬件测试20 7.2软件测试20 7.3系统调试期间出现的问题20 结论21 参考文献22 致谢23 附录24 第1章 引言 近几十年来，自动化和智能化一直是生产生活方向研究的热点。从社会生活的角度来看，智能家居便捷了人们的生活，智能门锁作为家庭防盗的一环被广泛接受，因为它具有安全、便捷性高等优点。但是，对与社区安保，集体宿舍以及办公场所等个人或多人共同使用的门锁来说家庭使用的智能门锁不仅价格昂贵，而且作用范围狭窄。这与它本身的产品定位和设计目的有关。另外，在智能门锁中，生物信息识别相较于其他技术更方便、安全并且不会造成一定的资源浪费。 而其中指纹识别以人的指纹作为识别对象，方便采集，而且成本较低，因此对于多人使用的门锁智能化来说，是一个极佳的选择。 指纹识别的基本流程与应用 指纹识别处理流程 指纹的处理包括采集和匹配两部分： 图1.1 指纹识别流程图1)采集部分： 使用光学指纹识别设备采集指纹图像，指纹算法从获取的指纹图像中提取特征，作为指纹信息半岛BOB·中国官方网站。然后将所获取的指纹信息储存到数据库中。[2] 2)匹配部分： 通过光学指纹识别设备录入要验证的指纹图像，同时进行指纹处理，与数据库中的指纹信息进行对比。通过对比结果判断是否通过匹配。[2] 指纹识别的应用 近年来，生物识别技术发展迅速，由于其可靠性高半岛BOB·中国官方网站，技术相对成熟，容易在各个方面实现实际应用。不仅在传统的刑事侦查指纹鉴别方面普遍应用，指纹识别技术也同样在指纹考勤、指纹考试、指纹解锁智能手机、指纹支付以及门禁、指纹一体化锁、保险柜等安全设备中被广泛使用。 单片机在智能门锁系统中的作用 近几十年来，智能家居产业如火如荼地迅速发展，单片机凭借其高可靠性和较快的运行速度，在智能家居产业中发挥了巨大的作用。在智能门锁系统中单片机通过控制传统门锁相应的机械部分。在智能门锁系统中，单片机作为控制核心，连接各个模块以达到控制的目的。 图 1.2 单片机与智能门锁系统中各层的关系第2章 单片机控制的指纹识别智能门锁系统 本章摘要：通过对国内外智能门锁系统的发展历史及现状的研究，以及指纹识别技术在智能门锁系统中具有的重要意义，得出在大多数单元小区、集体住宿宿舍、乡村集体式住房、写字楼等，以及各场所个人或多人共同使用的储物箱的门锁系统中最适合的智能门锁系统为指纹识别智能门锁，验证了选择单片机以及指纹识别技术的合理性和有效性。 研究背景 国内外智能门锁系统发展现状 随着通信技术、集成电子技术的不断发展和成熟，电子锁的成本大幅度下降，逐步取代传统机械锁。在生物识别技术和蓝牙技术的不断发展中，基于生物识别技术的智能门锁系统也开始出现在大众的视野。由于人类生物特征具有唯一性，因此生物识别智能门锁系统的安全性更高半岛BOB·中国官方网站。率先出现生物识别技术智能门锁的是欧美和日韩国家，而率先被门锁系统使用的是指纹识别技术，随后生物识别智能门锁中也出现了虹膜识别、声纹识别半岛BOB·中国官方网站、面部识别等生物识别技术。国内近年来，智能锁也同样实现了超速发展，和国外的差距越来越小，开始逐步得到国内用户认可进入寻常百姓的家居生活。 指纹识别智能门锁系统的研究意义 在科学技术的不断发展和社会的不断进步的背景下，传统机械门锁系统的不足愈加明显：一把钥匙只能开一把锁，想要开多个门需要随身携带一串钥匙，十分累赘，况且作为生活中必备的物品，钥匙却十分容易遗忘、遗失， 导致门锁无法打开、严重时还可能导致失窃的情形发生。而密码锁也会出现忘记密码或密码泄露的情况。而具有生物识别技术的智能门锁系统因其具有唯一性、不可复制性，可以避免由钥匙和密码带来的遗失、被盗、被复制的隐患。由于指纹识别技术相较于虹膜识别、面部识别、声纹识别等生物识别技术出现的更早，相对来说技术也更成 熟，价格也更低廉。对于对高效率需求越来越高的现代社会，基于生物识别的智能门锁系统的需求只会越来越高 涨，而指纹识别的智能门锁系统也会越来越普遍，越来越被大众接受。但如今市面上大多指纹识别智能门锁都是作为家庭使用的家居类防盗产品使用半岛·综合体育，而大多数单元小区、集体住宿宿舍、乡村集体式住房、写字楼等，以及各场所个人或多人共同使用的储物箱的门锁都还沿用传统门锁、密码锁或者IC卡锁。这些场所的门锁系统倘若可以改进为生物识别智能门锁系统，将进一步增强生活的便捷性，提高效率和安全性。 单片机作为控制核心的优势 单片机作为控制核心，体积小却功能强大，能够执行各种逻辑运算、算术运算；对具体的命令转化为单片机的下一步动作，产生反馈半岛·综合体育，对内部数据进行调整规划以及储存。其正常使用年限更长，对于产品使用者而言，无疑极大地降低了因频繁更换产品而带来的经济成本。[1]由于单片机发展时间较长，其工艺成熟，可靠性也相对较高，运行速度也相对较快。并且其价格低廉，由于其强大的性能与其稳定性、便捷性。以单片机作为控制核心能够很大程度上降低产品成本，提高产品质量半岛BOB·中国官方网站，减小产品体积，实现产品的广泛使用以及更好地提高用户体验。 课题的提出 从前面总结的研究背景可以看出，大多数单元小区、集体住宿宿舍、乡村集体式住房、写字楼等，以及各场所个人或多人共同使用的储物箱的门锁系统应该进行技术升级，提高其便捷性半岛BOB·中国官方网站，安全性，对于生活在这些场所或使用这些场所的人，如果可以使用自己独有的生物信息进行解锁，那么可以省去带钥匙、记密码等多种麻烦。而倘若选择在大多数单元小区、集体住宿宿舍、乡村集体式住房、写字楼等，以及各场所个人或多人共同使用的储物箱的门锁系统中添加生物识别技术，成本最低且安全系数相对较高的应当是指纹识别技术。由此本课题选取51单片机作为控制核心，指纹识别技术作为生物识别方式，研究开发了基于单片机的智能门锁系统的设计。 第2章 第3章 相关技术 单片机技术 单片机是单片微型计算机的简称。单片机主要由CPU（中央处理器）、I/O接口（输入输出接口）、半导体储存器、定时器以及中断系统等集成的半导体芯片的硬件系统和由主程序和子程序组成的软件系统构成。其包含运算 器、和寄存器。运算器包含算术逻辑单元、累加器、寄存器等几部分运算部件构成，能够将传入数据进行算数、逻辑运算。工作电压在2.2V以下，功耗低，体积小，价格低廉。集成度高，抗干扰能力强。单片机的软件系统通过汇编语言或C语言设计编写完成。C语言的结构性、功能性、可移植性在单片机程序的编写当中有效处理数据， 避免单片机在运行当中被破坏。C语言的库函数丰富，移植性好、程序结构完善、兼容性好的优势，使其使用方便、广泛应用。 单片机开发软件中，KEIL.C51包含编辑、编译以及仿真等功能，支持不同的MCS51芯片的开发，其操作简便易行，功能完善。 指纹识别技术 指纹识别技术是最早将人类生物信息用于身份识别的一种技术。通过指纹采集模块采集指纹进行预处理，然后提取指纹的整体特征和局部特征通过阈值判断所采集的指纹与指纹库模版中的指纹进行对比，判断是否匹配。在指纹图像中，常见的全局特征主要分为：纹型、模式区、核心点、三角点和脊线]而局部特征点可以被分为：端点、分叉点、毛刺点、桥接点等。[3]端点和分叉点占所有局部特征点数量的90%以上，其他类型的特征点仅占8%， 所以在实际运用中，一般选择端点和分叉点作为特征匹配的参考点。在指纹识别系统中，倘若两个指纹存在十二个及以上特征点相匹配，则认为这两个指纹来自同一个人。[3]指纹预处理将尽量解决由于在指纹采集过程中，各种因素的影响下会出现的纹线断裂、模糊等影响后续的处理问题。常见的指纹图像预处理主要包括：均值化、归一化、区域分割半岛·综合体育、方向场估计半岛BOB·中国官方网站、图像增强、二值化和细化等操作。[3]目前主要的指纹特征匹配算

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