基于GPS定位模式的指紋密碼鎖的應(yīng)用研究

蔡彬 王英輝 王育升

摘? 要：指紋識(shí)別技術(shù)是利用人體生物特征進(jìn)行身份鑒定的一種技術(shù)，是指通過計(jì)算機(jī)與光學(xué)、聲學(xué)、生物傳感器和生物統(tǒng)計(jì)學(xué)原理等高科技手段密切結(jié)合，利用人體固有的生理特性和行為特征來進(jìn)行個(gè)人身份的鑒定。設(shè)計(jì)使用了GSM模塊用來報(bào)警，當(dāng)非自己的指紋使用時(shí)，會(huì)立刻向所連接的手機(jī)發(fā)出信息。采用了GSP定位系統(tǒng)，在物品被盜之后對物品進(jìn)行追蹤定位，為個(gè)人財(cái)產(chǎn)又加了一層保險(xiǎn)，確保知道它的位置信息，從而快速對丟失的東西進(jìn)行定位，使失主免遭損失。指紋防盜以及定位追蹤都很好的適應(yīng)了當(dāng)今信息化的社會(huì)。

關(guān)鍵詞：指紋識(shí)別;GSM;GPS

中圖分類號：TP274.2? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）08-0037-02

Abstract： Fingerprint identification technology is a kind of technology that uses human biological characteristics for identification， which refers to the close combination of computer and high-tech means such as optics， acoustics， biosensors and biostatistics principles. The identification of personal identity is carried out by using the inherent physiological and behavioral characteristics of the human body. The GSM module is used to alarm， and when the fingerprint is not used， it will immediately send a message to the connected mobile phone. The GSP positioning system is used to track and locate the item after it is stolen， and a layer of insurance is added to the personal property to ensure that its location information is known， so that the lost thing can be located quickly and the owner is protected from loss. Fingerprint anti-theft and locate on tracking are well adapted to today's information society.

Keywords： fingerprint identification; GSM; GPS

1 概述

論文設(shè)計(jì)了指紋識(shí)別密碼鎖。它是一個(gè)雙重登錄方式的鎖，既可以用指紋開鎖，也可以用數(shù)字密碼開鎖，內(nèi)設(shè)GSM系統(tǒng)，受到陌生人企圖開鎖，警報(bào)燈亮，隨之發(fā)出報(bào)警信息，里面還安裝了GPS定位系統(tǒng)，若是鎖定的財(cái)產(chǎn)被直接盜走，沒有觸碰到指紋器或密碼時(shí)，一經(jīng)用戶發(fā)現(xiàn)，用戶能夠通過手機(jī)自動(dòng)定位指紋防盜鎖的位置，及時(shí)的對緊急情況做出處理，方便在短時(shí)間內(nèi)找回自己的物品[1]。比起以往的一些舊密碼鎖，智能鎖，跨越了很大的一個(gè)臺(tái)階，大大保障了人們個(gè)人財(cái)產(chǎn)的安全性。防盜鎖發(fā)出的信號會(huì)隨時(shí)被戶主接收到。

2 系統(tǒng)概述

2.1 系統(tǒng)原理

從工作模式來看，指紋識(shí)別系統(tǒng)可分為在線和嵌入兩種類型。嵌入式指絞識(shí)別系統(tǒng)集指紋采集、特征提取、特征匹配等功能于一體，具有體積小、安全性高、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，可以方便地嵌入到各種不同的應(yīng)用設(shè)備上，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。它在現(xiàn)實(shí)生活中有重要的作用[2]。隨著計(jì)算機(jī)圖像處理和模式識(shí)別理論以及大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，指紋防盜鎖利用指紋的唯一性，為每個(gè)用戶量身打造一款只屬于自己的防盜鎖[3]。

2.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)采用人體指紋作為用戶的唯一生物識(shí)別，控制指絞防盜鎖實(shí)現(xiàn)防盜效果。功能達(dá)到了三個(gè)效果，通過用戶指紋的唯一性，只有用戶自己才能通過指紋識(shí)別開鎖;或者是用戶通過自己設(shè)定的六位數(shù)密碼來達(dá)到開鎖目的，系統(tǒng)里面有GSM模塊，當(dāng)非戶主識(shí)別鎖三次錯(cuò)誤之后，GSM 向程序里面預(yù)留的手機(jī)號發(fā)出報(bào)警信息。系統(tǒng)采集的特征指紋模板都會(huì)保存在DSP存儲(chǔ)器中，一次只能保存一個(gè)指紋，其三，系統(tǒng)里面安裝了GPS，用戶可以通過手機(jī)詳細(xì)定位到指絞防盜鎖的位置，大大增加了安全性。系統(tǒng)具有非常靈活的撤銷防御設(shè)置，如果需要將其給其他人使用，可以完全取消系統(tǒng)，而不會(huì)影響朋友的使用。通過自己的指紋識(shí)別撤防，然后在驗(yàn)上朋友的指紋模板，方可提供給朋友使用。

2.3 系統(tǒng)整體硬件設(shè)計(jì)

采用STC89C51單片機(jī)作為主控電路，同時(shí)采用DSP處理器，系統(tǒng)整體由以下幾部分構(gòu)成：人機(jī)交互界面、單片機(jī)、GSM報(bào)警、數(shù)據(jù)處理、電源、指紋模塊，其中，GSM報(bào)警、數(shù)據(jù)處理、指紋模塊是三大重點(diǎn)部分。

2.4 指紋軟件模塊

指紋在注冊時(shí)，需要連續(xù)按兩次指紋，經(jīng)過指紋傳感器提出模板發(fā)送到DSP處理，將它存儲(chǔ)在指紋數(shù)據(jù)庫中，然后將兩個(gè)指紋相對比，發(fā)現(xiàn)特征，返回最終相對應(yīng)的結(jié)果。有兩種比對的特征匹配方法，一種數(shù)字密碼匹配，另一種就是指紋匹配，在指紋識(shí)別之前，必須先驗(yàn)證ID識(shí)別，然后才能正確執(zhí)行指紋特征匹配。在使用指紋防盜鎖時(shí)，用戶一般會(huì)留下多個(gè)指紋，用戶開鎖時(shí)，需要將一個(gè)指紋與數(shù)據(jù)庫里面多個(gè)指紋進(jìn)行比對，對應(yīng)其中一個(gè)，則鎖開，一個(gè)對多個(gè)匹配大多是在指紋識(shí)別系統(tǒng)運(yùn)用的比較多。該系統(tǒng)軟件主要是MCU控制系統(tǒng)監(jiān)控程序，DSP處理系統(tǒng)，指紋辨別的計(jì)算，指紋的采集方法，運(yùn)行程序，人機(jī)交互界面等部分。DSP處理系統(tǒng)主要用于DSP系統(tǒng)的初始化，采集指紋的特征數(shù)據(jù)，并且作出一系列處理，保存指紋模板。

2.5 指紋錄入與刪除模塊

初步使用時(shí)，系統(tǒng)會(huì)給用戶發(fā)一個(gè)初始ID號，密碼會(huì)設(shè)計(jì)為六個(gè)零，通過指紋傳感器，系統(tǒng)收集用戶的指紋，指紋防盜鎖的DSP功能會(huì)識(shí)別并保存到指紋數(shù)據(jù)庫。指紋會(huì)存儲(chǔ)在指紋特定的數(shù)據(jù)庫中，記號為001然后，指紋防盜鎖會(huì)關(guān)聯(lián)這個(gè)ID號。指紋模塊是用于將收集的指紋特點(diǎn)與使用者一開始設(shè)定的指紋登錄相比較，這樣就能夠辨認(rèn)是不是戶主。用戶能夠使用不同的指紋來注冊，當(dāng)然也會(huì)匹配不同的ID號。指紋登記之后，指紋防盜鎖會(huì)通過LCD顯示屏向用戶反映指紋對應(yīng)的ID號，有時(shí)候指紋過多，也就方便通過不同的ID號來刪除指紋。使用鍵盤按下生成新ID的鍵，MCU讓HPI接口向DSP傳輸一系列命令。這個(gè)時(shí)候，按住自己的手指到指紋識(shí)別模塊上，經(jīng)過DSP控制收集指紋。若是指紋采集成功，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)指紋模板，系統(tǒng)會(huì)主動(dòng)將其存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，在LCD屏幕上發(fā)出成功指令。若是按壓指紋的方式不對，或是滑動(dòng)的速度過快，指紋可能會(huì)采集不到，這時(shí)候，指紋無效，無法打開指紋防盜鎖。

在鍵盤里按下“刪除”鍵后，LCD顯示屏?xí)霈F(xiàn)登錄用戶指紋的ID號和所要?jiǎng)h除的指紋模塊，這樣能夠方便用戶選擇指紋和要多余的ID號，傳送一個(gè)“刪除”信息指令。當(dāng)DSP微處理器收到MCU傳輸?shù)男畔⒅噶睿到y(tǒng)會(huì)找到和該ID號相同的指紋模板，接著，傳給到處理器，處理器會(huì)在數(shù)據(jù)庫中查找特征信息，作出刪除處理。當(dāng)MCU接收到DSP返回的結(jié)果時(shí)，若是DSP的刪除成功，LCD屏幕上面也會(huì)顯示刪除成功，若不符合權(quán)限或者是沒有相應(yīng)的ID號和指紋則無效。

3 人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)

在指紋防盜系統(tǒng)中，人機(jī)交互界面是用戶最直接接觸頁面，一個(gè)好的人機(jī)交互頁面會(huì)給用戶帶來更舒適的體驗(yàn)，指紋防盜鎖的內(nèi)部信息數(shù)據(jù)處理是通過單片機(jī)和程序控制，但是最后處理完成的結(jié)果最終還是要反映到屏幕上的，給用戶最直觀的了解，從啟動(dòng)系統(tǒng)，人機(jī)交互界面開始初始化，經(jīng)過指紋輸入經(jīng)過DSP處理產(chǎn)生信息，或者是通過鍵盤輸入密碼產(chǎn)生一系列的指令，人機(jī)交互界面會(huì)顯示注冊、登錄、刪除，最后成功或者失敗，都會(huì)在界面上有所指示。如圖1所示。

人機(jī)交互界面的硬件電路設(shè)計(jì)在指紋防盜鎖中起著重要作用，在設(shè)計(jì)中指紋防盜鎖的交互頁面主要由鍵盤和LCD顯示模塊組成。而這兩重要的組成部分都是被MCU系統(tǒng)控制的，MCU監(jiān)控的設(shè)備很多，包括HPI通信接口，GSM報(bào)警模塊，防盜鎖啟動(dòng)部分，鍵盤輸入，LCD顯示屏幕等。

4 系統(tǒng)定位和報(bào)警模塊

設(shè)計(jì)中使用SIM900A作為GSM的模塊，用STC89C52單片機(jī)為控制核心連接GSM，并安裝了警報(bào)燈和LED指示燈，正常工作時(shí)，LED燈間隔3秒鐘亮一次，顯示信號良好，可以接受報(bào)警信息，若是LED燈連續(xù)發(fā)生閃爍，則表明無信號，設(shè)計(jì)當(dāng)中把手機(jī)卡放入卡槽，當(dāng)陌生人侵入系統(tǒng)時(shí)，指示燈會(huì)發(fā)出亮光，持續(xù)三秒后熄滅，在這個(gè)時(shí)間段，它會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)給SIM9001A，然后在通過SMS短信的模式發(fā)送給戶主手機(jī)。戶主將在三秒后準(zhǔn)時(shí)收到系統(tǒng)入侵信息。例如“有陌生人侵入系統(tǒng)”語句，下一步發(fā)送AT+CMGS手機(jī)號碼，延時(shí)100ms，發(fā)送數(shù)據(jù)的ASCII碼，再發(fā)送AT結(jié)束符，返回結(jié)果，這就是大致的運(yùn)行過程。如圖2所示。

5 結(jié)束語

采用單片機(jī)STC89C52、指紋識(shí)別技術(shù)和無線通信GSM技術(shù)和GPS定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一款指紋防盜鎖，它利用人體指紋的生物特征的唯一性，通過指紋識(shí)別控制鎖的打開與關(guān)閉，不僅具有自主報(bào)警功能，能對非物主進(jìn)行識(shí)別，還能進(jìn)行自我定位，若物品遺失，能立刻報(bào)警，并定到相應(yīng)物品的位置，增加了其安全性能。將物主與指紋防盜鎖緊緊的聯(lián)系在一起，只要有異常，用戶時(shí)刻可以收到信息，設(shè)計(jì)采用了LCD屏和鍵盤按鍵作為簡要的人機(jī)交互部分，鍵盤用來輸入密碼，屏幕來傳遞信息，隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，這種結(jié)合GSM和GPS且具有唯一自身指紋識(shí)別的指紋防盜鎖將會(huì)被廣泛使用，在將來，可以將該設(shè)計(jì)更加簡化，縮小化，容易安裝，還可以像目前最先進(jìn)的人臉識(shí)別開鎖，增加蜂鳴報(bào)警器，還有一些列的震動(dòng)傳感器，使指紋防盜鎖更進(jìn)一步，擴(kuò)展到更多的領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

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