新時代門鎖系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

王小慧 徐鵬飛

摘要：本文介紹了新時代門鎖設(shè)計的背景，指紋識別，按鍵密碼鎖，RFID射頻識別的基本知識，然后對新時代門鎖的硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和實現(xiàn)方案進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。本系統(tǒng)實現(xiàn)的是一個基于單片機(jī)的新時代門鎖系統(tǒng)，其中硬件主要由STC89C52單片機(jī)、指紋識別模塊、RFID射頻、矩陣鍵盤、1602液晶顯示屏、電源等組成。系統(tǒng)軟件主要由指紋識別程序、RFID射頻程序，鍵盤掃描程序、1602液晶顯示程序等組成。

關(guān)鍵詞：單片機(jī);指紋識別;RFID射頻;矩陣鍵盤

中圖分類號：TP311 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）25-0216-02

1新時代門鎖原理

該設(shè)計用單片機(jī)作為控制中心，用射頻識別模塊識別IC卡，指紋驗證身份，繼電器模塊模擬電路的開關(guān)閉合，通過按鍵和顯示屏來操作門鎖。

RFID應(yīng)用系統(tǒng)有標(biāo)簽和讀寫器。讀寫器在固定范圍內(nèi)產(chǎn)生電磁場，標(biāo)簽在電磁場區(qū)域感應(yīng)到讀寫器發(fā)射出的信號，標(biāo)簽發(fā)送產(chǎn)品信息，讀寫器接收標(biāo)簽發(fā)送過來的數(shù)據(jù)后進(jìn)行解碼校驗數(shù)據(jù)的正確性。

指紋識別首先要經(jīng)由指紋采集儀來采集我們需要的指紋圖像，然后處理這個指紋圖像，再根據(jù)紋型特征對這個指紋進(jìn)行區(qū)別，之后根據(jù)指紋的細(xì)節(jié)特征點(diǎn)進(jìn)行提取，最后則是對實時采集的指紋與數(shù)據(jù)庫中已有的指紋進(jìn)行一一匹配。

密碼技術(shù)是對安全提供的邏輯保障技術(shù)同時也作為信息安全的核心技術(shù)。密碼技術(shù)的核心是密鑰和算法，密碼機(jī)制是密鑰和數(shù)據(jù)加密與數(shù)據(jù)解密的兩者相互結(jié)合組合而成。電子密碼技術(shù)是一種通過密碼輸入來控制系統(tǒng)或是控制電路的一種密碼技術(shù)。

2 硬件介紹和設(shè)計

系統(tǒng)硬件主要有單片機(jī)、12864液晶屏幕、AS608指紋識別模塊、射頻裝置模塊RC522、按鍵模塊、電子鎖、電源電路、蜂鳴器等組成。系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

本次設(shè)計的主控CPU芯片為STC89C52，主要是對其他硬件進(jìn)行運(yùn)算和控制。采用12864液晶顯示屏作為系統(tǒng)的顯示模塊，采用AS608模塊、RC522模塊、鍵盤模塊作為輸入設(shè)備，輸入的數(shù)據(jù)通過單片機(jī)進(jìn)行處理后做出反應(yīng)并通過顯示屏、電子鎖、蜂鳴器表現(xiàn)出來。AS608模塊采用8pin的控制接口、供電電壓為3.3V、采用串口通訊;當(dāng)讀卡器檢測到IC卡時，因為發(fā)生磁/電信號的變更所以會產(chǎn)生壓值，然后讀卡器會解碼IC卡并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)處理并且保存數(shù)據(jù)信息;本設(shè)計采用了矩陣按鍵的設(shè)計方式，采用軟件消抖的方法來解決按鍵抖動的影響，使用逐行掃描法判斷哪一個按鍵被按下。

3 軟件設(shè)計

以下是該系統(tǒng)的軟件流程圖。系統(tǒng)啟動后，首先初始化各模塊，然后自動進(jìn)入按鍵密碼、IC卡、指紋識別的等待模式。按鍵識別，用戶可以輸入密碼進(jìn)行密碼識別，如果用戶輸入的密碼是正確的密碼，門將會自動打開，液晶屏幕上會有提示;如果用戶輸入的密碼是錯誤的密碼，液晶屏幕上也會有相應(yīng)的提示，蜂鳴器會響一聲，用戶初始化密碼為000000;IC卡識別，管理員對用戶IC卡信息進(jìn)行錄入，然后用戶可以直接用IC卡進(jìn)行刷卡進(jìn)入，液晶會顯示對應(yīng)的卡號，系統(tǒng)門會自動打開，并且蜂鳴器和LED燈會進(jìn)行提示;指紋識別需要預(yù)先存儲指紋特征，開門時用手指接觸指紋識別器，STC89C52單片機(jī)向指紋識別模塊發(fā)出指紋對比的命令，指紋識別模塊對指紋進(jìn)行采集并獲取其特征值，然后將開門者的指紋與數(shù)據(jù)庫中的指紋進(jìn)行對比。如果指紋特征值符合，則單片機(jī)發(fā)送確認(rèn)指令分別給液晶顯示模塊和門控裝置模塊處理操作，并且蜂鳴器和LED燈會進(jìn)行提示，如果指紋特征不符合，則不進(jìn)行任何處理。主程序流程圖如圖2所示。

RFID模塊通過芯片對完成數(shù)據(jù)的讀取、修改和儲存等操作，并且能信號送回讀寫器，以此完成一套讀寫操作流程。通常情況下我們使用的讀寫器是由單片機(jī)、天線、特用智能模塊組合而成的，并且還配有與PC的通訊接口、I/O口、打印口等。RFID模塊的設(shè)計流程為開始尋卡，尋卡結(jié)束后判定卡的操作，是寫卡還是讀卡，在寫卡過程中要獲取管理員權(quán)限，只有獲取管理員權(quán)限才能對IC卡進(jìn)行操作，讀卡時若數(shù)據(jù)庫中有此卡的數(shù)據(jù)信息則可以開鎖否則開鎖失敗。卡片是否開鎖成功的具體設(shè)計如下：首先用while語句等待卡片進(jìn)行開鎖，當(dāng)判斷出有卡片的同時用uchar IC_READ（ void ）語句讀卡，然后用void checkcard（void）語句校驗卡。隨后使用PutStr和Write語句顯示門已打開和開門的卡號，然后進(jìn)行一個delay延時，隨后使用PutStr回到初始界面。else語句代表數(shù)據(jù)庫中沒有此卡的信息，此時使用PutStr和Write語句顯示卡未注冊和卡號，然后進(jìn)行一個delay延時，隨后使用PutStr回到初始界面。

指紋錄入首先要采集指紋，將這些采集的指紋分類并提取指紋特征值，然后將這些特征信息錄入到我們建成的指紋庫中，把錄入的指紋編輯存檔并給它們相應(yīng)的編號。每錄入一個指紋后，再根據(jù)其ID號順序，自動存儲FLASH存儲芯片中。指紋開鎖就是新錄入指紋與數(shù)據(jù)庫中已有指紋匹配的過程，只有指紋有效且與數(shù)據(jù)庫中指紋匹配門鎖才會打開。指紋是否開鎖成功的具體設(shè)計如下：首先用while語句等待指紋進(jìn)行開鎖，當(dāng)判斷出有指紋的同時用SFG_identify（）語句檢測指紋，用int_stdcallPatternMatch（）語句進(jìn)行指紋匹配，匹配成功后使用PutStr和Write語句顯示門已打開和開門的指紋號，然后進(jìn)行一個delay延時，隨后使用PutStr回到初始界面。匹配不成功時使用PutStr和Write語句顯示沒有搜索到指紋和請重新按手指，然后進(jìn)行一個delay延時，隨后使用PutStr回到初始界面。

本系統(tǒng)的鍵盤模塊設(shè)計流程大致如下，首先要對按鍵模塊進(jìn)行初始，這一步驟不能缺少，此時所有按鍵所在的位置的行線和列線皆是高電平，這時只需等待按鍵被按下再做出相應(yīng)反應(yīng)，當(dāng)有按鍵被按下的時后通過電平檢測可以判斷出是否有按鍵被按下并且能夠找到具體是哪一個按鍵被按下，隨后進(jìn)行消除抖動再對按鍵進(jìn)行分析，然后再次等待按鍵被按下，具體步驟和上述一樣操作。

4 系統(tǒng)調(diào)試

給系統(tǒng)和各個模塊上電。按下指紋錄入按鍵，用指紋庫中的手指指紋接觸指紋模塊，查看指紋錄入燈和蜂鳴器是否正常顯示，若正常顯示則指紋錄入成功。返回正常工作界面，用手指接觸指紋模塊，如果門能夠正常啟動，并且延時關(guān)閉，則該裝置運(yùn)行完好。在正常工作界面中拿張已經(jīng)注冊過的IC卡放在射頻模塊上，液晶顯示對應(yīng)的卡號，如果門能夠正常啟動，并且延時關(guān)閉，則該裝置運(yùn)行完好。在正常工作界面中在矩陣鍵盤中輸入門禁密碼，并且按確定鍵結(jié)束，液晶是否顯示對應(yīng)的密碼位數(shù)，如果門能夠正常啟動，并且延時關(guān)閉，則該裝置運(yùn)行完好。如果門鎖都能正常打開，說明該整個系統(tǒng)功能都能正常使用。經(jīng)過多次的調(diào)試，最終新時代門鎖系統(tǒng)順利實現(xiàn)。

5 總結(jié)

本文主要介紹了新時代門鎖系統(tǒng)，利用指紋識別技術(shù)的觸摸式感應(yīng)方式和步進(jìn)馬達(dá)的門控裝置，實現(xiàn)指紋的采集識別與門控開關(guān)效應(yīng);利用RFID射頻技術(shù)的原理與應(yīng)用，實現(xiàn)了IC卡的讀寫。硬件電路與軟件系統(tǒng)操作簡單且實用。通過測試各個模塊正常運(yùn)行，能夠完整地實現(xiàn)三種不同的開鎖方式。管理員可以自己更改密碼、指紋數(shù)據(jù)信息以及IC數(shù)據(jù)卡信息，這樣的設(shè)計是本系統(tǒng)的亮點(diǎn)。由于知識技能儲備受限和時間原因，該新時代門鎖系統(tǒng)功能還有待改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張潔.基于RDID技術(shù)的智能門禁系統(tǒng)的設(shè)計[D].石家莊：河北科技大學(xué)，2010.

[2]安靜宇.基于非接觸式IC卡門禁系統(tǒng)的設(shè)計[D].西安：西安科技大學(xué)，2006.

【通聯(lián)編輯：梁書】