基于指紋的實(shí)驗(yàn)室鑰匙管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孫盼 高麗華

摘要：介紹了一種基于STC89C52單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)室鑰匙管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)指紋可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室鑰匙的存取、實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人的統(tǒng)一管理等功能，從而解決了實(shí)驗(yàn)室鑰匙丟失、無(wú)法跟蹤等問(wèn)題。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了該方案的可行性。

Abstract： This paper introduces a laboratory key management system based on STC89C52 microcontroller. The system can realize functions such as access to the laboratory key and unified management of the person in charge of the laboratory through fingerprints， thereby solving the problems of the laboratory key being lost and unable to be tracked. Finally， experiments have proved the feasibility of the scheme.

關(guān)鍵詞：AT89C52;鑰匙管理系統(tǒng);指紋

Key words： AT89C52;key management system;fingerprint

中圖分類號(hào)：TP391.41 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）30-0218-03

0 ?引言

目前實(shí)驗(yàn)室的鑰匙是通過(guò)鑰匙盤進(jìn)行存儲(chǔ)，借還隨意，因而經(jīng)常出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室鑰匙丟失的問(wèn)題，同時(shí)也增加了實(shí)驗(yàn)室的安全風(fēng)險(xiǎn)。本課題希望設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)室鑰匙管理系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)室管理員通過(guò)指紋完成鑰匙的存取：系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，將實(shí)驗(yàn)室管理員的指紋及其所負(fù)責(zé)的房間號(hào)提前存儲(chǔ)在控制系統(tǒng)中，當(dāng)錄入的指紋和房間號(hào)與系統(tǒng)中的指紋和房間號(hào)匹配時(shí)鎖打開(kāi)，管理員完成鑰匙的存取，從而保證了鑰匙存取的一致性、可追溯性及其安全性。

1 ?系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體框圖如圖1所示，主要由單片機(jī)及其最小系統(tǒng)、指紋輸入模塊、報(bào)警模塊、顯示模塊、鎖控模塊、矩陣鍵盤模塊及其存儲(chǔ)模塊等部分組成。單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，接收矩陣鍵盤和指紋模塊的信號(hào)，管理用戶信息，控制鎖控單元實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖等功能;矩陣鍵盤模塊用于輸入實(shí)驗(yàn)室管理員的編號(hào)和負(fù)責(zé)的實(shí)驗(yàn)室編號(hào);指紋識(shí)別模塊通過(guò)管理員方式進(jìn)行添加和刪除指紋信息;管理員密碼等信息保存在存儲(chǔ)單元;同時(shí)增加了液晶顯示單元實(shí)時(shí)顯示操作內(nèi)容與提示信息。

2 ?系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 AS608指紋模塊

本課題采用AS608指紋識(shí)別模塊，用于錄入和存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人的指紋信息。其內(nèi)有高速DSP處理單元，與主機(jī)之間通過(guò)串行通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。

①硬件連接AS608模塊通過(guò)串行通訊接口，可直接與單片機(jī)進(jìn)行互聯(lián)。其中，模塊數(shù)據(jù)發(fā)送腳引腳連接到STC89C52的P3.0，模塊數(shù)據(jù)接收引腳連接到STC89C52的P3.1實(shí)現(xiàn)串行通訊，系統(tǒng)硬件連接如圖2所示。

②指紋處理。AS608指紋識(shí)別模塊功能齊全，可以實(shí)現(xiàn)指紋的采集、存儲(chǔ)、搜尋以及與單片機(jī)進(jìn)行串行通訊。當(dāng)需要錄入實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人信息時(shí)，單片機(jī)發(fā)送指令控制指紋模塊完成實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人的指紋信息采集，并將指紋信息對(duì)應(yīng)的工號(hào)、房間號(hào)等對(duì)應(yīng)信息進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ);當(dāng)需要?jiǎng)h除實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人信息時(shí)，指紋模塊根據(jù)單片機(jī)發(fā)出的指令搜尋匹配指紋信息，搜尋到則刪除用戶信息。指紋模塊與單片機(jī)之間指令、數(shù)據(jù)的交互都采用數(shù)據(jù)包的形式進(jìn)行，具體格式如表1所示。

2.2 矩陣鍵盤輸入

為了減少I/O口的占用，本系統(tǒng)采用矩陣式鍵盤向單片機(jī)輸入數(shù)字信息。矩陣鍵盤所有鍵排列成矩陣形式，每條水平線和垂直線在交叉處通過(guò)一個(gè)按鍵加以連接，因此一個(gè)端口可以構(gòu)成16個(gè)按鍵，線數(shù)越多，能外接的按鍵數(shù)也越多。相比于獨(dú)立鍵盤，增加了程序算法的難度，但是節(jié)約了單片機(jī)I/O口的使用。本課題中通過(guò)矩陣鍵盤可以輸入鑰匙管理柜管理員的管理密碼、實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人的工號(hào)及其負(fù)責(zé)的房間號(hào)，其連接方式及功能如圖3所示。

2.3 LCD12864顯示模塊

本課題采用LCD12864圖形點(diǎn)陣液晶顯示器顯示。它主要由行驅(qū)動(dòng)器/列驅(qū)動(dòng)器及128*64全點(diǎn)陣液晶顯示器組成，可以完成圖形顯示，也可以顯示16*16點(diǎn)陣漢字或者顯示8*16點(diǎn)陣ASCII碼。點(diǎn)陣信息以二進(jìn)制碼標(biāo)識(shí)，并被存儲(chǔ)在顯示數(shù)據(jù)單元的存儲(chǔ)元件中，通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)單元中的點(diǎn)陣信息編程就可以獲取需要的圖形和文字，方便靈活。

3 ?系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 界面顯示設(shè)計(jì)

鑰匙管理柜界面分為兩種模式：存取模式和管理模式。鑰匙管理柜在通常顯示下可以進(jìn)行鑰匙的存取功能;當(dāng)用戶需要對(duì)用戶信息進(jìn)行管理時(shí)，需要輸入管理員密碼才能進(jìn)入管理界面;當(dāng)進(jìn)入管理模式下，可以對(duì)用戶的信息進(jìn)行處理，具體如圖4所示。

3.2 管理模式

實(shí)驗(yàn)室鑰匙管理員需要通過(guò)管理員密碼進(jìn)入管理模式下才能進(jìn)行指紋的添加、刪除和密碼的修改。每個(gè)實(shí)驗(yàn)室由專職人員負(fù)責(zé)，為了保證鑰匙存取與實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人的一致性：

指紋錄入時(shí)需要輸入房間號(hào)、負(fù)責(zé)人工號(hào)和指紋;

指紋刪除時(shí)需要輸入房間號(hào)、負(fù)責(zé)人工號(hào)和指紋，并在系統(tǒng)中尋找匹配的信息，能匹配到則刪除，否則報(bào)警。（圖5）

3.3 開(kāi)鎖單元流程

實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人需要存取鑰匙時(shí)錄入指紋，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)輸入的工號(hào)和錄入的指紋匹配房間號(hào)，并將對(duì)應(yīng)房間號(hào)的鎖打開(kāi)。（圖6）

3.4 矩陣鍵盤輸入流程

矩陣鍵盤用于輸入管理人員的密碼、實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人的工號(hào)及房間號(hào);系統(tǒng)采用循環(huán)掃描模式，并增加了延時(shí)防抖功能來(lái)消除按鍵的誤操作;房間號(hào)和實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人工號(hào)支持的最大位數(shù)為3位。（圖7）

4 ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本文使用STC89C52單片機(jī)、AS608指紋識(shí)別模塊和LCD12864顯示等模塊，配合矩陣鍵盤、告警單元，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室鑰匙管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)證明，此方案可行并且可靠，可用于學(xué)校實(shí)驗(yàn)室鑰匙的管理功能，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

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基金項(xiàng)目：2019江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201912920032Y）。

作者簡(jiǎn)介：孫盼（1997-），男，安徽阜陽(yáng)人，南京科技職業(yè)學(xué)院，機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè);高麗華（1981-），女，山東曲阜人，工學(xué)碩士，講師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)電控制技術(shù)。