基于STM32的指紋鎖控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉丹妮 韓佳志

摘 要：論文主要包括以下幾個(gè)方面，首先對(duì)指紋密碼鎖控制系統(tǒng)的研究背景與研究意義進(jìn)行簡(jiǎn)要的闡述，并針對(duì)國(guó)內(nèi)外當(dāng)今指紋鎖的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)并提出了一些可能存在的問題。然后思考本次設(shè)計(jì)所要完成的指紋密碼鎖所要實(shí)現(xiàn)的功能，初步確定出該設(shè)計(jì)所要達(dá)到的目標(biāo)。再根據(jù)具體的任務(wù)，決定采用戰(zhàn)艦STM-32作為本次控制系統(tǒng)的核心，并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)，并針對(duì)核心模塊，比如矩陣鍵盤、指紋識(shí)別、顯示系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)等進(jìn)行具體闡述，最后對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行總結(jié)與展望。

關(guān)鍵詞：指紋識(shí)別系統(tǒng) STM32型 矩陣鍵盤 報(bào)警系統(tǒng) 顯示系統(tǒng)

0 引言

每個(gè)人的指紋都有所不同，具有唯一性。它是人類進(jìn)化過程中自然形成的一種位于我們手指尾部因?yàn)槠つw的凹凸程度不同而形成的一種紋路。除了唯一性以外，遺傳性以及不變性也是指紋的兩大特征。在當(dāng)今世界的研究中，暫時(shí)還沒有人發(fā)現(xiàn)某兩人有相同的指紋，因此指紋是我們每個(gè)人都隨身攜帶的一種特別的標(biāo)志。而正因?yàn)檫@一特性，在國(guó)內(nèi)外的公安部門中，利用指紋鎖定犯罪嫌疑人是最常見的手段之一，當(dāng)然，如今的科技越來越進(jìn)步，指紋已經(jīng)不僅僅運(yùn)用于公安系統(tǒng)破案了，它越來越走近我們的生活。而這一切的功勞，則不得不歸結(jié)于廣電傳感器的誕生。因此現(xiàn)在指紋識(shí)別已經(jīng)被運(yùn)用于各種場(chǎng)合。

指紋密碼鎖就是指紋識(shí)別技術(shù)應(yīng)用的最廣泛的場(chǎng)合之一。相較于傳統(tǒng)的鑰匙鎖，指紋鎖的出現(xiàn)，憑借著指紋的唯一性與多樣性，更加保障了我們的人身安全與財(cái)產(chǎn)安全。因此，指紋密碼鎖的可靠性，就成為了它的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體要求：

以STM32開發(fā)板為核心，配合FM-180指紋識(shí)別模塊和2.8寸TFT彩色液晶顯示屏幕。使用的軟件是KEIL4，并且通過硬件與軟件聯(lián)合仿真達(dá)到控制指紋密碼鎖。

1.2.硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

本系統(tǒng)的硬件由以下幾個(gè)部分組成

整體步驟如下：1.用FM-180指紋識(shí)別模塊進(jìn)行指紋的采集。2.通過算法提取出指紋特征值并且發(fā)送給單片機(jī)3.單片機(jī)發(fā)送命令控制各個(gè)外圍模塊。3.顯示器顯示已錄入的指紋號(hào)。

1.3.軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

本系統(tǒng)的軟件由以下幾個(gè)部分組成

主控制器作為主要的控制中心對(duì)其他四個(gè)模塊進(jìn)行控制，其中指紋識(shí)別主要接收主控制器的指令并發(fā)送數(shù)據(jù)給主控制器并且對(duì)輸入指紋進(jìn)行采集處理。顯示屏顯示各個(gè)狀態(tài)特別是錄入的指紋號(hào)和識(shí)別的指紋號(hào)。按鍵主要實(shí)現(xiàn)模式切換、指紋錄入、指紋清除三個(gè)功能。報(bào)警程序以蜂鳴器為主，通過驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)不同狀態(tài)下不同次數(shù)和間隔的蜂鳴。

2系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)

2.1指紋識(shí)別模塊設(shè)計(jì)：

指紋識(shí)別模塊選用FM-180指紋識(shí)別設(shè)備實(shí)現(xiàn)，F(xiàn)M-180亮背景光學(xué)頭指紋識(shí)別設(shè)備采用光學(xué)指紋傳感器，由高性能DSP處理器和FLAH等芯片構(gòu)成。供電電壓3.6-6.0V，供電電流<120mA，匹配方式有比對(duì)方式（1：1）和搜索方式（1：N）

STM32開發(fā)板板載的USB串口和STM32F103ZET6的串口通過P6連接起來的，其中USART1_RX和USART1_TX是相對(duì)于STM32F103ZET6來說的。通過PA9和PA10接口與外部設(shè)備連接就能實(shí)現(xiàn)和外部設(shè)備的串行通信。

2.2TFT液晶顯示模塊設(shè)計(jì)：

顯示模塊選用2.8寸TFT液晶彩屏實(shí)現(xiàn)，相較于普通的LCD或者OLED有更多的色彩以及分辨率，觀察數(shù)據(jù)更加清晰。

2.3鍵盤模塊設(shè)計(jì)：

STM32開發(fā)板自帶四個(gè)按鍵，鍵盤模塊涉及3個(gè)按鍵，其中按鍵KEY0接PE4;按鍵KEY1接PE3;按鍵KEY2接PE2。按鍵另一端采用開關(guān)形式與GND相連，三個(gè)按鍵與STM32的連接原理如3所示：

2.4報(bào)警模塊設(shè)計(jì)：

報(bào)警模塊主要通過對(duì)蜂鳴器的控制來實(shí)現(xiàn)。STM32開發(fā)板自帶蜂鳴器，蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)連接在STM32的PB8上，與STM32的連接原理如錯(cuò)誤！未找到引用源。所示：

3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)果

3.1系統(tǒng)總體框架：

本系統(tǒng)由戰(zhàn)艦STM32為主要控制中心，同時(shí)外接FM-180指紋識(shí)別模塊以及戰(zhàn)艦STM32開發(fā)板自帶的鍵盤、LCD液晶顯示屏和蜂鳴器。通過對(duì)這些組成模塊的程序控制實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)計(jì)。

3.2指紋錄入模式：

按下按鍵KEY0從系統(tǒng)默認(rèn)的識(shí)別模式轉(zhuǎn)換到指紋錄入模式，按下KEY1鍵開始錄入指紋，錄入成功之后就會(huì)生成并顯示一個(gè)指紋號(hào)對(duì)應(yīng)你現(xiàn)在的指紋，再次按KEY1鍵，繼續(xù)錄入指紋，成功之后按照加1的計(jì)數(shù)順序繼續(xù)生成新的指紋號(hào)碼。

3.3指紋識(shí)別模式：

系統(tǒng)初始默認(rèn)為指紋識(shí)別模式，進(jìn)入系統(tǒng)就可以進(jìn)行指紋識(shí)別的操作，當(dāng)然如果通過按鍵KEY0切換到了指紋錄入模式，同樣可以切換回來。LCD液晶顯示屏顯示當(dāng)前的模式。如果識(shí)別成功，LCD顯示識(shí)別成功并顯示匹配的指紋號(hào);如果識(shí)別失敗，顯示紅色的識(shí)別失敗，并且將指紋號(hào)歸零即當(dāng)前無指紋。

總結(jié)

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，實(shí)現(xiàn)了指紋錄入和識(shí)別兩個(gè)基本功能，并且在按下按鍵KEY2的情況下，清除所有指紋，指紋號(hào)顯示為零，模式自動(dòng)轉(zhuǎn)換到錄入模式。通過LCD液晶顯示頻顯示當(dāng)前模式和指紋輸入和處理狀態(tài)，鍵盤模塊的按鍵功能也基本實(shí)現(xiàn)，蜂鳴器也能夠按照預(yù)想的設(shè)定進(jìn)行不同狀態(tài)下不同次數(shù)和間隔的蜂鳴。指紋錄入能夠在上一個(gè)指紋錄入成功的狀態(tài)下繼續(xù)進(jìn)行指紋的錄入。指紋識(shí)別也能夠顯示與當(dāng)前現(xiàn)場(chǎng)指紋相匹配的指紋號(hào)。

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