基于51单片机的智能门禁系统设计和实现.doc

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1、基于51单片机的智能门禁系统设计和实现摘要：如今随着社会经济和科学实现质的飞跃，基本上市面的电子商业产品被要求为既要体积轻微量小，又要能够被让人们容易携带。这些标准，成为了电子商用产品未来的主要发展方向，所以我们会发现现今社会越来越方便，处理起事情来越来越快速高效。安全问题又是人们现代居民最关心的问题，可以用钥匙开的拴式门锁既不安全，也很麻烦，所以人们对门锁的要求也越来越高。人们真正想要的是一个既要安全防盗，又要使用方便的智能门禁系统的积极性。本次课题设计的是一款既可以用指纹模块进行指纹的权限的识别检测和验证来做出开锁的操作，也可以用IC无线射频卡开锁，可以通过无线射频模块进行IC卡读取、添加

2、、删除等操作的基于51单片机的智能门禁系统，并通过液晶显示器进行输出显示，然后用继电器、发光二极管和电磁锁进行模拟开锁动作。关键词：安全防盗、使用方便、51单片机、指纹、IC无线射频卡Design and Implementation of Intelligent Access Control System Based on 51 Single Chip MicrocomputerAbstract：Today, as socio-economic and scientific leaps are made, essentially commercially available e-commer

3、ce products are required to be small in size and easily portable. These standards have become the main future direction of electronic commercial products,so we will find that todays society is becoming more and more convenient, handling things more and more quickly and efficiently. Safety is also th

4、e most concerned problem of modern residents, can be opened with the key chain door lock is not safe, but also very troublesome, so people are more and more demanding of door locks. What people really want is the enthusiasm of an intelligent access control system that is both safe and secure and eas

5、y to use. This project is designed to use the fingerprint module to identify the authority of fingerprint detection and verification to make the operation of unlocking, but also can use the IC radio frequency card to unlock, can read, add, delete and other operations through the radio frequency modu

6、le IC card intelligent access control system based on 51 single chip microcomputer, and through the liquid crystal display output display, and then with relays, light-emitting diodes and electromagnetic locks analog unlock action.Keywords：safe and anti-theft， convenient， 51 single chip microcomputer

7、， loops and whorls on a finger，IC radio frequency cards.目 录1.绪 论11.1.智能门禁系统的背景分析11.2.国内外研究的现状分析11.3.课题设计的研究意义21.4.系统预期实现的基本功能32.系统方案论证及分析42.1.系统总体方案选择42.2.系统总体方案设计42.3.系统相关技术分析52.3.1.指纹识别技术52.3.2无线射频RFID技术62.4.系统方案可行性分析63.门禁系统硬件设计73.1.系统硬件总体设计73.2.STC89C52单片机系统设计73.3.系统显示模块设计83.4.系统识别模块设计93.4.1.指纹识别

8、模块设计93.4.2.IC卡射频模块设计103.5.系统门控模块设计113.5.1.存储模块设计113.5.2.电机开锁模块设计123.6.按键控制模块设计124.门禁系统软件设计134.1.系统软件总体设计144.2.STC89C52单片机系统主程序设计144.3.系统显示模块子程序设计154.4.系统识别模块子程序设计164.4.1.指纹识别模块子程序设计164.4.2.IC卡射频模块子程序设计174.5.系统门控模块子程序设计184.5.1.存储模块子程序设计184.5.2.电机开锁子程序设计194.6.按键管理子程序设计205.系统的测试225.1.系统测试的操作流程225.2.Kei

9、l5软件编译和程序烧写225.3.功能模块测试235.3.1.显示模块测试235.3.2.识别模块测试245.4.3.门控模块测试245.5.系统总体测试256.结论28参考文献：29致谢301.绪 论智能门禁系统在我们的现代日常生活中被广泛的应用，它已经完全地融入到了我们人类的生活和工作之中。随着现代科学技术的不断发展，智能门禁系统发展到现在为止，相关技术愈加成熟、安全性也显著地高，融合了多种现代学科学术方面的技术内容，而且应用非常的广泛，只要是需要人们经常走动的地方、人员交流密集的地方，而且需要对这些人们进行出入区域权限的管理，就可以应用这个智能门禁系统。这个智能门禁系统，既可以能够很好地

10、对这些进进出出的人群进行权限的管理，防止没有合法权限的非法人员进入到这些比较有安全隐患和财产隐患的重要地方，进行违法盗窃的行为，又可以非常好地利用自己独有地生物特征和密码隐私，简单而高效地开锁地操作。1.1.智能门禁系统的背景分析只要是人员交流密集，人员来往频繁的地方，就会有锁的存在。人心难测，害人之心不可有防人之心不可无，所以对我们来说我们在存储财产的地方设置锁，就是为了避免产生一些不必要的麻烦。防人的目的达到了，但是我们自己也会面临的开锁的事情，我们日常生活中的需要的锁非常多，因而我们每次出门时必须带的钥匙也非常多，而且每种锁芯智只能匹配一种型号的钥匙，所以钥匙的数量多，种类又多，出入大门

11、的时候往往会因为找钥匙而花费大量的时间。最可怕的是，如果我们的钥匙一不小心给丢了，我们那就面临着自己的门锁也会开不开的尴尬局面，既不方便，又不安全。还有，现今社会小偷小盗时常会发生，让人无法安心，一些猖獗的不法分子还会利用各种各样的开锁工具和开锁技术进行强行开锁盗窃。这些确确实实存在的社会问题再一次吸引了人们的注意，为此现在许许多多的商家把目光放到了如何设计一个既要安全可靠，又要使用方便的智能门禁系统上。1.2.国内外研究的现状分析 如今信息科学技术的观念早已经深入人心，人们不再满足于以前那个安全性不高，而且使用非常麻烦的老式开锁方式，而是需要一个既能够进行权限的管理，安全可靠，人们的财产安全

12、和生命安全能够很好的保护，又可以能够使用非常方便而且开锁高效的智能门禁系统。现今经济高速发展，房地产业的发展如日中天，各种楼宇大厦相继建成，门禁系统作为楼宇的第一把关和不可缺少的配套设施，已经被广泛地应用在办公室、小区、大厦、宾馆、公共场所等大门、房间和通道的管理。目前而言，我们的相关技术发展刚刚起步，渐渐趋于成熟，但是比起国外而言还是有很大的差距，基本上，我们的大部分的技术都是仿照国外的技术，我们自己的技术专利非常少，有的也只是在国外的技术上进行升级更新，但是本质上还是套用国外的那套模板。我们自己的产品主要是购买外国的门禁系统配件或者核心芯片进行重新仿制，进行二次软硬件设计开发，从而转换成为

13、自己的产品，而且生产产品款式单一，研究和开发成本也比较高。 国外对于智能门禁系统的研究开发和应用比我们要早很多，特别是美国和欧洲、还有部分亚洲的发达国家等发达的资本主义国家，几乎掌握和垄断了其大部分的关键核心技术。虽然智能门禁系统的发展也仅仅只是近些年来的事情，但是我们相对来说起步较慢，而且教育水平和教育能力以及实践应用能力比不上国外，所以现在来说我们比起国外来说还是有较大的差距，但是仅仅是时间上的问题，近些年来国家大力发展科学技术，引进国内外优秀人才，在未来的某一个时间段，我们一定可以拥有属于我们自己的技术并走在国际前列。1.3.课题设计的研究意义首先，我的专业所学的内容与本次课题设计所要求

14、的技术基本相符合，在学校上课期间也做了许许多多与单片机相关的操作实验，所以做起类似的课题设计来相对来说比较有经验，操作起来也是更加熟悉。其次，单片机在最近几年来的发展有目共睹，许许多多的商业电子产品都是在51单片机的板子去应用实现的，它结合许许多多的技术为一体，性价比高，使用广泛，技术成熟，在一定程度上影响人们对选择和消费生活的方式，即是更加的智能化。无限射频IC卡技术在最近几年来得到了飞跃式的发展，与其技术相关的应用在现在已经非常普遍了，主要应用在商业交易和楼宇等领域。指纹识别技术，现在也日趋成熟，被越来越多的应用到如手机等智能产品上边。可以说以后应用无线射频技术和指纹识别技术会越来越频繁，

15、所以我们在本次的课题设计中选择了利用单片机，进行可以输入密码开锁、射频IC卡开锁、指纹识别开锁作为智能门禁系统的基本功能，顺应了时代的发展趋势和发展潮流。1.4.系统预期实现的基本功能智能门禁系统在启动后，在显示器上能够显示相应的指示内容和可进行的操作，我们可以通过输入密码来进行开锁，当密码输入正确的时候指示灯会亮起且电磁锁打开，而密码输入错误的时候会在液晶上显示错误，指示灯和电磁锁不作反应。同样，我们也可以通过指纹和IC卡进行开锁，当指纹信息和IC卡信息不正确的时候也会在液晶上显示。我们可以进入系统的设置模式对权限的合法性进行设置，可以进行密码的修改，指纹信息的添加、删除和清空，IC卡的添加

16、和删除的操作等等这些基本功能的实现。302.系统方案论证及分析2.1.系统总体方案选择在本次的课题设计中有多种方案可以给我们提供选择，例如，我们可以采用数字电路进行控制，使用四组2输入端与非门的74LS112芯片，一共设置了九个按键可供用户输入，但是真正有效的按键只有四个。但是这个芯片系统有很大的局限性，当用户输入密码的时间过长，超过10秒（也可设置20秒），系统将自动报警，且连续报警三次后，键盘会被锁死；而且输入密码时如果不小心按到无效键时，会清空并重新输入密码。所以该设计方案虽然简单，但是控制系统的功能简单、灵活度和准确性较差，故而不采用。而STC51系列的单片机在性能、功耗、存储、中断和

17、优先级、定/计时、运行速度、I/O口、串行接口等方面都有着很大的优势，性价比高，且在我们平时的学习中，实验课上接触最多的便是51单片机系列的芯片，所以对它们操作起来也是相对得心应手。最为主要的是，我们所选用的STC89C52单片机可供我们选择的引脚功能较多，基本上可以很好的满足我们本次课题设计功能的需求。基于这些因素，所以在本次设计中，我们选择采用了STC89C52单片机芯片。2.2.系统总体方案设计我们本次课题设计是使用指纹识别+无线射频IC卡+密码进行开锁的智能门禁系统。本次课题设计我们采用系统核心控制部分是51单片机系列的STC89C52芯片控制器，结合外围电路，如系统门控模块电路、系统

18、显示模块电路、系统识别模块电路和按键控制模块电路等等，并把这些电路集合在一起，相互连接，组成整个系统的电路。这就是我们本次课题选择中所想设计的智能门禁系统。该智能系统除了基本的输出显示之外，还应该有三种不同的开锁方式。第一，物品们可以进行用按键密码输入开锁。输入正确的密码后系统才会将电磁门锁打开，如果密码输入错误，系统会在显示器上输出显示密码错误提示。而且如果密码连续输入错误三次将会自动报警，然后将整个系统锁死，不能进行其他任何操作。密码是可以由用户自己修改重新设置，但是用户要先进入设置模式。我们在修改密码的时候需要输入修改前的旧密码，并且再输入新密码的时候，系统会提示我们再次输入新的密码。再

19、次输入新密码后按下确定键便设置成功。第二， 指纹识别开锁。开机时，系统进行初始化操作后，指纹模块的光学探测头会处于工作状态，进行指纹的识别。当检测到有合法权限的指纹录入的时候，指示灯会亮起，电磁锁打开，系统的液晶显示器上会显示相应指纹的编号；当检测到非法权限的指纹录入的时候，指示灯和电磁锁不做任何反应，液晶显示器上则会显示指纹信息错误；我们可以进入设置模式进行指纹权限的设置操作。第三，无线射频IC卡开锁。开机时，系统进行初始化操作后，无线射频模块的读卡器会处于工作状态，进行IC卡的识别。当检测到有合法权限的IC卡录入的时候，指示灯会亮起，电磁锁打开，系统的液晶显示器上会显示相应IC卡的编号；当

20、检测到非法权限的IC卡录入的时候，指示灯和电磁锁不做任何反应，液晶显示器上则会显示IC卡信息错误；我们可以进入设置模式进行IC卡权限的设置操作。2.3.系统相关技术分析2.3.1.指纹识别技术指纹识别技术可以说在本世纪中大放异彩，这项技术自从发明者被创造出来便被人们赋予了很高的期望，而它也不负众望，顺利地在本世纪的最重大科学技术中留名。现如今随着科学技术的不断深入发展，该项技术日益成熟，它在各个领域的应用也日趋广泛，几乎与我们生活形影不离。本次课题设计中，运用指纹识别技术来进行开锁操作可以说是既稳定又准确，也非常顺应时代发展的潮流特色。根据我们了解知道，指纹其实就是我们手指表面弯弯曲曲的纹路。

21、我们每个人的指纹几乎是不一样的，只有一小部分的指纹特征是有可能相似的。所以科学家们很好地把握这一特性，把我们手指指纹的利用电子计算机来生成一些指纹的特征，并把这些主要的指纹特征生成一种模板存放起来。我们如果要进行指纹检测的时候，仅仅需要把我们的手指指纹放在探测器上，让指纹识别器对我们的指纹与存放起来的指纹特征进行识别和匹配，这样就可以很快速而且高效地判断出我们录入的指纹是否与存放起来的指纹特征是否匹配。2.3.2无线射频RFID技术无线射频RFID可以说是早在上个世纪90年代的欧美国家就已经兴起，在本世纪在我国国内开始兴起，发展至今日，已经算是应用的非常成熟，特别是应用在一些体积小型，传输距离

22、较近的器件上。例如快递扫码、运动计时、门禁控制、电子门票、道路自动收费等等。虽然无线射频RFID技术传入我国的时间较短，但是最近几年来，我国商品经济快速发展，成为世界第二大经济体，在商品标签和检测上大量使用了无线射频RFID技术，还有我国的快递运输业因为商品经济的发展而得到大飞跃，成为第一快递运输国，而快递的扫码和取件等等操作都是应用了RFID技术。可以说在中国，该项技术也可以说是非常的成熟，与我们的日常生活息息相关。2.4.系统方案可行性分析本次系统方案的设计是可行的，虽然可以供我们选择的单片机种类繁多，并且每种不同类型的单片机都有其特殊的应用环境，但是只有对单片机和芯片进行计较分析，合理选

23、择，因而达到最佳的性价比。51单片机发展日益成熟和完善，成本较低，因其强大的性能和功能可以对代码进行灵活的编程，且有着丰富的I/O接口，能够让单片机对其功能的控制更加地准确，基本上都能够满足实现在方案设计中所描述的功能。而且作为适用性最广泛的单片机之一，它对开发人员的适应性、技术支持和服务都更加的好。因而没必要选择ARM、DSP等系统，价格更贵，且对于本次课题设计的性能过剩。无线射频技术可以说是在全球范围内都是使用非常多的一门技术，该技术日趋成熟，应用也是非常广泛的。在本次课题设计中，利用RFID技术进行短距离实现信号传输以达到开锁的目的是完全可行的。指纹识别技术在这些年大热，在我们生活中使用

24、这种技术也是非常频繁，例如我们每天不离身的手机，进行指纹开锁和指纹支付等等。现在快速的算法匹配使得该项识别技术更加精准。在本次设计中用IC射频卡+指纹识别相结合来进行开锁是当今现代门禁系统开锁的主要方式。3. 门禁系统硬件设计本章主要是对智能门禁系统进行硬的件设计。首先对该系统进行总体的硬件设计，以STC9C52为单片机核心控制，并对单片机的引脚和功能控制进行设置，然后在外围添加门控门控、显示门控、识别模块和按键控制模块，并分别对各个模块进行设计。3.1.系统硬件总体设计单片机控制部分为核心，其它部分则主要分成4个主要模块结构：系统显示模块、系统识别模块、系统门控模块。整个门禁系统主要工作流程

25、为：系统初始化后，系统的识别模块、系统的门控模块、系统的按键控制模块也进行初始化后处于工作状态的时候，会驱动单片机响应对应的操作，并把这些对应的操作通过显示模块来输出显示。图3-1 系统框架图3.2.STC89C52单片机系统设计在本次课题设计中，我们选择采用的是由STC公司所研发的STC系列单片机STC89C52单片机系统作为控制的核心。STC89C52单片机在功耗、性能、运行速度、抗干扰性、I/O接口和存储等等方面上都有着非常好优势。单片机内部含有32位I/O线，全双工串行接口，8K字节的Flash闪存，512byte的RAM内存，4KB的ROM内存，16位的定时器和计时器有3个，4个外部

26、中断等。这些因素使得我们STC89C52单片机的应用功能非常强大，我们这次课题设计锁需要的功能和用途，这个单片机的功能是完全够用和满足的。下图3-2为STC89C52引脚功能说明。图3-2 STC89C52引脚图根据本次课题设计的要求，单片机的控制核心需要完成相应的功能需求：（1） 接收指纹模块、IC卡射频模块发送过来的数据并且完成处理；（2） 控制电机转动实现是否需要开锁，指示灯、蜂鸣器是否需要工作；（3） 控制液晶显示器进行输出显示的工作；（4） 控制处理从键盘反馈过来的信息数据。3.3.系统显示模块设计本次课题设计选用的液晶显示模块为12864LCD，它是4*4点阵字符构成。由该液晶显示

27、器具有功耗低、电压低、性能高、平板型结构、所能显示的信息相对较多、没有电磁辐射、使用寿命长等优点。基本的模块显示流程为：每当我们要对电子密码锁进行开锁时，屏幕上会显示“欢迎使用电子密码锁”，当我们按下任意按键的时候，屏幕上就会显示“请使用任意一种方式解锁”，然后利用键盘上的我们软件所赋予09数字锁相对应的按键并把这些按键按下用来输入密码。出于安全的考虑，我们把按键输入的密码数字用*进行代替，防止密码被盗。下图3-3为LCD12864与单片机的接口连接图。图3-3 12864引脚与单片机连接图3.4.系统识别模块设计3.4.1.指纹识别模块设计本此课题设计的系统识别模块中选择的指纹模块型号是ZF

28、M60，该指纹模块性能好，稳定性高，价格便宜，性价比很高。指纹模块电路如图3-4所示：图3-4 FM608引脚图该指纹模块的主要作用即是光学探测头自动检测扫描指纹，并根据相应操作，完成指纹的扫描、验证、存储、添加、删除等功能。该模块硬件设计的工作流程为：系统初始化后，指纹模块也跟着系统进行初始化操作，初始化完成后，我们按下任意按键，使得单片机处于要进行开锁的操作，然后我们设置指纹模块的光学探测头就会一直处于检测扫描的工作状态下，并把探测头扫描到的指纹进行处理，提取出相应的一些指纹特征，并这些特征匹配到存储中，看是否为与存储器中存储的指纹模板相匹配，如果匹配，则发出一个开锁信号到单片机控制器中。

29、3.4.2.IC卡射频模块设计该IC卡射频模块的主要作用即是读卡器自动检测扫描有无IC卡录入，并根据相应操作，完成IC卡的扫描、验证、存储、添加、删除等功能。我们对IC卡射频模块的主要设计操作是：系统初始化后，IC卡射频模块也进行初始化操作，初始化完成后，我们按下任意按键，使得单片机处于要进行开锁的操作，然后我们设置IC卡射频模块的读卡器一直处于检测扫描的工作状态下，并把读卡器读取到的IC卡进行分析，与存放在该模块闪存内的注册过的IC卡进行匹配，如果匹配，则发出一个开锁信号到单片机控制器中。其基本原理图如图3-5.图3-5 MFRC522引脚图3.5.系统门控模块设计3.5.1.存储模块设计通

30、常情况下，出于对安全的考虑，我们会实现对卡片权限的设置操作，经常会选择一个芯片用来存储我们进行注册过的、合法的权限等信息数据。在本次设计中使用 24C02存储芯片，采用两线串行的总线和单片机通讯，内部组织为 256byte，每个byte共 8 位。存储在这个芯片内部的信息和数据的存储时间非常之久，即是是在芯片不通电的情况下也可以得以保存的很久，而且它的结构相对简单，性能较好，性价比很高。其原理图如图3-6所示。 图3-6存储电路图中1、2、3三个引脚是地址线，也可悬空或者接地，当有存储信息存入的时候，它们就作为地址线存放地址；当存储器内没有存储信息的时候，它们就可以不接或者接地；第5和第8引脚

31、的接线锁接的是为正、负电源；SCL管脚它所连接的是单片机的P21脚相连，用来给单片机发送时钟信号，实现的是串行时钟的功能；SDA引脚是用于弃甲氨所有数据的发送或者接受。3.5.2.电机开锁模块设计电机开锁，顾名思义，就是驱动电机进行开锁的电路。该电路主要由驱动发出信号和收到信号开锁两部分组成。图3-7 电机开锁电路原理图如图3-7所示，其基本工作原理为：每当用户输入的密码为正确的时候、IC读卡器和指纹读取器检测到合法的数据信息，发送开锁请求给单片机控制系统，单片机又会把收到的开锁请求，转换为开锁信号，并发送到电机开锁模块当中。电机开锁模块收到开锁信号后就会驱动电机开锁，且指示灯亮起。如果电机开

32、锁电路没有收到从单片机发过来开锁信号，则电磁锁和指示灯不会做任何反应。3.6.按键控制模块设计由于本次课题设计所用到的按键数量较多，既要进行数字密码的输入，又要通过按键的进行简单的人机交流的操作。所以我们设计思路是把数字按键赋予数值0-9，把字母按键赋予确认、返回、撤销和设置等功能操作。可以看出我们设计的按键功能较多，独立按键式键盘肯定是而不适合来说设置使用的，所以我们采用的是按键功能选择相对较多4x4的16位矩阵式按键键盘。键盘的每个按键功能在具体的软件程序中进行设置 ，从而实现按键键盘不但可以完成数字密码的输入，还可以进行简单的人机交流功能，如确认，返回，撤销和设置等。原理图如图3-8所示

33、。图3-8 矩阵按键电路4. 门禁系统软件设计本章主要阐述的是智能门禁系统的软件设计。首先是对软件进行总体的设计，先是编写单片机核心控制部分的软件代码，该主程序部分主要功能是系统的初始化和界面输出显示，然后并对整个单片机进行检测，看是否有按键按下产生电平波动，如果检测到有相关按键按下，则判断该按键是否调用相关的子程序。第二步我们便要着手对子程序进行设计。该子程序的4个主要部分分别是系统显示模块、系统门控门控、系统识别模块和按键控制模块。编写完这些子程序的代码后，便可以让主程序根据相应操作来调用。4.1.系统软件总体设计该软件应用程序的开发主要分为五大部分，即对51单片机系统核心模块的主体程序开

34、发、对系统显示模块的子程序开发、对系统识别模块的子程序开发、对系统门控模块的子程序开发、和按键控制模块的子程序开发。而子程序的代码编写是为了给主程序接收到相应的指示后可以调用，即对显示模块、识别模块、门控模块、按键控制模块等代码子程序进行调用。系统总体工作流程：单片机在通上电源后，按下电源的开关，主程序便会进行初始化的操作，并在液晶上输出显示界面，然后系统会检测是否有按键按下产生电平波动，如果检测到有，系统则判断是哪个按键，并判断是否需要调用相应的子程序。调用子程序后，系统会根据这些软件代码进行相应操作。4.2.STC89C52单片机系统主程序设计单片机系统主程序的基本巡检过程：首先是系统进行

35、初始化操作，其次也对各个模块进行相应初始化操作，然后系统会检测是否有按键按下产生电平波动，如果检测到有，系统则会判断是哪一个按键，并作出判断是否需要调用相应的子程序。主程序的工作流程描述如下：首先系统进行初始化操作，其次初始化各个硬件功能模块，在液晶上显示相应的人机互动界面，然后对键盘进行扫描，系统根据按下的按键进行液晶的显示，并与识别模块的IC射频卡、指纹模块建立通信，并根据对应按键的操作可以进行按键密码的输入，指纹的录入、IC卡的录入操作，也可以进入设置模式，进行按键密码权限、指纹权限、IC卡权限等的操作。图4-1 主程序功能操作流程图4.3.系统显示模块子程序设计本次课题设计锁采用的LC

36、D液晶显示模块主要完成是相关文字，数字和数据的显示功能。首先该模块会进行初始化操作，然后从单片机上接受到的相关命令指令，然后根据这些指令把相应的内容显示在液晶屏幕上。其原理图如图4-2所示。图4-2 显示程序流程图在显示模块中主要有两大方面的内容，一是系统初始化后所显示输出的人机界面，并且根据检测到的对应按键所进行的操作来输出显示。这个子程序可以设计放在主程序文件C51.c上； 二是单片机加强对液晶的串行通信显示，这段程序设计在SerialLCD12864.c文件中。4.4.系统识别模块子程序设计4.4.1.指纹识别模块子程序设计指纹模块子程序主要分为录入指纹图像、指纹特征提取、匹配指纹库、注

37、册指纹模板、删除指纹模板、验证指纹模板等部分。这些部分的主要功能操作便可以通过这些子函数编写得到。首先，光学探照头会处于检测状态，当有手指录入时对图像进行采集并加以技术处理，并于库中存储的板式进行对比；同理我们进行指纹的注册的时候也是把提取到指纹特征的模板，存放到库中。主要流程图如图4-3所示。图4-3 指纹模块工作流程4.4.2.IC卡射频模块子程序设计IC卡射频模块子程序主要分为IC卡的注册、IC卡的清除、判断IC卡三个主要子函数。IC卡在注册的时候会赋予IC卡相应的序列号并显示，在清除的时候会从存储器里删除，并显示卡号；判断的时候选择卡与存储器里的卡信息进行对比，并输出校验码验证是否通过

38、。其主要工作流程：开机系统进行初始化操作，其次系统对IC卡射频模块进行初始化，读卡器处于检测状态并寻卡，如有卡在读卡器的工作作用区，会进行防碰撞操作，然后选择该IC卡读卡，如果该验证合法通过，门锁打开；非法则门锁不做操作。如流程图4-4所示。 图4-4 IC卡射频模块工作流程图4.5.系统门控模块子程序设计4.5.1.存储模块子程序设计存储模块子程序主要是由2个主要的子函数构成：写程序和读程序。我们把这个模块设计在独立的24C02.h头文件中，可以给后面的开锁子程序来调用。其写程序流程为：发送开始信号，写入存储器写地址并发出答信号0，等待应答，重复刚才发送信号操作，写入存储数据并发出答信号1，

39、发送结束信号停止工作； 读程序的流程为：在上次使用的操作地址上，发送开始信号，写入器件地址并发出答信号0，等待应答，接受传来的数据并发出答信号1，发送结束信号。其主要的功能流程图如图4-5、图4-6所示。图4-5 AT24C02写流程 图4-6 AT24C02读流程4.5.2.电机开锁子程序设计电机开锁模块程序主要是接受来自单片机发送的开锁信号来做出反应的，在单片机上接受的开锁信号可以是由密码输入正确、指纹模块识别到正确的指纹特征、IC卡射频模块检测合法权限的IC卡，这些情况所发出的。系统初始化后，我们按下开锁键输入密码，存储模块会确认输入的密码是否正确，如果密码正确，则指示灯亮起，电机驱动开

40、锁，电磁锁打开；如果密码不正确，且输入三次错误密码时，会启动报警程序，蜂鸣器启动，系统锁死，只能通过系统初始化来重新操作。主要功能流程图如图4-7.图4-7 电机开锁流程图4.6.按键管理子程序设计本次选题的设计所采用的按键键盘是4x4矩阵键盘。这些按键已经是完全够我们用来完成本次毕业设计所预期实现的相关操作的。一般来说，矩阵键盘主要分为数字区0123456789*#和ABCD四个英文字母，如下图4-8所示：图4-8 矩阵键盘在本次选题的设计中，其中在数字区0至9是用来输入密码的；在英文字母区，A按键用来向上向前翻页，B按键用来向下向后翻页，C按键的主要功能是返回操作，D按键的功能是进入管理者

41、模式（更换密码、指纹、IC卡），*按键是撤销按键（当密码输入错误的时候可以按下按键进行撤销），#按键是确认按键。当我们输入密码三次错误的时候，系统锁死的情况下，只有按下复位按键才重新启动才可以退出锁死状态。键盘消抖的工作流程图如图4-9所示：系统启动后等待按键按下，检测到按键按下后，进行延时消抖，并在此检测，如果由按键按下，就会对按键对应的数据进行处理；如无按键按下，则重新检测，并一直如此循环下去。图4-9 键盘程序流程图5.系统的测试5.1.系统测试的操作流程对于系统的测试，我主要安排了三个的操作流程，第一个是Keil5编写软件的编译和程序的烧写，主要是看代码能否正常编译成功，程序的烧写是否

42、成功；第二个是功能模块的测试，主要是看显示模块、门控模块、识别模块能够正常工作；第三个是系统总体功能测试。5.2.Keil5软件编译和程序烧写只有代码能够正常编译且不出现bug，才能够实现我们所设计的内容。由于本次我们设计的单片机芯片是C51系列的单片机（STC89C52），所以我们选择下载Keil5代码编译软件进行代码的编写。在keil软件中，创建项目：多功能密码锁。建立主程序C52.c，然后添加24C02.h、rc522.h、rc522.c等文件到主程序C52.c中并完成代码编写。代码编写完成后，便可以进行相应的编译测试。如果编译没有出现错误可以编译成功（如图5-1所示），然后我们就可以把

43、编译生成的.hex文件烧写到单片机板子上。图5-1 代码编译成功我们在本次设计中芯片选择的是STC89C52，波特率选择的是9600，不能够选错，而且烧写的文件和操作顺序不能够出错。我们把调试测试通过的.Hex代码文件通过STC_ISP程序烧写软件下载到单片机上。如图5-2所示。我们所选择的该烧写软件的操作流程也是相对简单。打开该烧写软件，在单片机型号里选择本次课题设计所选择的单片机STC89C52的型号，然后打开COM端口并把波特率设置为9600，再把keil5的代码编译完成后编译软件生成.hex文件烧写到单片机上，最后根据提示完成下载。图5-2 烧写程序5.3.功能模块测试5.3.1.显示

44、模块测试通上电源后，打开电源开关按键，液晶显示器上显示出：“欢迎使用多功能电子锁”，按下任意按键后会显示：“请使用任意一种方式解锁”。按下复位键后，单片机初始化，又回到初始界面。如图5-3所示。整个显示模块基本上能够正常显示，并且能够执行相应操作。图5-3 显示正常5.3.2.识别模块测试继显示模块测试之后，我们使用IC卡和指纹进行识别。我们把注册过的IC卡和注册过的手指模分别放在IC读取器和指纹光学探测头上，结果我们发现IC卡和手指模都能够打开电磁锁，且在显示器上显示相关的信息。如图5-4。我们把未注册过的IC卡和未注册的手指模分别放在IC读取器和指纹光学探测头上，结果我们发现IC卡和手指模

45、并不能够打开电磁锁，且在显示器上显示相关的信息不正确。如图5-5。图5-4 正常开锁图5-5 无法开锁5.4.3.门控模块测试我们对门控模块进行测试，如果我们输入正确的密码，就可以很清楚地看到电磁锁打开，指示灯亮起；如图5-6.如果输入错误的密码，会发现液晶上显示密码错误，指示灯不会亮起，电磁锁也不会打开，而且，当我们连续三次密码输入错误会导致系统锁死，不能进行其他任何操作。如图5-7.图5-6 密码正确开锁图5-7 密码错误无法开锁且超三次锁死5.5.系统总体测试1.单片机通电后，按下电源开关，液晶上显示开机界面，按下任意按键后便可以进行开锁。如图5-8.图5-8 开机成功2.在矩阵按键键盘

46、上输入正确的密码，开锁成功，指示灯亮起，电磁锁打开，如图5-9所示。图5-9 密码开锁成功3.继续使用指纹进行解锁。指纹信息正确，指示灯亮起，电磁锁打开，并在液晶上显示指纹编号； 如果指纹不正确，不做任何操作。如图5-10所示。图5-10 指纹开锁4.继续使用IC卡开锁。把IC卡放在射频读卡器上，IC卡信息正确，指示灯亮起，电磁锁打开，并在液晶上显示IC卡号； 如果卡号错误，电磁锁不操作。如5-11所示。图5-11 IC卡开锁5.我们可以按右下角的按键，输入正确的密码后，进入管理者模式。如图5-12.图5-12 管理者模式6.在第一个选项点击确认按键，进行密码设置。如图5-13.图5-13 密

47、码修改7. 点击返回按键，向下移动到第二个选项，进入IC卡设置。把IC卡放在读卡器附近，使得IC卡注册成功，并显示卡号；向下移动，并把IC卡放在读卡器附近，使得IC卡注销成功，并显示卡号。如图5-14.图5-14 注册和注销IC卡8.点击返回按键，向下移动第三个选项，进入指纹设置。把手指指纹放在指纹读取器上，可以进行相应的添加指纹、删除指纹和情况指纹的操作。如图5-15.图5-15 添加、删除和清空指纹6.结论本此课题设计主要介绍了基于51单片机的既可以用最简单的输入密码开锁，又可以使用IC卡和指纹开锁的智能门禁系统电子密码锁的设计和实现。该选题设计所使用的是STC89C52的51系列单片机，非接触式IC卡开锁的无线射频模块使用的是市场上较为常见且操作相对简便的RC522芯片模块，指纹开锁模块则是采用了ZFM60芯片模块来实现指纹的识别功能。IC卡读卡器和指纹读取器可以扫描和检测是否有非接触式IC卡和指纹的录入，并且利用液晶来显示它们所读取到的信息，通过按键的辅助可以准确的发送我们所需要进行的任何操作，如添加、删除、更换密码等等，而指示小灯和继电器控制的电磁锁可以用来判断单片机是否已经完成我们发送的指令。经过系统的测试，本次课题设计的系统已经基本上实现了主要功能：1、当指纹读取器和IC卡读卡器检测到合法注册的