基于指纹IC卡的楼宇门禁系统的设计.docx
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1、摘要随着科技的发展和人们生活水平的提高,现今中国社会的家庭物质财产比上一个十年有了质的飞跃。提高防盗意识,提升锁具的安全系数成为当务之急。过去沿用至今的传统的机械锁由于其构造的简单,以及已经许久没有技术更新,导致安全系数下降。被撬的事件屡见不鲜。反观电子锁,它的出现是当今智能时代来临的大势所趋,其保密性高,使用灵活性好,安全系数高。智能门锁就算被强行破门,在失窃的情况下也能配合其他智能设备,如监控,对嫌疑人的生物特征进行采集。对后期案件侦破有重大帮助。本设计旨在设计一款基于stc89c52单片机并且集成了指纹认证和IC卡认证的智能密码锁。本设计用stc89c52微控制处理器芯片作为主控,采用指
2、纹识别模块,和IC卡认证模块组成的安全认证系统,可通过矩阵键盘输入的电子密码设置指纹密码解锁和IC认证两种解锁方式。采用LCD12864液晶进行显示和交互反馈。测试结果表明,本系统各项功能已达到本设计的所有要求。关键字:防盗安全,智能门锁,stc89c52单片机,IC卡AbstractWith the development of science and technology and the improvement of peoples living standards, the material property of the family in China has made a quali
3、tative leap over the past decade. It is an urgent task to improve the awareness of anti-theft and the safety factor of locks. In the past, the traditional mechanical lock, because of its simple structure and no technical update for a long time, leads to the decrease of safety factor. There are many
4、cases of being prized. In contrast, the emergence of electronic lock is the general trend of the coming of the intelligent age. It has high security, good flexibility and high safety factor. Even if the intelligent door lock is broken by force, it can cooperate with other intelligent devices, such a
5、s monitoring, to collect the biological characteristics of the suspect in the case of theft. It is of great help to the investigation of later cases.The purpose of this design is to design an intelligent password lock based on STC89C52, which integrates fingerprint authentication and IC card authent
6、ication. In this design, STC89C52 chip is used as the main controller, and fingerprint identification module and IC card authentication module are used as the security authentication system. Fingerprint password unlocking and IC authentication can be set through the electronic password input by matr
7、ix keyboard. LCD12864 liquid crystal is used for display and interactive feedback. The test results show that all the functions of the system have reached all the requirements of the design.Key words: Anti theft security, intelligent door lock, STC89C52 single chip microcomputer, IC card 广东东软学院本科生毕业
8、设计(论文)目录第一章 引言21.1 前言21.2 行业背景31.3 设计特点3第二章 系统设计52.1 硬件模块选择52.2 系统整体设计8第三章 系统硬件电路设计93.1 stc89c52最小系统设计93.2 LCD12864液晶显示器电路设计103.3 AS608指纹识别模块电路设计123.4 蜂鸣器电路的设计133.5 电磁继电器电路设计143.6 整体电路设计如下图15第四章 系统软件设计164.1 软件开发环境164.2 主函数设计164.3 指纹通信设计194.4 LCD12864显示设计21第五章 测试22第六章 结论23参考文献24致 谢25附 录26第一章 引言1.1 前言
9、随着科技的发展和人们生活水平的提高,现今中国社会的家庭物质财产比上一个十年有了质的飞跃。提高防盗意识,提升锁具的安全系数成为当务之急。过去沿用至今的传统的机械锁由于其构造的简单,以及已经许久没有技术更新,导致安全系数下降。被撬的事件屡见不鲜。反观电子锁,它的出现是当今智能时代来临的大势所趋,其保密性高,使用灵活性好,安全系数高。智能门锁就算被强行破门,在失窃的情况下也能配合其他智能设备,如监控,对嫌疑人的生物特征进行采集。对后期案件侦破有重大帮助。回顾锁的历史画卷,锁在中华文化中历史悠久,锁的历史最远可以追溯到中国五千年前的仰韶文化时期,在那时就已经有锁的诞生了,而在商周时期,锁也有比较多的文
10、字记载。到了春秋和战国,因为战争多发,诞生并且促使了机关术的发展,从而促使锁的技术发展。发展速度可以说是突飞猛进。随后锁技术逐步发展,出现了诸如青铜锁,叶片锁,弹子锁等机械结构锁具 。而我们目前常用的门锁便是弹子锁和叶片锁发展改进过来的。但是其实叶片锁和弹子锁技术早在公元8世纪便出现了。尽管通过现代机械工业设计思想对其进行了几次技术提升和结构升级,但是仍然可以说我们现在使用的锁具是一门非常非常“艺术”了。而我们熟知的对门锁最为了解的人有三类,相信都知道是哪三类了。那就是锁具设计师,小偷,开锁匠。而一个成熟的开锁匠,打开一把生活常用锁具,仅仅只需要几分钟。传统锁具之所以如此脆弱,是因为其实由纯机
11、械结构构成的,无论在设计上如何提高复杂度,依旧无法避免锁与锁之间的趋同性。目前所有的锁具其实并未真正拥有防盗之能。所以智能门锁的兴起是必然的。只有通过生物特征数字加密才能做到独一无二的安全防护。1.2 行业背景随着科学技术的进步。物联网技术出现了,智能硬件也在最近两年快速在民众中遍及,而技术的进步也大大降低了智能家居设备的生成成本。越来越多的家庭开始智能化生活,而随着科学技术的进步,门锁也已经从传统的铜制的纯机械结构的机械锁具,发展出夹杂着现代电子科技的各类门锁,甚至还有人脸解锁。智能门锁可以说是智能家居的入门类产品也是最重要的产品之一。智能门锁近几年发展可以说非常迅速,在多个行业不断技术探索
12、下,智能门锁的未来越来越明显,发展趋势也逐渐明朗。近两年间,我国家用智能门锁开始了井喷式的大爆发, 生物特征技术的快速发展也在迅速提高智能门锁的安全级别。而在众多的生物特征认证技术中,指纹认证可以说是最“老牌”的生物特征认证技术了,也是最稳定安全的认证技术之一。指纹识别的应用场景,大到银行取款,小道手机支付,可以说指纹是当下财产保护的特征认证主要手段之一。指纹识别作为最广泛的生物特征认证技术,早已经渗透进我们生活的点点滴滴。而除了指纹,生活中最常用的另一种身份认证手段便是IC卡认证了,无论是水卡、饭卡、还是校卡、身份证、银行卡都可以归类为IC卡,所以开发一款基于指纹认证的智能门锁,无论是安全系
13、数,稳定性,市场性都是十分明智的选择。1.3 设计特点本设计旨在设计一款基于stc89c52单片机并且集成了指纹认证和IC卡认证的智能密码锁。本设计以stc89c52微控制处理器芯片作为主控,采用AS608指纹识别模块,和IC卡认证模块组成的安全认证系统,可通过矩阵键盘输入的电子密码设置指纹密码解锁和IC认证两种解锁方式。采用LCD12864液晶进行显示和交互反馈。单片机又叫微控制器,MCU,它与普通的逻辑芯片相比有很大区别,它把一个最基础计算机硬件系统集成到一片芯片上,其具体包括,用于数据运算、处理的CPU、用于随机存储的RAM、只读的存储器ROM、以及I/O口和中断任务系统、还有定时器和计
14、数器这些功能。可以说是一个完整的微型的计算机。单片机和计算机相比,缺少了许多的外部设备接口,和许多高级功能的拓展,但是正因为其丰富的可拓展性和可定制性,使它成为了当下智能硬件的主要应用芯片。一块芯片稍加拓展就成了一台基础计算机设备。单片机的体积很小、质量也很轻、价格十分便宜、为应用和开发提供了许多便利条件。本次设计的基于指纹IC卡的楼宇门禁系统,主要由以下特点。(1) 用户可以通过指纹认证或者IC卡认证,进行开门的动作。(2) 用户可以在输入管理员密码后进行添加和删除新用户的信息。(3) 通过矩阵键盘输入管理密码。(4) 在进入管理员界面后可修改管理员密码。(5) 密码输入错误会进入锁死状态,
15、然后蜂鸣器警报开启。第二章 系统设计2.1 硬件模块选择2.1.1 主控芯片的选择方案一:使用STM32F103微控制处理器。STM32F103微控制处理器芯片由意法半导体和生产设计的。STM32F系列是基于ARM的32位微控制处理器芯片,他主打的是中低端微控制处理器市场,而F103是这一系列中的入门级微控制处理器芯片。 方案二:使用MSP430单片机。MSP430的微控制处理器是德州仪器公司设计的芯片。他具有很多优点,比如超低的功耗,超高的信号处理能力、而且它还集成了一套精简的指令集(RISC),这是其他常规单片机不具备的,美国的德州仪器公司将这多个特点的处理芯片集成了MSP430,MSP4
16、30是一款具有出色混合信号处理能力的MCU,和常规的单片机相比较, 德州仪器(TI)公司在针对电信号处理的实际需求,在MSP430里集成了高精度的模拟、数字信号处理电路,将多个优良特点集成为一个高效的DSP处理器并且将一个单片机微处理器集成到MSP430的单个芯片上,提供单片机与DSP的优秀的综合设计方案。方案三:使用STC89C52RC单片机。STC89C52RC微控制处理器芯片一款8位的单片机微控制处理器芯片,他是STC公司设计的,STC89C52RC微控制处理器芯片是MCS-51指令架构内核,拥有51的优良传统特点,超低功耗、高性能。STC公司对MCS-51指令架构内核做了很多优秀的改良
17、和升级,所以STC89C52RC微控制处理器芯片继承了老牌51单片机的所有功能和优点,还有很多51没有的创新功能。STC89C52RC内置了8K的Flash,足够存储一般大小的基本数据。STC89C52RC在性能上,它拥有不大不小常规的8 位CPU。所以STC89C52在众多的嵌入式设计,特别是控制类的应用设计上频繁采用。方案分析:首先,stm32f103c8t6是一款32位的微控制处理器芯片。32位的结构也说明了它具有超高的运算性能。本设计的主控芯片并不需要负担大量的数字运算,所以可以选取更低成本的低数位的MCU。其次,MSP430单片机是混合信号处理的控制芯片。通常MSP430常用于信号处
18、理DSP居多。并不常用在控制领域,所以不适合作为本设计的主控芯片。最后我们选定了stc89c52rc作为主控芯片。因为stc89c52作为老牌的单片机芯片。具有稳定,低功耗,而且8位的性能足以胜任本设计的指令处理工作。2.1.2 按键模块的选择方案一:使用矩阵键盘。矩阵键盘是单片机设计中常用的外部输入设备。矩阵结构使得不能它像普通按键一样的中断检测方法。常用的的矩阵键盘检测方法一般是扫描法,常用的矩阵键盘一般列线识通过外接电阻再接单片机芯片的VCC口,然后行线接到单片机芯片的检测I/O口上。方案二:使用电容式感应触摸按键。触摸键盘具有扁平化,美观化的特点。但是在按键反馈上不及传统的键盘。方案分
19、析:本设计我们采用了矩阵键盘作为输入设备,因为本设计对稳定性和安全性有很高的要求,电容式薄膜键盘会因为手指出汗,手湿,空气湿润等原因导致误触。但是矩阵键盘不但能很好地解决这个问题,而且矩阵键盘的按键回弹有力,能够更好地提供用户的反馈体验。2.1.3 IC卡读写模块的选择方案一:使用的是型号MF RC522的读写模块。在IC卡的读写模块中,发射低电压,低成本,小尺寸的非接触读卡器芯片有很多,MF RC522读写模快是在13.56MHz频段的非接触近场通信频带的近场通信模块,这是具有一个集成了高端dsp处理能力的的IC卡读卡器。方案二:使用DK25L读写模块。DK25L读写模块是基于13.56MH
20、2 的高频卡读写模块, 采用UART 通讯接凵, 兼容性好, 通用性强。用户通过UART 向模块发送简单指令可实现对NFC 卡片进行读写操作, 简单易用, 用户可使用该模块高效快速开发NFC 读写功能产品。方案分析:本次设计的IC卡模块,选择了更加成熟更加安全的MF RC522。因为他的体积更小。2.1.4 显示模块的选择方案一:使用的是液晶显示器,型号LCD1602。LCD1602是电子设计中最常用的显示器件之一。它是由显示字符和图案的液晶显示屏(LCD)和驱动电路组成,以及驱动电路上一般带少量电阻和电容器件用作显示屏稳定工作的保障。方案二:使用液晶显示器,型号LCD12864。LCD128
21、64也是电子设计中最常用的显示器件之一。它是由显示字符和图案的液晶显示屏(LCD)和驱动电路组成,以及驱动电路上一般带少量电阻和电容器件用作显示屏稳定工作的保障。LCD12864在设计之初就是带中文字库的。简单来说,LCD12864液晶显示屏是由宽128,高64的LCD液晶单元组成的一个液晶点阵。通过通入电流点亮对应的lcd液晶单元,可以绘制分辨率128*64的图像。并且内置的字库可以很灵活的绘制出文字交互界面。方案三:使用led数码管。led数码管是我们最早接触的显示器件。他是7个LED半导体发光元器件按照数字排列组成的 “8”字型的器件,它可以显示数字1、2、3、4、5、6、7、8、9、0
22、而且还支持显示部分英文字母,如A,E,C等等。方案四:使用LED有机半导体显示器,型号OLED12864。OLED技术是近年来科技发展的新产物。是另一种优良的显示材料。OLED1286是由显示用的OLED面板和驱动电路组成,以及驱动电路上一般带少量电阻和电容器件用作显示屏稳定工作的保障。方案分析:我们选定使用LCD12864模块作为本设计的主要显示反馈窗口。首先,智能门锁交互所要显示的字符元素繁多,有数字,中文,英文等等各种繁杂的字符。由此可见LED数码管显然并不适合本设计。我们再来看LCD1602液晶显示器和LCD12864液晶显示器怎么选择,显然LCD12864液晶显示器在显示像素上有更大
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