智能门禁系统的设计与实现

王海龙 仝晓慧

【摘 要】本系统以STC89C52单片机作为核心模块，可进入人机界面进行模式选择，采用串口通信技术控制UART型ZFM-60指纹模块实现指纹识别，并对指纹的录入、储存及删除进行操作，并通过HS12864-15C液晶屏显示对比流程及结果，同时采用了蓝牙APP远程协助控制部分系统工作，辅以继电器、电磁锁、舵机控制门锁的开关。

【关键词】单片机;指纹识别;蓝牙APP;液晶屏

中图分类号： TU855;TN92 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）11-0037-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.11.017

【Abstract】This system by STC89C52 single-chip microcomputer as the core module， can enter the man-machine interface to mode choice， using serial communication technology to control UART ZFM-60 fingerprint module to realize fingerprint identification， and to operate fingerprint input， storage and deletion， and by comparison with HS12864-15 c LCD shows process and as a result， at the same time using the bluetooth remote APP assist control part of the system， supplemented by relays， electromagnetic locks， steering gear control door lock switch.

【Key words】SCM; Fingerprint recognition; Bluetooth APP; LCD screen

0 引言

21世紀初期科技水平的发展可谓是日新月异，传统的防盗系统面临极大的安全隐患。相应而生的生物识别技术根据人体相貌、声音等生物特征进行身份验证为科学解决方案之一，而今的生物识别技术主要为指纹识别[1-2]、虹膜识别、面相识别、掌纹识别、视网膜识别。生物识别技术很大优势在于：（1）削减了假冒身份确认的概率;（2）减少使用者的负担——手机、UI卡、钥匙等;（3）降低管理的成本，实施无人身份认证系统。

而手机蓝牙APP[3]控制门锁也为解决传统的安全防盗系统问题做出了极大的贡献，采用手机控制门锁的优势主要有：（1）安全性，一起按照运用者需要，经过简单的操作，本功用能够选择性设置。（2）便利性，在指纹不便时，尤其是老人和小孩运作。总的来讲，将指纹和手机结合运用起来，不仅能将它们的优点发挥出来，还能互补自身的缺点。

1 系统总体设计

智能门禁控制系统是利用STC89C52单片机[4]控制各类模块相关参数并作出相应的管理和控制，具体是通过管理员模式首先进行指纹的增删工作、手动开锁或修改密码，断电信息不会丢失将存储在AT24C02芯片中。指纹采集成功后，当手指再次靠近指纹模块时，其会自动识别是否为有效指纹。无效时，电磁锁及舵机不会工作，门不会打开，显示器“未检测到指纹”;有效时，单片机输出高电压，继电器开始工作，电磁锁打开，舵机控制开门，显示器显示相应指纹序号。在无线控制中，打开手机APP输入密码连接单片机上的蓝牙模块，从而控制单片机是否对继电器和舵机输出相应信号，继而控制门的开关。整体框架图如图1所示：

2 硬件设计

2.1 指纹模块

指纹模块里面主要是DSP芯片，型号为AS606，加上外面的CMOS芯片，CMOS芯片主要是对指纹进行“照相”，生成指纹特征，录入两次或多次指纹特征后就会合成一个完整的指纹模板。

主要步骤是：扫描人体指纹图像、生成指纹特征、合成指纹库模板。

2.2 蓝牙模块

蓝牙模块，是一种集成蓝牙功能的PCBA板，用于短距离无线通讯，具有半成品的属性。本系统主要采用TI公司提供的蓝牙CC2541芯片，不仅具有低功耗，还集成有8051功能。采用TI公司提供的BLE蓝牙协议栈[5]，并设置蓝牙名：WHL，服务UUID和特征UUID均为：FFF9。

2.3 4*4按键模块

工作的原理是：用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每个交叉点上，设置一个按键。而这样的按键中按键的个数是4 * 4个。这样的行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。

3 软件设计

采用Keil5[6]单片机软件开发环境对单片机进行编程，单片机在上电后，主程序完成相应的初始化工作。

无按键按下时：判断指纹和蓝牙模块是否需求开门，没有则继续等待，有则控制舵机和电磁锁开门。

有按键按下时：判断键值，是A键则进入密码输入模式以便进入管理员模式进行相关操作;是B键则判断当前指纹的录取状态，并通过液晶显示，其他键则忽略或回到初始化状态后。

管理员模式时：

（1）A键采集新的指纹;（2）B键删除录入过的指纹;（3）C键删除所有指纹;（4）D键进入管理员密码修改模式;（5）最后按任意键回到初始化状态后。

主程序设计流程如图2所示。

4 结束语

本文提出了一种多功能智能门禁系统，初步完成了对系统的硬件设计和软件设计，该系统采用单片机控制，使用4*4按键进入人工界面，进行多种操作选择。选取了指纹模块及蓝牙模块，利用生物技术和无线技术分别对门锁进行有效的控制，并且涉及到了MIT App Inventor制作蓝牙APP的功能，为系统的调试起到了至关重要的作用。该系统具有体积小、性价比高、传输速度快、适合家庭及单位使用。

【参考文献】

[1]L.Coetzee， et al. Fingerprint Recognition in Low Quality Images. Pattern Recognition.1993，vol.26：1441-1460.

[2]赵玉兰，姜春风，方修丰.指纹识别技术在煤矿门禁系统中的应用与实现[J].煤炭技术.2010，29（11）：132-134.

[3]高明华.肖佳豪.基于App Inventor设计的蓝牙通信实验的开发.实验技术与管理.2018：1002-4956.

[4]郭天祥.新概念51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社，2009：60-400.

[5]张志飞. 蓝牙核心协议栈的分析与实现[D].河北工业大学，2007.

[6]唐钱辉.丁明亮.Proteus ISIS 和Keil在单片机教学中的应用[J].重庆电力高等专科学校学报.2006，8（04）：46-49.

※基金项目：2017省级大学生创新计划训练项目（AH201712216024）。

作者简介：仝晓慧（1986—），女，汉族，山东菏泽人，安徽新华学院电子通信工程学院讲师。