基于GPS定位模式的指纹密码锁的应用研究

蔡彬 王英辉 王育升

摘  要：指纹识别技术是利用人体生物特征进行身份鉴定的一种技术，是指通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物統计学原理等高科技手段密切结合，利用人体固有的生理特性和行为特征来进行个人身份的鉴定。设计使用了GSM模块用来报警，当非自己的指纹使用时，会立刻向所连接的手机发出信息。采用了GSP定位系统，在物品被盗之后对物品进行追踪定位，为个人财产又加了一层保险，确保知道它的位置信息，从而快速对丢失的东西进行定位，使失主免遭损失。指纹防盗以及定位追踪都很好的适应了当今信息化的社会。

关键词：指纹识别;GSM;GPS

中图分类号：TP274.2       文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）08-0037-02

Abstract： Fingerprint identification technology is a kind of technology that uses human biological characteristics for identification， which refers to the close combination of computer and high-tech means such as optics， acoustics， biosensors and biostatistics principles. The identification of personal identity is carried out by using the inherent physiological and behavioral characteristics of the human body. The GSM module is used to alarm， and when the fingerprint is not used， it will immediately send a message to the connected mobile phone. The GSP positioning system is used to track and locate the item after it is stolen， and a layer of insurance is added to the personal property to ensure that its location information is known， so that the lost thing can be located quickly and the owner is protected from loss. Fingerprint anti-theft and locate on tracking are well adapted to today's information society.

Keywords： fingerprint identification; GSM; GPS

1 概述

论文设计了指纹识别密码锁。它是一个双重登录方式的锁，既可以用指纹开锁，也可以用数字密码开锁，内设GSM系统，受到陌生人企图开锁，警报灯亮，随之发出报警信息，里面还安装了GPS定位系统，若是锁定的财产被直接盗走，没有触碰到指纹器或密码时，一经用户发现，用户能够通过手机自动定位指纹防盗锁的位置，及时的对紧急情况做出处理，方便在短时间内找回自己的物品[1]。比起以往的一些旧密码锁，智能锁，跨越了很大的一个台阶，大大保障了人们个人财产的安全性。防盗锁发出的信号会随时被户主接收到。

2 系统概述

2.1 系统原理

从工作模式来看，指纹识别系统可分为在线和嵌入两种类型。嵌入式指绞识别系统集指纹采集、特征提取、特征匹配等功能于一体，具有体积小、安全性高、功耗低等优点，可以方便地嵌入到各种不同的应用设备上，应用领域越来越广。它在现实生活中有重要的作用[2]。随着计算机图像处理和模式识别理论以及大规模集成电路技术的不断发展和成熟，指纹防盗锁利用指纹的唯一性，为每个用户量身打造一款只属于自己的防盗锁[3]。

2.2 系统功能

系统采用人体指纹作为用户的唯一生物识别，控制指绞防盗锁实现防盗效果。功能达到了三个效果，通过用户指纹的唯一性，只有用户自己才能通过指纹识别开锁;或者是用户通过自己设定的六位数密码来达到开锁目的，系统里面有GSM模块，当非户主识别锁三次错误之后，GSM 向程序里面预留的手机号发出报警信息。系统采集的特征指纹模板都会保存在DSP存储器中，一次只能保存一个指纹，其三，系统里面安装了GPS，用户可以通过手机详细定位到指绞防盗锁的位置，大大增加了安全性。系统具有非常灵活的撤销防御设置，如果需要将其给其他人使用，可以完全取消系统，而不会影响朋友的使用。通过自己的指纹识别撤防，然后在验上朋友的指纹模板，方可提供给朋友使用。

2.3 系统整体硬件设计

采用STC89C51单片机作为主控电路，同时采用DSP处理器，系统整体由以下几部分构成：人机交互界面、单片机、GSM报警、数据处理、电源、指纹模块，其中，GSM报警、数据处理、指纹模块是三大重点部分。

2.4 指纹软件模块

指纹在注册时，需要连续按两次指纹，经过指纹传感器提出模板发送到DSP处理，将它存储在指纹数据库中，然后将两个指纹相对比，发现特征，返回最终相对应的结果。有两种比对的特征匹配方法，一种数字密码匹配，另一种就是指纹匹配，在指纹识别之前，必须先验证ID识别，然后才能正确执行指纹特征匹配。在使用指纹防盗锁时，用户一般会留下多个指纹，用户开锁时，需要将一个指纹与数据库里面多个指纹进行比对，对应其中一个，则锁开，一个对多个匹配大多是在指纹识别系统运用的比较多。该系统软件主要是MCU控制系统监控程序，DSP处理系统，指纹辨别的计算，指纹的采集方法，运行程序，人机交互界面等部分。DSP处理系统主要用于DSP系统的初始化，采集指纹的特征数据，并且作出一系列处理，保存指纹模板。

2.5 指纹录入与删除模块

初步使用时，系统会给用户发一个初始ID號，密码会设计为六个零，通过指纹传感器，系统收集用户的指纹，指纹防盗锁的DSP功能会识别并保存到指纹数据库。指纹会存储在指纹特定的数据库中，记号为001然后，指纹防盗锁会关联这个ID号。指纹模块是用于将收集的指纹特点与使用者一开始设定的指纹登录相比较，这样就能够辨认是不是户主。用户能够使用不同的指纹来注册，当然也会匹配不同的ID号。指纹登记之后，指纹防盗锁会通过LCD显示屏向用户反映指纹对应的ID号，有时候指纹过多，也就方便通过不同的ID号来删除指纹。使用键盘按下生成新ID的键，MCU让HPI接口向DSP传输一系列命令。这个时候，按住自己的手指到指纹识别模块上，经过DSP控制收集指纹。若是指纹采集成功，它会产生一个指纹模板，系统会主动将其存储在数据库中，在LCD屏幕上发出成功指令。若是按压指纹的方式不对，或是滑动的速度过快，指纹可能会采集不到，这时候，指纹无效，无法打开指纹防盗锁。

在键盘里按下“删除”键后，LCD显示屏会出现登录用户指纹的ID号和所要删除的指纹模块，这样能够方便用户选择指纹和要多余的ID号，传送一个“删除”信息指令。当DSP微处理器收到MCU传输的信息指令，系统会找到和该ID号相同的指纹模板，接着，传给到处理器，处理器会在数据库中查找特征信息，作出删除处理。当MCU接收到DSP返回的结果时，若是DSP的删除成功，LCD屏幕上面也会显示删除成功，若不符合权限或者是没有相应的ID号和指纹则无效。

3 人机交互界面的设计

在指纹防盗系统中，人机交互界面是用户最直接接触页面，一个好的人机交互页面会给用户带来更舒适的体验，指纹防盗锁的内部信息数据处理是通过单片机和程序控制，但是最后处理完成的结果最终还是要反映到屏幕上的，给用户最直观的了解，从启动系统，人机交互界面开始初始化，经过指纹输入经过DSP处理产生信息，或者是通过键盘输入密码产生一系列的指令，人机交互界面会显示注册、登录、删除，最后成功或者失败，都会在界面上有所指示。如图1所示。

人机交互界面的硬件电路设计在指纹防盗锁中起着重要作用，在设计中指纹防盗锁的交互页面主要由键盘和LCD显示模块组成。而这两重要的组成部分都是被MCU系统控制的，MCU监控的设备很多，包括HPI通信接口，GSM报警模块，防盗锁启动部分，键盘输入，LCD显示屏幕等。

4 系统定位和报警模块

设计中使用SIM900A作为GSM的模块，用STC89C52单片机为控制核心连接GSM，并安装了警报灯和LED指示灯，正常工作时，LED灯间隔3秒钟亮一次，显示信号良好，可以接受报警信息，若是LED灯连续发生闪烁，则表明无信号，设计当中把手机卡放入卡槽，当陌生人侵入系统时，指示灯会发出亮光，持续三秒后熄灭，在这个时间段，它会发送数据给SIM9001A，然后在通过SMS短信的模式发送给户主手机。户主将在三秒后准时收到系统入侵信息。例如“有陌生人侵入系统”语句，下一步发送AT+CMGS手机号码，延时100ms，发送数据的ASCII码，再发送AT结束符，返回结果，这就是大致的运行过程。如图2所示。

5 结束语

采用单片机STC89C52、指纹识别技术和无线通信GSM技术和GPS定位系统设计了一款指纹防盗锁，它利用人体指纹的生物特征的唯一性，通过指纹识别控制锁的打开与关闭，不仅具有自主报警功能，能对非物主进行识别，还能进行自我定位，若物品遗失，能立刻报警，并定到相应物品的位置，增加了其安全性能。将物主与指纹防盗锁紧紧的联系在一起，只要有异常，用户时刻可以收到信息，设计采用了LCD屏和键盘按键作为简要的人机交互部分，键盘用来输入密码，屏幕来传递信息，随着经济水平的提高，这种结合GSM和GPS且具有唯一自身指纹识别的指纹防盗锁将会被广泛使用，在将来，可以将该设计更加简化，缩小化，容易安装，还可以像目前最先进的人脸识别开锁，增加蜂鸣报警器，还有一些列的震动传感器，使指纹防盗锁更进一步，扩展到更多的领域。

参考文献：

[1]李亚杰，何群.基于GSM的远程温度监控系统设计与实现[J].制造业自动化，2009（10）：58-60.

[2]梅中玲.指纹识别技术及其应用[J].中国人民公安大学学报（自然科学版），2008（02）：81-84.

[3]陈好.指纹采集技术现状及其发展前景[J].中国防伪报道，2008（01）：26-31.