基于指纹的实验室钥匙管理系统设计

孙盼 高丽华

摘要：介绍了一种基于STC89C52单片机的实验室钥匙管理系统。该系统通过指纹可以实现实验室钥匙的存取、实验室负责人的统一管理等功能，从而解决了实验室钥匙丢失、无法跟踪等问题。最后通过实验证明了该方案的可行性。

Abstract： This paper introduces a laboratory key management system based on STC89C52 microcontroller. The system can realize functions such as access to the laboratory key and unified management of the person in charge of the laboratory through fingerprints， thereby solving the problems of the laboratory key being lost and unable to be tracked. Finally， experiments have proved the feasibility of the scheme.

关键词：AT89C52;钥匙管理系统;指纹

Key words： AT89C52;key management system;fingerprint

中图分类号：TP391.41                                  文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）30-0218-03

0  引言

目前实验室的钥匙是通过钥匙盘进行存储，借还随意，因而经常出现实验室钥匙丢失的问题，同时也增加了实验室的安全风险。本课题希望设计一个实验室钥匙管理系统，实验室管理员通过指纹完成钥匙的存取：系统以单片机为控制核心，将实验室管理员的指纹及其所负责的房间号提前存储在控制系统中，当录入的指纹和房间号与系统中的指纹和房间号匹配时锁打开，管理员完成钥匙的存取，从而保证了钥匙存取的一致性、可追溯性及其安全性。

1  系统总体设计

系统总体框图如图1所示，主要由单片机及其最小系统、指纹输入模块、报警模块、显示模块、锁控模块、矩阵键盘模块及其存储模块等部分组成。单片机作为整个系统的控制中心，接收矩阵键盘和指纹模块的信号，管理用户信息，控制锁控单元实现开锁等功能;矩阵键盘模块用于输入实验室管理员的编号和负责的实验室编号;指纹识别模块通过管理员方式进行添加和删除指纹信息;管理员密码等信息保存在存储单元;同时增加了液晶显示单元实时显示操作内容与提示信息。

2  系统硬件设计

2.1 AS608指纹模块

本课题采用AS608指纹识别模块，用于录入和存储实验室负责人的指纹信息。其内有高速DSP处理单元，与主机之间通过串行通信协议进行数据的交互。

①硬件连接AS608模块通过串行通讯接口，可直接与单片机进行互联。其中，模块数据发送脚引脚连接到STC89C52的P3.0，模块数据接收引脚连接到STC89C52的P3.1实现串行通讯，系统硬件连接如图2所示。

②指纹处理。AS608指纹识别模块功能齐全，可以实现指纹的采集、存储、搜寻以及与单片机进行串行通讯。当需要录入实验室负责人信息时，单片机发送指令控制指纹模块完成实验室负责人的指纹信息采集，并将指纹信息对应的工号、房间号等对应信息进行统一存储;当需要删除实验室负责人信息时，指纹模块根据单片机发出的指令搜寻匹配指纹信息，搜寻到则删除用户信息。指纹模块与单片机之间指令、数据的交互都采用数据包的形式进行，具体格式如表1所示。

2.2 矩阵键盘输入

为了减少I/O口的占用，本系统采用矩阵式键盘向单片机输入数字信息。矩阵键盘所有键排列成矩阵形式，每条水平线和垂直线在交叉处通过一个按键加以连接，因此一个端口可以构成16个按键，线数越多，能外接的按键数也越多。相比于独立键盘，增加了程序算法的难度，但是节约了单片机I/O口的使用。本课题中通过矩阵键盘可以输入钥匙管理柜管理员的管理密码、实验室负责人的工号及其负责的房间号，其连接方式及功能如图3所示。

2.3 LCD12864显示模块

本课题采用LCD12864图形点阵液晶显示器显示。它主要由行驱动器/列驱动器及128*64全点阵液晶显示器组成，可以完成图形显示，也可以显示16*16点阵汉字或者显示8*16点阵ASCII码。点阵信息以二进制码标识，并被存储在显示数据单元的存储元件中，通过对存储单元中的点阵信息编程就可以获取需要的图形和文字，方便灵活。

3  系统软件设计

3.1 界面显示设计

钥匙管理柜界面分为两种模式：存取模式和管理模式。钥匙管理柜在通常显示下可以进行钥匙的存取功能;当用户需要对用户信息进行管理时，需要输入管理员密码才能进入管理界面;当进入管理模式下，可以对用户的信息进行处理，具体如图4所示。

3.2 管理模式

实验室钥匙管理员需要通过管理员密码进入管理模式下才能进行指纹的添加、删除和密码的修改。每个实验室由专职人员负责，为了保证钥匙存取与实验室负责人的一致性：

指纹录入时需要输入房间号、负责人工号和指纹;

指纹删除时需要输入房间号、负责人工号和指纹，并在系统中寻找匹配的信息，能匹配到则删除，否则报警。（图5）

3.3 开锁单元流程

实验室负责人需要存取钥匙时录入指纹，系统会根据输入的工号和录入的指纹匹配房间号，并将对应房间号的锁打开。（图6）

3.4 矩阵键盘输入流程

矩阵键盘用于输入管理人员的密码、实验室负责人的工号及房间号;系统采用循环扫描模式，并增加了延时防抖功能来消除按键的误操作;房间号和实验室负责人工号支持的最大位数为3位。（图7）

4  实验结果

本文使用STC89C52单片机、AS608指纹识别模块和LCD12864显示等模块，配合矩阵键盘、告警单元，实现了实验室钥匙管理系统的设计。实验证明，此方案可行并且可靠，可用于学校实验室钥匙的管理功能，具有较高的实用价值。

参考文献：

[1]刘佳乐.基于单片机的电子密码锁设计[D].兰州工业学院电气工程学院，2018，12.

[2]秦志强.C51单片机应用与C语言程序设计[M].电子工业出版社，2011，8.

[3]向楠，邹华东.基于STC89C52RC单片机智能搬运电动小车设计[J].湖南工程学院学报（自然科学版），2014，24（1）：19-21.

基金项目：2019江苏省高等学校大学生实践创新训练计划项目（201912920032Y）。

作者簡介：孙盼（1997-），男，安徽阜阳人，南京科技职业学院，机电一体化技术专业;高丽华（1981-），女，山东曲阜人，工学硕士，讲师，主要研究方向为机电控制技术。