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摘 要 ...................................... 错误！未定义书签。 ABSTRACT................................... 错误！未定义书签。 第一章 绪论 .............................................. - 1 - 1.1引言 ...................................................... - 1 - 1.2 指纹锁的背景 .............................................. - 1 - 1.3指纹锁的指纹识别的基本原理 ................................ - 2 - 1.4指纹锁设计的意义的本设计特点 .............................. - 2 - 第二章 系统设计 ........................................... - 3 - 2.1设计原则 .................................................. - 3 - 2.2设计方案的选择 ............................................ - 3 - 2.2系统总设计结构图 .......................................... - 4 - 2.3 开锁机构设计 .............................................. - 4 - 第三章 主要元器件介绍 ..................................... - 5 - 3.1 80C51单片介绍 ............................................ - 5 - 3.2 SB2000M指纹识别模块介绍 ................................. - 7 - 3.2.1 结构 .................................................. - 7 - 3.2.2产品规格............................................... - 8 - 3.3 RS-232C 连接器介绍 ........................................ - 9 - 3.4 显示设备的介绍 ........................................... - 10 - 3.5 输入设备的介绍 ........................................... - 11 - 3.6 报警设备的介绍 ........................................... - 13 - 第四章 硬件电路的设计 .................................... - 15 - 4.1 系统电源的设计 ........................................... - 15 - 4.2 系统的备用电源的设计 ..................................... - 16 - 4.2.1备用电源的供给设计.................................... - 16 - 4.2.2备用电源的使用选择设计................................ - 18 - 4.3 系统报警电路的设计 ....................................... - 19 - 4.4 开锁电路的设计 ........................................... - 20 - 4.5 密码输入电路的设计 ....................................... - 21 - 4.6 显示电路的设计 ........................................... - 22 - 4.7 指纹识别模块电路的设计 ................................... - 23 - 4.8 总电路的设计 ............................................. - 23 - 第五章 软件程序的设计 .................................... - 25 - 5.1程序设计语言的选择及步骤 ................................. - 25 - 5.2开锁程序的设计及流程图 ................................... - 26 - 5.3修改开锁密码的设计及操作 ................................. - 28 - 结 论 .................................................. - 29 -
致 谢 .................................................. - 30 - 参考文献 ................................................ - 31 - 附录一：总接线图 ......................................... - 32 - 附录二：程序............................................. - 33 -
第一章 绪论
第一章 绪论
1.1引言
随着人们生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出，传统的机械锁由于其构造的简单，安全性能低，被撬的事件屡见不鲜，而且钥匙易于被复制，难以形成有效的保护。电子类锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的喜爱，拥有广大的市场需求。锁是置于可启闭的器物上,用以关住某个确定的空间范围或某种器具的,必须以钥匙或暗码打开的扣件。锁具发展到现在已有若干年的历史了，人们对它的结构、机理也研究得很透彻，因此，不用钥匙就能打开的方法和工具也层出不穷。现代人类文明社会里，由于社会中各种矛盾冲突十分剧烈，人们的思想道德观念，价值观念，文化修养水平等差异，群众中良莠不齐，善良的人们能够自觉规范自已的行为，“非礼不为”，虽无钥匙亦不会乱闯。然而，那些毫无道德观念的盗贼却想方设法利用高科技手段撬门开锁，使广大居民防不胜防。
为什么会出现这种情况呢？因为传统锁具都存在致命的弱点： 第一、 锁芯采用常见的铜、铝、锌等材料，抵抗不了强力破坏； 第二、 锁具制作工艺，技术落后，无法阻止技术手段的开启。[1]
目前，市场上很多国内外的锁具，实际上都不具备真正的防盗功能。在惯偷面前，两根钢丝或几件简单的工具就可以把这些锁打开，有的惯偷甚至公开扬言：“没有我打不开的锁。”其实，不是他们多高明，而是一般锁具技术原理太过简单。面对这一残酷的现状，新时代提出了锁具必须革命的迫切的要求，这样电子锁具就进入了大家的视野。
1.2 指纹锁的背景
随着社会科技的进步，锁已发展到了密码锁、磁性锁、电子锁、激光锁、声控锁等等。在传统钥匙的基础上，加了一组或多组密码，不同图像，不同声音，不同磁场，不同声波不同光束光波（如指纹、眼底视网膜等）来控制锁的开启。从而大大提高了锁的安全性，使不法之徒无从下手，人们也就能对自身财产安全有了更多的保障。当今安全信息系统应用越来越广泛，特别在保护机密、维护隐私和财产保护方面起到重大作用，而基于电子锁的安全系统是其中的组成部分，因此研究它具有重大的现实意义。
虽然以上多种电子锁具，都有其各自的特点以及良好的防盗性，但是受限与当今的科学技术以及成本的限制和市场的要求，一些过于复杂及高端的锁具由于自身的局限性无法进入大众市场普及化。可是指纹锁具其的技术已经十分完善，价格已经随着时间逐步降低，是我们的设计电子锁的首选。[2]
而指纹识别可谓历史悠久，本是一种古老的身份识别技术。几千年以前，中国人、盎格鲁—撒克逊人和古叙利亚人就曾经采用其作为身份鉴别的方法。而随着现代计算机技术和信息处理与识别技术的不断进步，现代指纹识别技术已发展成为一种成熟、应用广泛的生物特征识别技术，而且指纹具有唯一性、稳定性、随身性、便于采集等优点，这使得指纹识别技术优于其他人体生物特征识别技术。目前，全球范围已建立了指纹数据库和鉴定机构，而且在国内外几十年的研究与应用中，其有关芯片模块的开发已达到了技术成熟、识别率高和价格低廉的要求。国外方面，美国、日本早已研制和生产出多种指纹自动识别设备并投入使用，比
如美国SECOM、日本嘉士通、松树株式会社等公司开发的指纹锁和指纹认证装置。国内率先进入这一领域的高校是清华大学，在90年代中期开发出了指纹IC卡，其后又有广东粤安集团、浙江中正、北大高科等高科技集团纷纷进入该领域，其中浙江中正于2000年开发出的超小指纹识别系统，标志着我国在这一领域已经达到了世界领先水平。
1.3指纹锁的指纹识别的基本原理
首先，通过指纹采集仪器采集到人体指纹的图像，并对原始图像进行初步的处理，这样使指纹图像中蕴涵的特征信息更明显。然后，运用指纹特征提取算法建立指纹的数字表示特征数据。这种转换是单向进行的，只能从指纹转换成特征数据但不能从特征数据转换成为指纹，而且两枚不同的指纹绝对不会产生相同的特征数据。指纹纹路的分叉、终止或转弯处的坐标位置，也就是通常被专家称为“细节点”(minutiae)的数据点，同时拥有7种以上的唯一特征。有的算法把节点和方向信息组合产生了更多的数据，这些方向信息能够表明各个节点之间的关系，有的算法还可以处理整幅指纹图像。这些数据通常称为模板，保存为1k或者0.5k大小的记录。最后，我们通过计算机模糊比较的方法，把两个指纹的模板进行比较，计算出它们之间的相似程度，最终得到两个指纹的匹配结果。[3,4]
1.4指纹锁设计的意义的本设计特点
单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口 （I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。在单片机没有出现之前我们只能使用复杂的模拟电路来进行线路的连接，这样不仅体积巨大，成本较高给我的生产生活带来的极大的不便。而单片机给我们的各领域都带来的巨大的变化，现在从飞机大炮到电子产品都离不开单片机，这是因为单片机是靠程序运行的，并且可以修改。[5]通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。同样本次设计同样要采用单片机进行设计。
本设计采用80C51单片机为主控芯片，结合外围器件，组成电子控制系统，用户想要打开锁，必先通过指纹识别模块SB2000M对指纹进行采集比对，若指纹比对正确则开锁，否则不予开启。同样也可以输入密码进行开锁，和对密码信息进行修改。由于门锁的开启是由指纹信息来确定，而个人的指纹信息是独一无二的，一般难以被盗与仿制，因此我相信我们所设计的指纹防盗锁的安全性是有保证的。而且我们拥有两种开锁方式，对于我们生活工作中的正常的使用有更大的适用性。
第二章 系统设计
第二章 系统设计
2.1设计原则
根据毕业设计课题的基本要求，同时结合以前课程设计的一些心得体会，我确定了此次毕业设计的基本原则：
第一，模块化设计。根据电路的基本功能，将整个系统分成若干个电路模块， 然后进行对各个模块进行独立设计。各模块之间通过合理的接口电路联系起来。这样，不仅可以降低整体设计的难度，也便于电路的扩展，分析。同时，又能够合理掌握时间进度，确保顺利完成系统的防盗报警监测任务。
第二，智能化设计。系统选择使用80C51系列单片机作为控制核心，用RS232 总线作为网络的总体架构，实现整个系统的网络化、智能化设计。同时选用各种优良算法来进行相关的中断程序的设计，并辅以延时、计数等子程序来弥补硬件电路的缺陷，力争最大限度的降低误报率。
第三，通用性设计。在设计系统时，尽量保持各模块的独立性。并且首先确保系统基本功能的实现，在此基础上，对系统进行功能扩展。同时，考虑到功能扩展的问题，要尽量充分使用I/O接口,避免浪费。
第四，简单化设计。我们再设计当中尽可能的减少接线的连接，简化程序的编写，使我们的设计更加简单易懂，为我们将来对设计成品的修改，改进及二次开发创造便利。
第五，高性价比原则。在进行系统设计时，需要采用各种元器件和芯片。考虑到学校的经济条件，我们选择的标准是“选择最合适的，不选择最好的”。
2.2设计方案的选择
我们所设计的是指纹锁，因此我们必须要对指纹的信息进行判断与控制，对开锁结构的运动进行正确的进给。因此经过思考有了以下两种控制方法。
方案一：采用数字电路控制
用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路， 或数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成。逻辑门是数 字逻辑电路的基本单元。存储器是用来存储二值数据的数字电路。从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。
用以个类型的触发器构成的数字逻辑电路作为指纹锁的核心控制，完成与指纹识别模块进行通讯，判断是否开锁。同样密码开锁时，密码保存在JK触发器中，与输入密码通过比较器比较，判断结果是否相符合。如果我们这样设计的方案好处就是设计简单，但控制的准确性和灵活性差，故不采用。
方案二：采用以单片机为核心的控制方案
选用单片机作为系统的核心部件，实现控制与处理的功能。单片机具有资源丰富、速度快、编程容易等优点。利用单片机内部的随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）及其引脚资源，外接液晶显示（LED），键盘输入等实现数据的处理传输和显示功能，基本上能实现设计指标，因此综合考虑，本系统采用方案二。单片机种类繁多，性能指标，计算速度，性价比更不相同，考虑到本次设计单片机并不承担过于复杂和困难的计算任务，将不选用性能和价钱过高的单片机。因此我们选用常见的80C51单片已能满足设计要求。