指纹门禁系统管理系统设计毕业论文

指纹门禁系统管理系统设计毕业论文

目录

第一章绪论 (1)

1.1引言 (1)

1.2研究背景及意义 (1)

1.3本文的结构 (2)

第二章系统硬件设计 (3)

2.1系统的硬件结构 (3)

2.1.1 系统硬件设计综述 (3)

2.1.2 硬件系统元器件概述 (4)

2.2主控芯片硬件设计 (5)

2.2.1 AT89C52介绍 (5)

2.2.2 主要功能特性 (5)

2.2.3 管脚说明 (6)

2.2.4 主控芯片模块设计 (8)

2.3指纹识别模块的硬件设计 (9)

2.3.1 指纹识别模块 (9)

2.3.2 电平信号转换 (10)

2.3.3 稳压器 (10)

2.3.4 数据接收设置 (12)

2.4LCD液晶显示器模块硬件设计 (13)

2.4.1 LCD模块 (13)

2.4.2 接口电路设计 (14)

2.5时钟/日历芯片模块硬件设计 (15)

2.5.1 时钟/日历芯片元器件 (15)

2.5.2 接口电路设计 (16)

2.6E2PROM的读写程序模块硬件设计 (17)

2.6.1 元器件参数 (17)

2.6.2 元器件工作分配 (18)

2.6.3 接口电路设计 (19)

2.7键盘输入模块的硬件设计 (20)

2.8电机正反转电路设计 (21)

2.9紧急复位电路设计 (22)

第三章系统软件设计 (24)

3.1系统软件结构 (24)

3.1.1 系统功能 (24)

3.1.2 系统职能模块 (24)

3.1.3 系统软件流程 (25)

3.2显示程序软件设计 (26)

3.2.1 显示器的读写时序及初始化 (26)

3.2.2 显示程序设计 (27)

3.3键盘输入模块软件设计 (29)

3.4串行E2PROM的读/写程序模块软件设计 (31)

3.4.1 I2C总线协议 (31)

3.4.2 I2C总线写入程序 (31)

3.4.3 I2C总线读程序 (32)

3.5时钟/日历模块软件设计 (34)

总结 (39)

结论 (39)

感悟 (39)

致谢 (40)

参考文献 (40)

附录A: 系统硬件图 (42)

附录B: 系统程序 (44)

附录C: 系统调试图 (51)

附件毕业论文光盘资料

第一章绪论

1.1 引言

智能门禁系统是一种新型现代化安全管理系统，集自动识别技术和现代安全管理措施为主体，涉及电子、机械、光学、计算机技术、通讯技术、生物技术等诸多新技术。门禁系统通过在建筑物的主要管理区、出人口、电梯厅、设备控制中心机房、贵重物品的库房等重要部门的通道口安装门磁、电控锁或控制器、读卡器等控制装置，由计算机或管理人员在中心控制室监控，能够对各通道口的位盆、通行对象及通行时间、方向等进行实时控制或设定程序控泪，从而实现对出人口的控制。

门禁系统常规由门禁控制器、门禁读卡器、卡片、电控锁、门禁软件、电源和相关门禁应用设备几部分组成。门禁系统是随着自动识别技术的发展而迅速发展的，目前，国外研制和使用的门禁系统主要集中在感应门禁系统和生物识别门禁系统。在生物识别门禁系统中又以指纹门禁系统应用最为广泛。

本文主要研究的是一种利用指纹识别的智能门禁系统，既可以单独使用也可以联网应用。

1.2 研究背景及意义

社会治安仍是当今社会面临的一个重大问题，如何应用高科技手段提高安全防措施，更有效地阻止犯罪行为的发生是科技工作者义不容辞的责任。目前的形势下，对于普通居民小区，仅仅依靠普通的门锁、防盗门或者报警等系统来保证居民住宅的安全是不够的，如果能够安装一套适合于单个家庭的简易智能门禁系统，将会有效地保护住宅的安全，并在案发后提高破案率。随着科技的进步，指纹识别技术己经开始走入了我们的日常生活之中。

指纹识别是自动识别技术中应用最为广泛的一种应用。自动识别技术是将信息数据自动识读、自动输入计算机的重要方法和手段，它是以计算机技术和通信技术为基础的综合性科学技术。指纹产品基础构件包括：指纹传感器（指纹Sensor）、指纹传感器驱动程序（Driver）、指纹传感器底层接口程序（底层SDK）以及指纹算法程序。指纹识别技术主要涉及四个功能:读取指纹图像、提取特征、保存数据和比对。

应用系统利用指纹识别技术可以分为两类，即“验证”和“辨识”。验证就

是通过把一个现场采集到的指纹与一个己经登记的指纹进行一对一的比对，来确认身份的过程。作为验证的前提条件，他或她的指纹必须在指纹库中已经注册。指纹以一定的压缩格式存贮，并与其或其标识联系起来。随后在比对现场，先验证其标识，然后，利用系统的指纹与现场采集的指纹比对来证明其标识是合法的。验证其实是回答了这样一个问题:“他是他自称的这个人吗?”这是应用系统中使用得较多的方法。

有效的指纹识别系统不仅仅依赖于辨识算法，还包括注册和辨识过程，速度和工作学、用户信息的反馈、排斥欺骗和安全考虑。为了得到较好的识别率，重要的是在注册时尽量获得最好的指纹图像。一个较好的指纹识别系统应要求用户的指纹在登记指纹时多次获取指纹，然后，把最好的指纹或每次获得的指纹的综合的结果作为注册的指纹。

所以可以看出指纹具有唯一性和不变性，因此指纹识别的应用于门禁系统，将大大提高门禁系统的安全性和可靠性。

1.3 本文的结构

本文以指纹门禁管理系统的研发工程项目作为应用背景，对指纹门禁系统管理系统技术进行了研究。全文共分为四章，各章的主要容如下：第一章扼要地介绍了指纹识别、指纹应用系统的相关知识和概念，阐述了此次设计的相关研究背景和意义；

第二章研究了指纹门禁系统管理系统的硬件设计；

第三章对指纹门禁系统管理系统的软件进行了研究，给出了指纹门禁系统管理系统的软件设计方案；

第四章总结了全文的研究工作，给出了存在的问题和进一步研究的方向。

第二章系统硬件设计

2.1 系统的硬件结构[4]

2.1.1 系统硬件设计综述

本次设计系统的硬件部分主要包括指纹识别模块、微控器、液晶显示器、键盘、指纹识别模块的电源管理、存储器、日历/时钟芯片、电控锁。

指纹识别模块主要完成指纹的采集、识别，指纹特征信息的存储、删除等操作。微控器作为系统的上位机，控制整个系统，对各个部分发出指令和控制。

液晶显示器显示时间和提示操作信息以及显示开门记录。和键盘一起组成人机交互界面

由于该门禁系统使用频率不高，大部分时间处于待机状态，也就是说指纹识别模块不必一直处于使用状态，并且指纹识别模块动态、静态电流都很高，所以必须对指纹识别模块的电源进行管理，在需要采集指纹、比对指纹、存储指纹特征信息、删除指纹特征信息等操作时才一给指纹识别模块供电。

开门记录和密码存储在E2PROM里。显示的日期和时间来自日历/时钟芯片。指纹比对通过后，微控器给一个控制信号控制门的开/关。

本次设计指纹门禁系统的硬件结构如图2.1所示：

图2.1 系统硬件结构图

2.1.2 硬件系统元器件概述[5]

指纹门禁系统的硬件部分主要包括指纹识别模块、微控器、液晶显示器、键盘、指纹识别模块的电源管理、存储器、日历/时钟芯片、电压检测、电控锁。

微控器选用单片机AT89C52，它是是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片含8k Bytes的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片集成了通用8位中央处理器和DSP Flash存储单元，功能强大，可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

指纹识别模块选用SM-60系列，SM-60系列光学头指纹识别模块是中正公司2003年推出的最新产品。SM-60系列模块采用光学指纹传感器，由高性能DSP 处理器和FLASH等芯片构成，具有指纹图像处理、模板提取、模板匹配、指纹搜索和模板存储等项功能。并具有自主知识产权；指纹适应性强；价格低廉；算法性能优异；不同应用环境转换灵活；简单易用方便扩充；低功耗；以及灵活设置安全等级等诸多优点。SM-60系列模块应用广泛，适合从低端到高端的所有指纹识别系统。简单的保险柜（箱）、门锁；较复杂的门禁系统；指纹IC卡识别终端机；与PC联机的指纹识别及认证系统中都得到了广泛的应用。

液晶显示器选用太阳人电子的SMC1601A液晶显示模块。SMC1601A是标准西文字符型液晶显示模块，显示16*1个字符。

键盘为4*4矩阵键盘。

指纹识别模块的电源管理由MAX603来管理。MAX603是可关断/复位，低失稳电压、低静态电流的线性稳压器，输出5V，或可调电压，最大输出电流500mA,5V 输出时典型失稳电压320mV(500mA输出电流)，静态电流典型值15uA，最大值35uA。关断方式的静态电流只有2uA。MAX603来稳压5V给指纹识别独立模块SM-60供电，同时控制指纹识别独立模块SM-60的电源。

存储器用来存储密码和开门纪录的ID号及时间，并要求在断电的情况下，数据不能丢失，所以，要用到电擦除可编程只读存储器E2PROM。串行E2PROM选用CATALYST公司的CAT24WC02，CAT24WC02是一个2K位的串行CMOS E2PROM，部含有256个8位字节。该器件通过I2C总线接口进行操作。

日历/时钟芯片选用PHILIPS公司的PCF8563。PCF8563是一款低功耗的CMOS 实时时钟/日历芯片，它提供一个可编程时钟输出，一个中断输出和掉电检测器，所有的地址和数据通过I2C总线接口串行传递。最大总线速度为400Kb/s，每次读写数据后，嵌的字地址寄存器会自动增加。因此，该器件和CAT24WCO2都挂在I2C总线上。

电压检测器件选用HOLTEK公司的HT7050。HT7050是HT70XX系列中检测电压为5V的三端口低电压检测器。HT70XX系列是采用COMS技术实现的三端口低电压检测器，检测器由4部分组成:高精度低功耗的标准电压源、比较器、滞后电路、输出驱动。

电控锁由直流电机、控制直流电机正反转的电路和减速机构构成，实现控制锁杆的伸出和收回两个动作，从而达到控制门的开关。

2.2 主控芯片硬件设计

2.2.1 AT89C52介绍[4]

AT89C52是51单片机系列的一个型号，它是ATMEL公司生产的。

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。

AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

2.2.2 主要功能特性

·兼容MCS51指令系统

· 8k可反复擦写(>1000次）Flash ROM

· 32个双向I/O口

· 256x8bit部RAM

· 3个16位可编程定时/计数器中断

·时钟频率0-24MHz

· 2个串行中断

· 可编程UART串行通道

· 2个外部中断源

·共6个中断源