基于生物识别技术的门禁系统 黑龙江大学 毕业论文.pdf

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1、 黑龙江大学学生毕业论文黑龙江大学学生毕业论文 论文题目：论文题目：基于生物识别技术的门禁系统 学 院：机电工程学院 年 级：2006 级 专 业：电气工程及其自动化 姓 名：陶东生 学 号：20062581 指导教师：闫广明 2010 年年 5 月月 11 日日 姓 名 陶东生 成 绩：毕业论文（设计）题目 基于生物识别技术的门禁系统 指导教师评语 签名：年 月 答辩委员会评语 主任签名：年 月 院学术委员会意见 院学术委员会主任签名：年 月 日 学院公章 摘要 随着科技的进步，人们对门禁系统的安全性要求越来越高，而与此同时一些传统的门禁技术已经不能满足当前社会对门禁安全性的要求，基于生物识

2、别的指纹识别技术的出现弥补了传统身份验证设备的不足，每个人的包括指纹在内的皮肤纹路在图案、断点和交叉点上各不相同，是唯一的，并且终生不变。依靠这种唯一性和稳定性，指纹识别与电子信息技术结合的指纹门禁系统具有可靠性高、不可复制、操作简易等特点。本文利用指纹模块、单片机、门锁驱动、LCD 显示构成的门禁系统，可实现指纹开门、指纹录入、指纹管理等功能，在实际应用中与传统设备相比具有很大优越性，传统的机械锁如有较多用户使用，就需要有很多钥匙给每个用户，这样即对安全性造成威胁同时钥匙的管理也难度很大，而指纹锁完全没用这种问题，指纹具有唯一性，当取消某人进入门禁资格时删除指纹库中该人信息即可，本课题采用

3、PIC16F877 单片机作为主控器与指纹模块串行通信同时驱动 LCD 与门锁驱动实现了基于指纹识别门禁系统。关键词 指纹识别；指纹门禁；单片机控制指纹模块；单片机门锁 Abstract With the progress of science and technology,people requirement for access security system has become increasingly demanding.While at the same time,some traditional access technology cannot satisfy the requi

4、rements of social security.The appearance of fingerprint identification based on biological recognition makes up the shortage of the traditional authentication devices.Everyone skin texture,including fingerprint,differ in pattern,breakpoints and intersection which are unique and lifelong unchangeabl

5、e.With this uniqueness and stability,fingerprint door system featuring the integration of fingerprint identification and electronic information technology has the feature of higher reliability,unsociably and simple operation,etc.By using fingerprint module,SCM,door locks,LCD display driver of entran

6、ce guard system,fingerprint door,fingerprints,fingerprint management function can be achieved.It has great advantages in actual applications compared to the traditional equipment.When the traditional mechanical lock is used by more consumers,it needs to have many keys to give each user,which will th

7、reaten the security and increase the difficulty of management.While fingerprint locks do not have this kind of problems because of fingerprint uniqueness.Someone permission into the door can be canceled by deleting his information in the fingerprint storehouse.This subject of using PIC16F877 microco

8、ntroller as the master and the fingerprint module and serial communication while driving LCD driver realized the door access control system based on fingerprint identification.Key Words Fingerprint Access Control;MCU control fingerprint module;microcontroller locks 1 目录 摘要.I Abstract.II 目录.1 第一章 前言.

9、1 1.1 课题研究背景及目的.1 1.2 指纹识别技术简介.2 1.2.1 指纹识别(Fingerprint)技术.2 1.2.2 指纹特征.3 1.2.3 指纹应用系统简介.4 1.2.4 指纹识别模块 SFG-3.1 介绍.5 1.3 PIC 系列单片机介绍.7 1.3.1 简介.7 1.3.2 产品特点.7 第二章 整体系统设计.9 2.1 功能描述.9 2.1.1 指纹开门.9 2.1.2 录入指纹.9 2.1.3 删除指纹.9 2.2 系统硬件结构.9 2.3 系统软件结构.10 2.3.1 系统职能模块.10 第三章 系统硬件设计.11 3.1 硬件构成.11 3.2 设备通信.

10、11 3.2.1 模块参数.11 3.3 电路搭建.11 3.3.1 微控器与指纹模块及 LCD.11 3.3.2 微控器与键盘及门锁驱动.12 第四章 系统软件设计.13 4.1 指纹模块控制程序.13 2 4.1.1 指纹比对.13 4.1.2 指纹录入.15 4.1.3 指纹删除.16 4.2 其他模块驱动.17 4.2.1 LCD 显示程序.17 4.2.2 键盘程序.17 4.3 系统主程序.19 第五章 仿真调试.21 5.1 Proteus 仿真环境介绍.21 5.2 功能仿真.22 5.2.1 指纹开门.22 5.2.2 指纹录入.23 5.2.3 删除数据.24 结论.26

11、参考文献.27 致 谢.28 基于生物识别技术的门禁系统 1 第一章 前言 1.1 课题研究背景及目的 当前的门禁系统大多数还是采用传统的机械门锁，而传统的机械门锁仅仅是单纯的机械装置，无论结构设计多么合理，材料多么坚固，人们总能通过各种手段把它打开。例如大街上随处可见的开锁公司，在出入人很多的门禁钥匙的管理很麻烦，钥匙丢失或人员更换都要把锁和钥匙一起更换。而在人员较多且出入较频繁却对安全要求严格的半公共场所，如我院的单片机实验室，要求对出入人员的身份验证，而且出入人员也经常更换，可能某个班级做完课程设计就不再来了，那么他的验证身份就要取消，可见如此复杂的门禁功能需求是传统机械锁无法实现的，我

12、们不可能给每个人配一把钥匙。门禁系统的安全性是许多系统要首先考虑的问题，尽管使用者一向都相当讨厌安全检查机制介入他们的工作中，但管理者仍然需要这样的一种检查访问与使用情形的手续与方法。如果没有办法清楚明确的辨认使用者身分的话，那么你也将无法确认是那位使用者，以及他究竟操作了什么行动14。现行的许多计算机系统中，包括许多非常机密的系统，都是使用“用户账户+密码”的方法来进行用户的身份认证和访问控制的。实际上，这种方案隐含着一些问题。例如，密码容易被忘一记，也容易被别人窃取。而且，如果用户忘记了他的密码，他就不能进入系统，当然可以通过系统管理员重新设定密码来重新开始工作，但是一旦系统管理员忘记了自

13、己的密码，整个系统也许只有重新安装后才能工作。密码被别人盗取更是一件可怕的事情，为用心不良的人可能会进一步窃取公司机密数据、可能会盗用别人的名义做不正当的事情、甚至从银行、“ATM”终端上提取别人的巨额存款。实际上，密码的盗取比较容易，别人只要留意你在计算机终端前输入口令时的击键动作就可以知道你的密码，甚至可以通过你的生日、年龄、姓名或者其他一些信息猜出你的密码许多人使用自己的生日作为密码，密码还可以被破解众所周知，高度机密的美国一些军事机构计算机网络曾不止一次被黑客侵入，黑客们实际上就是破解了这些计算机网络的某一合法用户的密码来开始的。尽管现行系统通过要求用户及时改变他们的口令来防止盗用口令

14、行为，但这种方法不但增加了用户的记忆负担，也不能从根本上解决问题除了计算机网络及其应用系统外，一些传统的需要进行身份验证的场合，也存在着类似的安全性问题。另一个例子是考勤机，它的使用方便了企业进行职工的考勤管理，但使领导头疼的基于生物识别技术的门禁系统 2 是经常有人弄虚作假，代别人打卡。丢了钥匙不仅打不开门，还要当心坏人拾到你的钥匙盗取你的家财，其他使用钥匙的场合同样也有如此的问题。这些问题都说明，现行的系统安全性技术己经遭遇严峻的挑战!为了解决这些问题，就出现了射频卡锁，电子密码锁，这两种锁的出现从一定程度上提高了人们对出入口通道的管理程度，但随着这两种电子锁的不断应用，它们本身的缺陷就逐

15、渐暴露，射频卡锁的问题是信息容易复制，卡片与读卡机具之间磨损大，故障率高，不能完全验证卡片所有人身份，安全系数低。密码锁的问题是密码容易泄露，不确定开锁人身份，又无从查起，安全系数很低。而基于生物识别的指纹识别技术的出现弥补了传统身份验证设备的不足，每个人的包括指纹在内的皮肤纹路在图案、断点和交叉点上各不相同，是唯一的，并且终生不变。依靠这种唯一性和稳定性，指纹识别与电子信息技术结合的指纹门禁系统具有可靠性高、不可复制、操作简易等特点4。本课题将对基于嵌入式系统与指纹识别模块开发的指纹门禁系统进行设计。实现如下功能：（1）对进入实验室人员进行指纹身份验证 人员进入实验室按入指纹，系统对录入指纹

16、与指纹库已有指纹比对，如录入指纹存在，则在提示通过并打开门锁。（2）新人员指纹录入 系统验证管理人员管理权限后，可进行指纹录入，按入指纹，指纹图像特征码合格后录入指纹库。（3）已有指纹信息删除管理。系统验证管理人员管理权限后，对已不再需要进入实验室的人员的指纹信息进行管理，输入指纹编号选择删除，提示成功后成功删除该条指纹信息2。1.2 指纹识别技术简介 1.2.1 指纹识别(Fingerprint)技术 每个人的包括指纹在内的皮肤纹路在图案、断点和交叉点上各不相同，也就是说，是唯一的，并且终生不变。依靠这种唯一性和稳定性，我们就可以把一个人同他的指纹对应起来，通过比较他的指纹和预先保存的指纹进

17、行比较，就可以验证他的真实身份。这就是指纹识别技术。基于生物识别技术的门禁系统 3 自动指纹识别技术的发展得益于现代电子集成制造技术和快速而可靠的算法研究。尽管指纹只是人体皮肤的一小部分，但用于识别的数据量相当大，对这些数据进行比对也不是简单的相等与不相等的问题，而是使用需要进行大量运算的模糊匹配算法。现代电子集成制造技术使得我们可以制造相当小的指纹图像读取设备，同时飞速发展的个人计算机运算速度提供了在微机甚至单片机上可以进行两个指纹的比对运算的可能。另外，匹配算法可靠性也不断提高。为此，指纹识别技术己经非常简单实用了。由于计算机处理指纹时，只是涉及了指纹的一些有限的信息，而且比对算法并不是精

18、确匹配，其结果也不能保证 100%准确。指纹识别系统的特定应用的重要衡量标志是识别率。主要由两部分组成，拒判率(FRR)和误判率(FAR)。我们可以根据不同的用途来调整这两个值。FRR 和 FAR 是成反比的。尽管指纹识别系统存在着可靠性问题，但其安全性也比相同可靠性级别的用户账户+密码方案的安全性高得多3。1.2.2 指纹特征 指纹其实是比较复杂的。与人工处理不同，许多生物识别技术公司并不直接存储指纹的图像。多年来在各个公司及其研究机构产生了许多数字化的算法。（1）纹形 其他的指纹图案都基于这三种基本图案。仅仅依靠纹形来分辨指纹是远远不够的，这只是一个粗略的分类，通过更详细的分类使得在大数据

19、库中搜寻指纹更为方便快捷。如图 1-1 所示。图 1-1 指纹特征纹形（2）模式区 模式区是指指纹上包括了总体特征的区域，即从模式区就能够分辨出指纹是属于那一种类型的。有的指纹识别算法只使用模式区的数据。指纹识别算法使用了所取得的完基于生物识别技术的门禁系统 4 整指纹而不仅仅是模式区进行分析和识别。（3）核心点 核心点位于指纹纹路的渐进中心，它在读取指纹和比对指纹时作为参考点。许多算法是基于核心点的，即只能处理和识别具有核心点的指纹。核心点对于指纹识别算法很重要，但没有核心点的指纹它仍然能够处理。（4）三角点 三角点位于从核心点开始的第一个分叉点或者断点、或者两条纹路会聚处、孤立点、折转处，

20、或者指向这些奇异点。三角点提供了指纹纹路的计一数跟踪的开始之处。（5）纹数 纹数指模式区内指纹纹路的数量。在计算指纹的纹数时，一般先在连接核心点和三角点，这条连线与指纹纹路相交的数量即可认为是指纹的纹数5。1.2.3 指纹应用系统简介 应用系统利用指纹识别技术可以分为两类，即验证和辨识。如图 1-2 所示，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，并与其姓名或其标识联系起来。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。

21、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6。基于生物识别技术的门禁系统 5 图 1-2 指纹应用系统 1.2.4 指纹识别模块 SFG-3.1 介绍 光学式指纹识别模块“SFG-301”光学式指纹识别模块是圣非格科技有限公司根据门禁、门锁、考勤、保险箱（柜）行业需求而推出的最新产品。它由高性能“DSP”处理器、大容量“FLASH”和彩色“CMOS”等芯片构成，具有指纹录入、图像处理、模板存储、指纹比对和指纹搜索等功能的智能型模块。实物如图 1-3 所示。图 1-3 SFG-301 指纹模块实物图 基于生物识别技术的门禁系统 6（1）主要技术指标 指

22、纹模块主要技术指标如表 1-1 所示。表1-1 指纹模块参数表 序号 项目 参数 备注 1 工作电压 DC3.6-7.0V 2 工作电流 100mA 3 峰值电流 150mA 4 安全等级 5 1-5 级 5 拒真率 0.1%安全等级为 3 时 6 认假率 0.001%安全等级为 3 时 7 图像处理时间 0.4 秒 8 搜索时间 1 秒 9 存储容量 120/375/800 枚 10 UART 波特率 9600N 11 USB1.1 12 温度-2050 （2）串行通讯 引脚定义如表 1-2 所示。表 1-2 引脚参数表 引脚号 名称 定义 描述 1 VIN 电源输入 电源正输入 2 TD

23、数据发送 串行数据输出 3 RD 数据接收 串行数据输入 4 NC 未定义 5 NC 未定义 6 GND 电源和信号地 模块通过串行通讯接口，可直接与采用 3.3V 或者 5V 电源的单片机进行通讯；指纹模块的数据发送端（TD）接上位机的数据接收端（RXD），指纹模块的数据接收端（RD）接上位机的数据发送端（TXD)。基于生物识别技术的门禁系统 7 1.3 PIC 系列单片机介绍 1.3.1 简介 PIC 单片机系列是美国微芯公司(Microchip)的产品，是当前市场份额增长最快的单片机之一。CPU 采用“RISC”结构，分别有 33、35、58 条指令(视单片机的级别而定)，属精简指令集。

24、而 51 系列有 111 条指令，AVR 单片机有 118 条指令，都比前者复杂。采用 Harvard 双总线结构，运行速度快(指令周期约 160200nS)，它能使程序存储器的访问和数据存储器的访问并行处理，这种指令流水线结构，在一个周期内完成两部分工作，一是执行指令，二是从程序存储器取出下一条指令，这样总的看来每条指令只需一个周期(个别除外)，这也是高效率运行的原因之一。此外，它还具有低工作电压、低功耗、驱动能力强等特点。PIC 系列单片机共分三个级别，即基本级、中级、高级。其中又以中级的 PICl6F873(A)、PICl6F877(A)用的最多。1.3.2 产品特点（1）精简指令使其执

25、行效率大为提高。PIC 系列 8 位 CMOS 单片机具有独特的 RISC 结构，数据总线和指令总线分离的哈佛总线结构，使指令具有单字长的特性，且允许指令码的位数可多于 8 位的数据位数，这与传统的采用 CISC 结构的 8 位单片机相比，可以达到 2:1 的代码压缩，速度提高 4倍。（2）产品上市零等待。采用 PIC 的低价 OTP 型芯片，可使单片机在其应用程序开发完成后立刻使该产品上市。（3）PIC 有优越开发环境。OTP 单片机开发系统的实时性是一个重要的指标，象普通 51 单片机的开发系统大都采用高档型号仿真低档型号，其实时性不尽理想。PIC 在推出一款新型号的同时推出相应的仿真芯片

26、，所有的开发系统由专用的仿真芯片支持，实时性非常好。就我个人的经验看，还没有出现过仿真结果与实际运行结果不同的情况。（4），其引脚具有防瞬态能力，通过限流电阻可以接至 220V 交流电源，可直接与继电器控制电路相连，无须光电耦合器隔离，给应用带来极大方便。（5）彻底的保密性。PIC 以保密熔丝来保护代码，用户在烧入代码后熔断熔丝，别人再也无法读出，除非恢复熔丝。目前，PIC 采用熔丝深埋工艺，恢复熔丝的可能性基于生物识别技术的门禁系统 8 极小。（6）自带看门狗定时器，可以用来提高程序运行的可靠性。（7）睡眠和低功耗模式。虽然 PIC 在这方面已不能与新型的“TIMSP430”相比，但在大多数

27、应用场合还是能满足需要的1。本课题将采用 SFG-301 指纹模块与 PIC16f877 单片机串行通信制作。基于生物识别技术的门禁系统 9 第二章 整体系统设计 2.1 功能描述 用于实验室的指纹门禁系统，主要功能就是用手指开门。用手指开门之前，指纹库中必须要有指纹特征信息，所以就要有录入指纹这一项功能。为了实现对指纹库中的指纹进行管理，因此要有删除指纹这一项功能。2.1.1 指纹开门 根据每个人指纹的唯一性，以指纹作为钥匙。通过在系统中的预先建档，将个人的指纹通过指纹采集器存储到存储器中。当用户有访问需要时，指纹采集器采集用户指纹的特征信息，与指纹库中信息比对，决定用户是否有访问的权限。如

28、果用户拥有需要的权限，那么，在验证通过之后，门禁系统输出一个锁控信号给门锁设备，实现对门的控制，如果用户没有相应的权限，验证后会给出验证失败的信息。2.1.2 录入指纹 要使用指纹库中的信息，这就要求系统具有录入指纹的功能，即将个人的指纹通过指纹采集器采集用户指纹的特征信息，通过光电转换后，将指纹特征值和对应的编号存储到存储器中。而录入指纹之前需要首先验证当前用户是否具有录入管理权限，这里“SFG-301”模块默认 1-5 号指纹编号对应的人员为管理员身份。2.1.3 删除指纹 由于实验室的使用者有变更，所以要求该门禁系统具有删除指纹的功能，即将个人的指纹的特征信息从存储器中删除。进行删除操作

29、前需要验证管理员身份。删除分为两种操作：按照指纹删除和按照编号删除。第一种选择删除操作后按入要删除的指纹，验证后确定操作。第二种由管理员通过键盘输入要删除人员的编号执行删除操作。2.2 系统硬件结构 根据上述功能，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、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。液晶显示器显示基于生物识别技术的门禁系统 10 时间和提示操作信息以及显示管理操作菜单。和键盘一起组成人机交互界面。本次设计指纹门禁系统的硬件结构如图 2-1 所示。图 2-

30、1 系统硬件示意图 2.3 系统软件结构 2.3.1 系统职能模块 按操作流程或系统职能，软件主要由以下几部分构成:（1）指纹开门，按入指纹信息，系统核对指纹库是否存在匹配指纹，如果存在则执行开锁命令，否则输出开锁失败信息。（2）录入指纹该部分的功能是采集并存储指纹特征信息。在采集新的指纹特征信息之前必须要管理者授权，也就是管理者指纹比对通过后，输入新指纹的功号，再采集新指纹的特征信息。（3）删除指纹该部分的作用是删除存储过的指纹特征信息。该项功能只有管理者才有此权限，所以，再执行删除操作之前，现验证管理者指纹。该项操作包括两种操作方式:按 ID 号删除和按指纹删除。SFG-R30 指纹识别模

31、块 RS232 处理器 PIC16F877 功能选择键盘 输入处理数据存储及应答模块 输出 LCD 显示 门锁驱动电路 基于生物识别技术的门禁系统 11 第三章 系统硬件设计 3.1 硬件构成 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、电控锁构成。指纹识别模块选用圣非格科技有限公司的指纹识别独立模块 SFG-301。SFG-301 是一款具有串行通信接口的指纹识别系统独立模块，能方便自如地集成于各类识别应用产品中。SFG-301 由指纹处理模块和指纹采集模块组成。光学指纹采集模块采用 CMOS芯片采集高质量的指纹图像，自带 CPU 处理器的指纹处理模块采用斯玛特优异

32、的指纹算法提取指纹图像特征值用于完成指纹比对功能，指纹特征值加密数据后存储于处理模块的闪存中。处理模块通过串口与外围控制器通信。液晶显示器选用 SMC160IA LCD 显示模块。SMC1601A 是标准西文字符型液晶显示模块，显示 16 个字符。键盘为 44 键盘，微控器为 PIC16F877。3.2 设备通信 3.2.1 模块参数 SFG-301 模块外部接口是标准 RS-232 串口，在命令工作模式下，上位机可以通过RS-232 串口发送各种指令控制模块。模块通过串行通讯接口，可直接与采用 3.3V 或者 5V 电源的单片机进行通讯；指纹模块的数据发送端（TD）接上位机的数据接收端（RX

33、D），指纹模块的数据接收端（RD）接上位机的数据发送端（TXD）。3.3 电路搭建 3.3.1 微控器与指纹模块及 LCD SFG-301 指纹识别模块 1(VIN)，6(GND)分别接+5V 电源与地，引脚 2(TD)，3(RD)分别连接 PIC16F877 上 RC7 与 RC6。LCD 模块 RD 接单片机 RC6(TX)并接电源、地。电路如图 3-1 所示。基于生物识别技术的门禁系统 12 图 3-1 指纹模块及 LCD 部分电路图 3.3.2 微控器与键盘及门锁驱动 微控器 PIC16F877 的 RD0-RD7 与键盘连接，“RB1”向门锁驱动输出开关量信号。低电平为关，高电平为开

34、9。电路图如图 3-2 所示。图 3-2 完整电路图 基于生物识别技术的门禁系统 13 第四章 系统软件设计 4.1 指纹模块控制程序 4.1.1 指纹比对 指纹比对即对当前输入指纹进行验证，系统首先执行录入图像命令，对指纹区域的图像验证是否为指纹，如是指纹则进入下一步 比对指纹系统发送比对指纹命令比对通过则执行开门命令，开门 10 秒种后系统自动执行锁门动作命令。操作流程如图 4-1所示。（1）指纹模块录入图像 功能说明：探测手指，探测到后录入指纹图像存。指纹录入指令如表 4-1 所示，指纹录入应答如表 4-2 所示。表 4-1 录入指令 2byte 2byte 2byte 2byte 2b

35、yte 2byte 包头 模块地址 包标识 包长度 指令码 校验和 0XEF01 FFFFFF 01H 03H 01H 05H 表 4-2 录入应答包格式 2byte 2byte 2byte 2byte 2byte 2byte 包头 模块地址 包标识 包长度 确认码 校验和 0XEF01 FFFFFF 07H 03H xxH Sum 注：确认码=00H 表示录入成功；确认码=01H 表示收包有错；确认码=02H 表示传感器上无手指；确认码=03H 表示录入不成功；sum 指校验和（2）精确比对两枚指纹特征 指纹特征比对指令如表 4-3 所示。指纹特征应答如表 4-4 所示。表 4-3 比对指令

36、 2byte 2byte 2byte 2byte 2byte 2byte 包头 模块地址 包标识 包长度 指令码 校验和 0XEF01 FFFFFF 01H 03H 03H 07H 基于生物识别技术的门禁系统 14 表4-4 比对应答包格式 2byte 2byte 2byte 2byte 2byte 2byte 包头 模块地址 包标识 包长度 确认码 校验和 0XEF01 FFFFFF 07H 05H xxH Sum 注：确认码=00H 表示指纹匹配；确认码=01H 表示收包有错；确认码=08H 表示指纹不匹配。（3）流程图 图 4-1 指纹开门流程图 发送指纹验证指令 发送比对指纹命令 比对

37、通过 提示:No Pass 驱动门锁开门 提示:Pass 延时 10s 驱动门锁关 是指纹图像 Y Y 提示:Input Finger 待机菜单 N N 基于生物识别技术的门禁系统 15 4.1.2 指纹录入 录入指纹程序的任务就是将没有登录的指纹采集特征信息到指纹库。对录入的指纹要给予相应的 ID 号，用户要将 ID 号和相对应的指纹记录下来。在录入新指纹之前，必须先比对管理者的指纹，通过后认为管理者已经授权，这时才能录入新指纹。然而对于一个新系统来说，指纹库里没有指纹特征信息，自然也没有管理者，所以，对于一个新系统而言，录入第一枚指纹时，不需要管理者指纹比对这个过程，录入的第一枚指纹系统默

38、认管理者，并且他的 ID 号为 01 号，之后录入指纹系统自动按顺序生产 ID 号。操作流程如图 4-2 所示。发送指纹验证指令 发送比对指纹命比对通过 N 提示:No Pass 提示:No admin 是指纹图像 Y Y提示:No Image ID 是否管理员 键盘按录入键 按入指纹 发送录入指纹命令 提示：Success Input ID xx N N Y 待机菜单 基于生物识别技术的门禁系统 16 图 4-2 指纹录入流程图 4.1.3 指纹删除 选择删除指纹操作时，首先验证管理员身份，通过后选择根据 ID 删除或者根据指纹删除。操作流程如图 4-3 所示。发送指纹验证指令 发送比对指纹

39、命比对通过 提示:No Pass 提示:No admin 是指纹图像 N Y 提示:No Image ID 是否管理员 下键盘按删除键 Y 按 ID 删除 发送删除指纹命令 提示：Success Del ID xx 按指纹删除 输入 ID 按入指纹 指纹库中查找对应 ID N Y N 待机菜单 基于生物识别技术的门禁系统 17 图 4-3 指纹删除流程图 4.2 其他模块驱动 4.2.1 LCD 显示程序 LCD 显示使用了 RS232LCD 模块，模块接单片机串行输出口 TX，模块采用西文字符集，所以只能显示英文。程序中调用“LcdWrite”，即可向 LCD 输出信息10。例：LcdWri

40、te(“please in put:”);/调用 LcdWrite 函数输出字符串 void LcdWrite(unsigned char xi,unsigned char y)/定义 LcdWrite 函数 For(i=0;iy;i+)/循环字符串个数 writepoint(xi,i);/调用写点函数在LCD上生成对应字符 void writepoint(unsigned char x,unsigned char y)/定义写点函数 unsigned char x_pt,y_pt;/定义 X，Y 左边变量 unsigned int address;/定义地址变量 x_pt=x;y_pt=y;

41、address=(y_pt&0 x7f)*width+x_pt/8+addr_t;/写地址 .4.2.2 键盘程序 键盘采用 44 键盘，程序每次循环都检测按键是否有按键按下，当有按键按下则继续判断是哪行、哪列得出键值，并根据键值输出到对应功能，键位定义如图 4-4 所示。基于生物识别技术的门禁系统 18 图 4-4 键盘键位示意图 void Dispaly(unsigned char k)/按键放开子程序 unsigned char keytemp,temp;/定义变量 while(1)delay10ms(1);/延迟 10 毫秒/keytemp=(PORTD&0 x0f);/RD 低四位置

42、 1，高四位置 0 keytemp=0 x0f;temp=(PORTD&0 x0f);if(keytemp=temp)break;.基于生物识别技术的门禁系统 19 4.3 系统主程序 主程序控制系统的主流程，当有中断操作如键盘按下、指纹模块数据传送系统进入处理子程序12，系统主流程见图 4-5。#include#include Rs232LCD.h /加载 LCD 显示子程序 Void Paypad();/按键子程序检测按键 void Send(void);/向串口发送命令 void main()PORTB=0;TRISB=0;TRISC7=1;TRISC6=0;TRISC1=1;SPBRG

43、=25;/设置波特率为 9600BPS TXSTA=0X24;/使能串口发送，选择高速波特率 RCSTA=0X90;/使能串口工作 INTCON=0X00;/系统初始化 SFGInt();/指纹模块初始化 SysInt();/系统初始化，LCD 初显及指纹模块接收 Delay(500);/延时 0.5 秒等待模块上电 while(RCIF=1&!Rx_Flag);/等待指纹模块发送数据中断 if(RCIF=1&!Rx_Flag)/如有中断发生并且接收标志位为 1 时 Rx_bufferRx_cnt=RCREG;DealRX();/处理指纹模块信息子程序 基于生物识别技术的门禁系统 20 图 4

44、-5 系统主程序流程图 基于生物识别技术的门禁系统 21 第五章 仿真调试 5.1 Proteus 仿真环境介绍 Proteus 软件是 EDA 工具软件，Proteus 软件除了具有和其它 EDA 工具一样的原理布图、PCB 自动或人工布线及电路仿真的功能外，他的电路仿真是互动的，针对微处理器的应用，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级的实时调试，如有显示及输出，还以看到运行后输入输出的效果，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等，完全具有了硬件开发的基础。这个仿真软件可以最大限度的避免浪费，当仿真结果正确无误后再进行实物的制作。.此外，对于元件库中没有的器件，使用

45、者也可依照需要自己创建.将用汇编和 C 语言编写的程序编译好之后，可以立即进行软、硬件结合的系统仿真，像使用仿真器一样来调试程序15.Proteus 组合了高级原理布图、混合模式 SPICE 仿真、PCB 设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。Proteus 产品系列包含了 VSM 技术，用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真。用户可以实时采用诸如 LED/LCD、键盘、RS232 终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真，仿真电路单片机参数设置如图 5-1 所示，仿真电路如图 5-2 所示。本课题中的软件程序已经在 MPLAB 编译完成，生成为 Finger.hex

46、，在 Proteus 中将单片机加载程序 Finger.hex 即可，电路仿真设计在 Proteus 中完成，指纹识别模块由串口调试器手动输入发包信息，至此，仿真环境已经建立完成。下面进入功能测试仿真。图 5-1 单片机设置参数 基于生物识别技术的门禁系统 22 图 5-2 仿真电路 5.2 功能仿真 5.2.1 指纹开门 开始仿真后，LCD提示：“Input Finger：”图5-3，此时在串口调试器输入编号“0006”（指纹模块仿真用串口调试器代替，指纹模块与单片机的同学测试已经通过，可接收、发送数据包，这里用指纹编号代替对应的指纹码，程序中调试标志“TestFlag=1”），程序检查是否

47、存在“0006”编号存在则向开锁位“RB1”输出高电平同时 LCD 屏显“Pass”。如图 5-4 所示。图 5-3 提示输入指纹 基于生物识别技术的门禁系统 23 图 5-4 指纹验证通过 5.2.2 指纹录入 开始仿真后，按键盘上指纹录入键 ，屏幕提示“Input admin”图 5-5，输入管理员账号“0001”，如图 5-6 所示，屏幕回显“Admin Pass”管理员身份验证成功，如图 5-7 所示，此时 按入新数据，屏幕提示添加成功。图 5-5 提示输入管理员 图 5-6 管理验证通过 基于生物识别技术的门禁系统 24 图 5-7 添加成功 5.2.3 删除数据 开始仿真后，按键盘

48、上指纹删除键，屏幕提示“Input admin”，输入管理员账号“0001”屏幕回显“Admin Pass”管理员身份验证成功，此时选择按 ID 删除，通过键盘按入 ID。按键盘删除键，提示删除成功。操作流程如图 5-8、5-9、5-10、5-11 所示。图 5-8 提示输入 ID 图 5-9 输入 ID 基于生物识别技术的门禁系统 25 图 5-10 键盘按键 图 5-11 删除成功 基于生物识别技术的门禁系统 26 结论 本设计完成了利用单片机、指纹模块实现提高门禁系统安全性能的任务。系统由指纹识别模块、单片机、LCD 屏显、键盘、门锁驱动组成。在开发过程中，在对单片机PIC16F877，

49、LCD 显示器，键盘，SFG-301 指纹模块以及功能和端口的详细分析的基础上，实现了模块之间的电路互连，实现了通过指纹验证对门禁系统的管理、权限验证、指纹开门等功能。在工业生产上，只需对电路稍加修改即可实现批量生产。随着科技的进步，基于生物特征识别技术将会越来越成熟，与电子信息技术结合的会更紧密。指纹识别技术也将在我们的生活中发挥着不可替代的作用。基于生物识别技术的门禁系统 27 参考文献 1 李荣正PIC 单片机原理及应用J北京航空航天大学出版社2005 年，第二版268-290 2 张薇指纹识别技术在门禁系统的应用J广东自动化与信息工程1999 年，03 期：31-35 3 吴国英非接触

50、 IC 卡技术在门禁系统中的应用J中国安防产品信息，2004 年：8-11 4 黄绍平.基于指纹识别系统的应用开发技术D.2001 年.第 12 期：（42）5 张健.基于 DSP 的指纹识别系统的设计D;沈阳工业大学;2005 年：15-18 6 牛仁朝.指纹识别系统的设计J;电脑与信息技术;1998 年 05 期：134-151 7 沈小丰，李小贝.便携式指纹识别系统的设计J;自动化技术与应用;2005 年 04 期：27-31 8 李强.高准确度实时指纹识别系统R.中国激光.2001 年 3 月.第 28 卷第 3 期：279-283 9 张大志.活体指纹识别门禁管理系统的研制R.湛江师