一、前言

指紋識(shí)別技術(shù)是一種常見的生物識(shí)別技術(shù)，利用每個(gè)人指紋的唯一性進(jìn)行身份認(rèn)證。相比于傳統(tǒng)的密碼鎖或者鑰匙鎖，指紋鎖具有更高的安全性和便利性，以及防止鑰匙丟失或密碼泄露的優(yōu)勢(shì)。

基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的指紋鎖項(xiàng)目是利用STC89C52作為主控芯片，結(jié)合AS608光學(xué)指紋識(shí)別模塊和LCD1602顯示屏，實(shí)現(xiàn)了指紋的讀取、錄入和驗(yàn)證功能。用戶可以通過按鍵來進(jìn)行指紋的錄入和刪除操作，并通過LCD顯示屏來查看指紋識(shí)別的狀態(tài)。

在該項(xiàng)目中，AS608光學(xué)指紋識(shí)別模塊是核心部件。它使用光學(xué)傳感器采集指紋圖像，然后通過算法進(jìn)行特征提取和比對(duì)，最終判斷指紋是否匹配。AS608模塊具有高精度和高速的指紋識(shí)別能力，并且支持多種功能指令，如添加指紋、刪除指紋和驗(yàn)證指紋等。

另外，LCD1602顯示屏提供了可視化的界面，能夠直觀地顯示指紋識(shí)別的狀態(tài)信息。用戶可以通過觀察LCD顯示屏上的提示信息，了解指紋錄入、刪除和驗(yàn)證的結(jié)果。

步進(jìn)電機(jī)是用于模擬開鎖操作的部件，通過正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)門鎖的解鎖和上鎖。當(dāng)指紋驗(yàn)證成功時(shí)，步進(jìn)電機(jī)會(huì)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)，使門鎖打開，允許用戶進(jìn)入。

該項(xiàng)目的背景是為了滿足人們對(duì)安全性和便利性的需求，提供一種高效且可靠的門禁系統(tǒng)。通過指紋識(shí)別技術(shù)，可以確保只有授權(quán)的人員才能夠進(jìn)入特定區(qū)域，避免了傳統(tǒng)鑰匙的遺失和密碼的泄露問題。同時(shí)，單片機(jī)作為主控芯片，具有低功耗、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，非常適合用于嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)。

這個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施背景可以是家庭門禁系統(tǒng)、辦公場(chǎng)所門禁系統(tǒng)、學(xué)校宿舍門禁系統(tǒng)等各種需要實(shí)現(xiàn)安全控制的場(chǎng)景。

二、項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)思路

2.1 硬件設(shè)計(jì)思路

（1）主控芯片：選擇STC89C52作為主控芯片，它是一款功能強(qiáng)大且廣泛使用的單片機(jī)。它具有豐富的GPIO口、中斷和定時(shí)器等功能，能夠滿足指紋鎖項(xiàng)目的需求。

（2）光學(xué)指紋識(shí)別模塊：采用AS608光學(xué)指紋識(shí)別模塊作為指紋識(shí)別設(shè)備，該模塊具有高精度的指紋識(shí)別能力。它通過光學(xué)傳感器采集指紋圖像，并通過算法進(jìn)行特征提取和比對(duì)，最終實(shí)現(xiàn)指紋的識(shí)別和驗(yàn)證。

（3）顯示屏：選用LCD1602液晶顯示屏作為人機(jī)交互的界面，該顯示屏可以直觀地顯示指紋識(shí)別的狀態(tài)信息，提供用戶友好的操作界面。

（4）按鍵：通過按鍵實(shí)現(xiàn)指紋的錄入、刪除和管理等操作。按鍵可以設(shè)置為添加指紋、刪除指紋和確認(rèn)等功能，方便用戶進(jìn)行指紋的管理。

（5）步進(jìn)電機(jī)：使用28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)來模擬開鎖操作，根據(jù)指紋識(shí)別結(jié)果控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)指紋驗(yàn)證成功時(shí)，步進(jìn)電機(jī)會(huì)旋轉(zhuǎn)，使門鎖打開。

2.2 軟件設(shè)計(jì)思路：

（1）初始化：在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，進(jìn)行相關(guān)硬件的初始化操作，包括主控芯片、指紋識(shí)別模塊、顯示屏和步進(jìn)電機(jī)等。

（2）指紋錄入功能：當(dāng)用戶選擇指紋錄入操作時(shí)，系統(tǒng)會(huì)提示用戶按下指紋，然后通過光學(xué)傳感器采集指紋圖像，并提取特征信息。將提取的指紋特征存儲(chǔ)在芯片的存儲(chǔ)器中，以備后續(xù)的指紋驗(yàn)證使用。

（3）指紋刪除功能：用戶可以選擇刪除已錄入的指紋，系統(tǒng)會(huì)提示用戶選擇要?jiǎng)h除的指紋，并進(jìn)行相應(yīng)的刪除操作。

（4）指紋驗(yàn)證功能：當(dāng)用戶選擇指紋驗(yàn)證操作時(shí)，系統(tǒng)會(huì)提示用戶按下指紋，然后通過光學(xué)傳感器采集指紋圖像，并提取特征信息。將提取的特征信息與存儲(chǔ)在芯片存儲(chǔ)器中的指紋特征進(jìn)行比對(duì)，判斷指紋是否匹配。如果匹配成功，則觸發(fā)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，打開門鎖；否則，提示驗(yàn)證失敗。

（5）顯示功能：通過LCD1602顯示屏展示指紋驗(yàn)證的狀態(tài)信息，包括錄入、刪除和驗(yàn)證等操作的結(jié)果。例如，顯示指紋錄入成功、刪除成功或驗(yàn)證成功等信息。

（6）錯(cuò)誤處理：在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，需要對(duì)各種可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行處理，如指紋錄入失敗、刪除失敗或驗(yàn)證失敗等情況。系統(tǒng)需要及時(shí)給出相應(yīng)的提示信息，以便用戶了解具體的錯(cuò)誤原因。

硬件設(shè)計(jì)上，主要選用適合的單片機(jī)、指紋識(shí)別模塊、顯示屏和步進(jìn)電機(jī)等組件，搭建起指紋鎖的硬件平臺(tái)；軟件設(shè)計(jì)上，利用主控芯片進(jìn)行指紋錄入、刪除和驗(yàn)證的功能實(shí)現(xiàn)，并通過顯示屏展示相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的指紋鎖系統(tǒng)。

三、硬件連線說明

以下是指紋識(shí)別模塊、顯示屏、按鍵和步進(jìn)電機(jī)的引腳連接：

模塊	引腳	連接到單片機(jī)的IO口
指紋識(shí)別模塊 AS608	VCC	5V
	GND	GND
	TXD	P1.0 (串口發(fā)送)
	RXD	P1.1 (串口接收)
液晶顯示屏 LCD1602	VCC	5V
	GND	GND
	SDA	P2.0 (I2C總線數(shù)據(jù))
	SCL	P2.1 (I2C總線時(shí)鐘)
	RS	P3.0
	RW	P3.1
	E	P3.2
	D4-D7	P4.0-P4.3
按鍵	添加指紋	P0.0
	刪除指紋	P0.1
	確認(rèn)	P0.2
步進(jìn)電機(jī) 28BYJ-48	IN1	P5.0
	IN2	P5.1
	IN3	P5.2
	IN4	P5.3

四、項(xiàng)目代碼設(shè)計(jì)

#include <reg52.h>
#include <stdio.h>
#include <intrins.h>
#include "lcd1602.h"#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int// 指紋識(shí)別相關(guān)定義
#define FINGERPRINT_ADD    0x01   // 添加指紋命令
#define FINGERPRINT_DEL    0x02   // 刪除指紋命令
#define FINGERPRINT_VERIFY 0x03   // 驗(yàn)證指紋命令
#define FINGERPRINT_SUCCESS 0x00  // 指紋驗(yàn)證成功返回值
#define FINGERPRINT_FAIL 0x01     // 指紋驗(yàn)證失敗返回值// 步進(jìn)電機(jī)相關(guān)定義
sbit IN1 = P2^0;
sbit IN2 = P2^1;
sbit IN3 = P2^2;
sbit IN4 = P2^3;// 按鍵相關(guān)定義
sbit Key1 = P1^0;  // 錄入指紋按鍵
sbit Key2 = P1^1;  // 刪除指紋按鍵uchar comdata[19] = {0};   // 串口接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)
uchar fingerStatus = 0;   // 指紋識(shí)別狀態(tài)，0：未識(shí)別，1：已識(shí)別
uchar fingerprintIndex = 1;  // 指紋索引void delay(uint ms) {while(ms--) {uint xms = 120;  // 延時(shí)大概1mswhile(xms--);}
}void uartInit() {TMOD = 0x20;   // 設(shè)置T1工作在方式2，8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器SCON = 0x50;  // 設(shè)置串口工作在模式1，波特率9600TH1 = 0xFD;   // 波特率為9600時(shí)的T1重裝值TL1 = 0xFD;TR1 = 1;      // 啟動(dòng)T1
}void uartSendByte(uchar dat) {SBUF = dat;   // 將數(shù)據(jù)送入U(xiǎn)ART發(fā)送緩沖區(qū)while(!TI);   // 等待UART發(fā)送完畢TI = 0;       // 清除發(fā)送完成標(biāo)志位
}void uartSendString(uchar *str) {while(*str) {uartSendByte(*str);str++;}
}void uartInterrupt() interrupt 4 using 1 {uchar c;if (RI) {  // 接收到了數(shù)據(jù)RI = 0;  // 清除接收中斷標(biāo)志位c = SBUF;  // 讀取接收到的數(shù)據(jù)if (c == 0xEF && comdata[0] != 0xEF) {  // 接收到幀頭comdata[0] = 0xEF;comdata[1] = c;} else if (comdata[1] == 0x01 && comdata[2] == 0xF5) {  // 接收到返回?cái)?shù)據(jù)長(zhǎng)度comdata[2] = c;}else if (comdata[2] != 0) {  // 接收到數(shù)據(jù)comdata[comdata[2]] = c;if (comdata[2] == 18) {  // 數(shù)據(jù)接收完畢fingerStatus = comdata[9];}}}
}void fingerPrintAdd(uchar index) {uchar temp[] = {0xEF, 0x01, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x01, 0x00, 0x07, 0x09, index, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x10, 0x1E, 0x00, 0x2C};uchar checkSum = 0;for (uint i = 2; i < 19; i++) {checkSum += temp[i];uartSendByte(temp[i]);}temp[19] = (~checkSum) + 1;uartSendByte(temp[19]);
}void fingerPrintDelete(uchar index) {uchar temp[] = {0xEF, 0x01, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x02, 0x00, 0x03, 0x0C, index, 0x00, 0x10};uchar checkSum = 0;for (uint i = 2; i < 13; i++) {checkSum += temp[i];uartSendByte(temp[i]);}temp[13] = (~checkSum) + 1;uartSendByte(temp[13]);
}void fingerPrintVerify() {uchar temp[] = {0xEF, 0x01, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x03, 0x00, 0x03, 0x03, 0x00, 0x07};uchar checkSum = 0;for (uint i = 2; i < 12; i++) {checkSum += temp[i];uartSendByte(temp[i]);}temp[12] = (~checkSum) + 1;uartSendByte(temp[12]);
}void stepperMotorRotate(uint steps, uchar direction) {uint i;for (i = 0; i < steps; i++) {IN1 = 1;delay(1);IN1 = 0;IN2 = 1;delay(1);IN2 = 0;IN3 = 1;delay(1);IN3 = 0;IN4 = 1;delay(1);IN4 = 0;}delay(1000);if (direction == 1) {  // 正轉(zhuǎn)for (i = 0; i < 512; i++) {IN4 = 1;delay(1);IN4 = 0;IN3 = 1;delay(1);IN3 = 0;IN2 = 1;delay(1);IN2 = 0;IN1 = 1;delay(1);IN1 = 0;}} else {  // 反轉(zhuǎn)for (i = 0; i < 512; i++) {IN1 = 1;delay(1);IN1 = 0;IN2 = 1;delay(1);IN2 = 0;IN3 = 1;delay(1);IN3 = 0;IN4 = 1;delay(1);IN4 = 0;}}
}void main() {lcdInit();uartInit();EA = 1;   // 開啟總中斷ES = 1;   // 開啟串口中斷while (1) {if (Key1 == 0) {  // 錄入指紋按鍵按下fingerPrintAdd(fingerprintIndex);lcdClear();lcdSetCursor(0, 0);lcdPrint("Add Finger");delay(1000);if (fingerStatus == FINGERPRINT_SUCCESS) {  // 指紋錄入成功lcdClear();lcdSetCursor(0, 0);lcdPrint("Add Success");delay(1000);fingerprintIndex++;} else {  // 指紋錄入失敗lcdClear();lcdSetCursor(0, 0);lcdPrint("Add Fail");delay(1000);}while (Key1 == 0);  // 等待按鍵釋放}if (Key2 == 0) {  // 刪除指紋按鍵按下fingerPrintDelete(fingerprintIndex - 1);lcdClear();lcdSetCursor(0, 0);lcdPrint("Del Finger");delay(1000);if (fingerStatus == FINGERPRINT_SUCCESS) {  // 指紋刪除成功lcdClear();lcdSetCursor(0, 0);lcdPrint("Del Success");delay(1000);if (fingerprintIndex > 1) {fingerprintIndex--;}} else {  // 指紋刪除失敗lcdClear();lcdSetCursor(0, 0);lcdPrint("Del Fail");delay(1000);}while (Key2 == 0);  // 等待按鍵釋放}fingerPrintVerify();if (fingerStatus == FINGERPRINT_SUCCESS) {  // 指紋驗(yàn)證成功lcdClear();lcdSetCursor(0, 0);lcdPrint("Success");delay(500);stepperMotorRotate(64, 1);  // 正轉(zhuǎn)開鎖} else if (fingerStatus == FINGERPRINT_FAIL) {  // 指紋驗(yàn)證失敗lcdClear();lcdSetCursor(0, 0);lcdPrint("Fail");delay(500);}}
}

五、總結(jié)

項(xiàng)目基于STC89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)了一款指紋鎖，能夠?qū)崿F(xiàn)指紋的讀取、錄入和驗(yàn)證等功能。AS608光學(xué)指紋識(shí)別模塊提供了高精度的指紋識(shí)別能力，而LCD1602顯示屏和按鍵配合完成了人機(jī)交互的功能設(shè)計(jì)。門鎖則通過28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)模擬開鎖的操作。該項(xiàng)目完全自主設(shè)計(jì)制造，具有較高的實(shí)用性和創(chuàng)新性。