[14]指紋識別技術(shù)的精確度和穩(wěn)定性也得到了大幅提升，可以滿足各種復(fù)雜環(huán)境下的需求。在今后的發(fā)展中，由于對安全、方便等方面的需求不斷提高，國內(nèi)的指紋識別將會有更大的發(fā)展空間。在此基礎(chǔ)上，提出了一種新的、可擴(kuò)展的、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的指紋識別系統(tǒng)。同時，我們國家的指紋技術(shù)也會在國際上扮演越來越重要的角色，使我們的工作和生活更加安全。1.3課題主要內(nèi)容在本次課題的研究中，作者負(fù)責(zé)該軟件的軟件開發(fā)，研究的主要內(nèi)容有一下幾點(diǎn)：實現(xiàn)模塊刷卡門禁功能；實現(xiàn)AS608模塊指紋識別；顯示屏屏顯示當(dāng)前各種狀態(tài)；舵機(jī)模擬門的開與關(guān)；1.4需要解決的問題現(xiàn)有的RFID出入控制系統(tǒng)中，有易發(fā)生遺失、破壞認(rèn)證媒介、易受外界環(huán)境干擾等問題。為了解決上述問題，本文在深入研究RFID與指紋識別技術(shù)的基礎(chǔ)上，給出了一套以STM32為核心的智能門禁系統(tǒng)。在本項目中，我們使用了兩種認(rèn)證模式：指紋與RFID，以達(dá)到對訪問控制系統(tǒng)的雙重認(rèn)證。該方案克服了單個訪問控制所帶來的安全風(fēng)險，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。由于這套系統(tǒng)組件模塊較多，工藝流程復(fù)雜。這就造成了需要對每一種組件進(jìn)行設(shè)計與分析，需要十分了解各個組件與各個組件的工藝流程才能優(yōu)秀的完成這個系統(tǒng)的設(shè)計與制作。這是當(dāng)前最常見的兩種密碼鎖方案：中等規(guī)模的集成電路控制方案和基于單片機(jī)的控制方案。該IC控制系統(tǒng)主要包括：編碼器，控制器，復(fù)位器；解碼電路，防盜報警電路，門鈴電路等部件組成.但是，該方案在實際應(yīng)用中存在一些問題，如需要重設(shè)或輸入口令等，從而造成了一些不便。而MCU的控制方案，充分利用了MCU的可編程性，以及豐富的輸入/輸出接口。經(jīng)過精確的單片機(jī)控制，除了能完成基本的密碼鎖功能外，還能增加一些額外的功能，如斷電、聲光報警、遠(yuǎn)程控制等。但是，這種方法也有它的局限，首先它的控制原理比較復(fù)雜，對設(shè)計者的編程能力要求很高。另外，對單片機(jī)的控制方案進(jìn)行調(diào)試比較麻煩，如果程序出錯，將造成不可預(yù)料的損失。1.5論文的組織結(jié)構(gòu)本章為本文的的第一章緒論。主要寫了課題的目的和意義，國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與分析。課題的主要內(nèi)容，需要解決的問題。第二章是需求分析，需要對整體流程需求，估算成本，分析功能需求。第三章是總體設(shè)計，介紹了系統(tǒng)的總體思路設(shè)計，分為硬件設(shè)計和元器件介紹。第四章是軟件設(shè)計，寫了該系統(tǒng)各個部分的軟件設(shè)計和流程圖。第五章是設(shè)計測試，分別對該系統(tǒng)各個模塊進(jìn)行測試，是否達(dá)到預(yù)期。第六章是結(jié)論，包括了總結(jié)與展望。這部分寫了本次設(shè)計的不足，以及還需要改進(jìn)的地方。本科生畢業(yè)設(shè)計需求分析本科生畢業(yè)設(shè)計需求分析2需求分析2.1需求概述本文所設(shè)計的智能出入控制系統(tǒng)主要完成如下幾個功能：（1）實現(xiàn)了刷卡模塊化的出入控制（2）實現(xiàn)AS608模塊指紋識別；（3）顯示屏屏顯示當(dāng)前各種狀態(tài)；（4）舵機(jī)模擬門的開與關(guān)；2.2總體需求本小結(jié)寫了該系統(tǒng)的總體流程和對其的流程進(jìn)行估算。2.2.1整體操作流程需求根據(jù)用戶提出的操作流程需求，可以實現(xiàn)密碼、指紋、刷卡實現(xiàn)開門。應(yīng)該比較方便簡潔，操作簡單可重復(fù)性實現(xiàn)。2.2.2總體估算流程需求本次設(shè)計可把總體流程可以劃分為3類：輸入密碼→刷卡驗證→錄入指紋識別?？傮w流程如圖2.1所示圖2.1總體流程圖2.3功能需求本小結(jié)介紹的是該系統(tǒng)各個功能的需求，需要實現(xiàn)哪些功能。2.3.1密碼輸入初始狀態(tài)是鎖定的，這種情況下，我們可以用指紋來驗證自己的身份，也能輸入密碼解鎖?；蛘哂肐C卡登記后刷一下就能直接打開繼電器。每次按下一次數(shù)據(jù)按鍵（也就是每次鍵入一次口令），液晶顯示屏上就會出現(xiàn)與之相對應(yīng)的標(biāo)記，在所有口令都輸入完畢后，再按“#”確定按鈕，這時，系統(tǒng)將判定口令是否正確，如果正確，就打開繼電器控制。2.3.2指紋和刷卡指紋識別系統(tǒng)采用串行通訊方式與單片機(jī)通信，一般采用32位微處理器的波特率為57600。采用串行通訊技術(shù)，實現(xiàn)了指紋識別模塊與單片機(jī)的通訊。該指紋識別模組具有多個IO端口，但本設(shè)計僅需采用6個。IC卡通過射頻識別來實現(xiàn)開門，可自由添加和刪除IC卡信息。2.4非功能需求軟件性能：界面簡單易懂。做出響應(yīng)較快。長時間無操作自動鎖門。準(zhǔn)確性較高不出現(xiàn)錯誤識別。應(yīng)該是按照普通用戶的習(xí)慣來設(shè)計的，這樣就可以讓用戶在每天都能很快的上手。運(yùn)行環(huán)境的搭建：使用keil5來實現(xiàn)本科生畢業(yè)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)3系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)3.1總體設(shè)計該系統(tǒng)采用了以STM32F103C8T6為核心的單片處理系統(tǒng)。它的工作原理見圖3.1單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)框圖。液晶顯示當(dāng)前信息RC522射頻卡液晶顯示當(dāng)前信息RC522射頻卡繼電器控制蜂鳴器單片機(jī)數(shù)據(jù)處理繼電器控制蜂鳴器單片機(jī)數(shù)據(jù)處理指紋識別指紋識別矩陣按鍵矩陣按鍵電源電源圖3.1單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)框圖本小結(jié)介紹的是該系統(tǒng)作為一個整體的思路設(shè)計，有哪些模塊具體是怎么結(jié)合在一起的。3.1.1系統(tǒng)的總體思路設(shè)計采用STM32作為控制核心，指紋識別和采集，鍵盤作為主要的輸入，配合繼電器控制裝置，報警器，rc522射頻識別技術(shù)，實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)的操作流程大概是這樣的：在初始狀態(tài)被鎖定的情況下，我們可以直接用指紋來確認(rèn)自己的身份，有很多種方法可以選擇刷卡，也可以輸入密碼。假如用IC卡登記后刷一下就能直接打開繼電器，若是口令，系統(tǒng)就只能等鍵盤輸入了。每次按下一次數(shù)據(jù)按鍵（也就是每次鍵入一次口令），液晶顯示屏就會出現(xiàn)與之相對應(yīng)的標(biāo)記，在所有口令都輸入完畢后，再按“#”確定鍵，這時，系統(tǒng)會判定口令的正確性，如果正確，就啟動繼電器控制（如果鍵入口令復(fù)位鍵“*”，需要重新輸入原來的口令，然后再輸入新的口令，在輸入口令的時候，LCD會出現(xiàn)類似的“*”。如果你忘記了你的密碼，你也可以用你的系統(tǒng)管理員的密碼來進(jìn)行初始化。3.2硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計和主要元器件介紹本小結(jié)介紹的是該系統(tǒng)設(shè)計需要的主要的電子元器件，和硬件的電路圖原理。3.2.1STM32單片機(jī)引腳介紹這種微控制器的最小系統(tǒng)就是一塊集成在一塊微型芯片上的完整電腦系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以使MCU正確地工作，發(fā)揮它的作用，承擔(dān)起控制的核心作用。與此同時，它還有幾個輸出設(shè)置待機(jī)部分，如計時器，既可以起到時鐘控制的中樞作用，又可以起到通信接口的作用。以上就是MCU的基本結(jié)構(gòu)，而且隨著其不斷的發(fā)展，其技術(shù)也在不斷地進(jìn)步。如圖3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)框圖3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)框3.2.2STM32單片機(jī)概述單片機(jī)是一種體積小，用途廣泛的微型計算機(jī)。單片機(jī)作為微型計算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，在生產(chǎn)和生活中得到了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)的核心部分是CPU(CPU)，輸入輸出端口，存儲器。編寫了相應(yīng)的程序，實現(xiàn)了對外部設(shè)備的控制。該系統(tǒng)STM32C8T6為核心，具有低壓、高性能、大容量等特點(diǎn)；資料的數(shù)量很小，資料也很少。本系統(tǒng)適用于醫(yī)院、工廠、停車場、電腦周邊設(shè)備；對通信裝置等進(jìn)行實時控制。單片機(jī)要完成各項功能，就必須和線路、外設(shè)等進(jìn)行通訊。此時，要想達(dá)到通訊的目的，就必須要用插腳把他們連在一起。同時，插腳的運(yùn)用也可以體現(xiàn)出MCU的外在特征。隨著技術(shù)的發(fā)展，對微控制器的尺寸、外形的要求也越來越高。因此，人們已經(jīng)開發(fā)出多種類型的管腳，這些管腳有兩種或多種用途。現(xiàn)在的STM32MCU有很多種封裝方式。本文給出了一個40線雙列直插管的實例。該包裝方式既符合現(xiàn)代MCU的需要，又能在體積、外形等方面達(dá)到較高的要求。STM32F103是一款以STM32f101為核心，以32位單片機(jī)為核心構(gòu)成的高性能微處理器。它具有優(yōu)良的通訊和控制特性，尤其適合在低電壓、小功率場合使用。圖3.3STM32內(nèi)核圖3.3STM32內(nèi)核STM32F103是一款以ARMCortex-M3核心為核心的高性能、低成本和低功耗的嵌入式系統(tǒng)。該處理器具有72MHz的時鐘，在同類型中是最快的，而且內(nèi)置32K至128K的快閃記憶體，可以用來執(zhí)行程序。與其它32位處理器相比，這款芯片的功耗只有36mA，即0.5毫安/MHz，是目前市面上最小的一款。在STM32單片機(jī)出現(xiàn)故障或需要恢復(fù)初始狀態(tài)時，一定要重新設(shè)置。單片機(jī)的重置方式有：電源重置、系統(tǒng)重置、備份區(qū)重置。其中，上電復(fù)位是最常見的一種方式，當(dāng)單片機(jī)上電，關(guān)機(jī)，或從備用模式中恢復(fù)時，都會發(fā)生上電復(fù)位。除備份區(qū)暫存器外，其它暫存器的狀態(tài)都可以恢復(fù)到預(yù)置設(shè)置。發(fā)生以下任一條件時，系統(tǒng)將重新設(shè)置1.NRST引腳上的低電平(外部復(fù)位)2.窗口看門狗計數(shù)終止(WWDG復(fù)位)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)3.獨(dú)立看門狗計數(shù)終止(IWDG復(fù)位)4.軟件復(fù)位(SW復(fù)位)5.低功耗管理復(fù)位以STM32為例，它沒有內(nèi)置晶體振蕩器。對于高精度時鐘的要求，可采用外部晶體振蕩器。但是，對于不太精確的時鐘來說，用HSI也是可以的。請注意，若采用HSI內(nèi)建RC振蕩器，則不能達(dá)到72MHz的最大時鐘頻率。另外，STM32的ISP（internationalsystemprogramming）也是缺省地采用內(nèi)建的HSIRC振蕩器。STM32F103是一種高性能、低功耗的微處理器，它以對多種傳感器及外圍設(shè)備進(jìn)行控制，與一般的計算機(jī)比較，單片計算機(jī)的體積、運(yùn)算容量都有很大差別，它只能夠完成比較簡單的控制任務(wù)，屬于微型集成電路系統(tǒng)。本文選用STM32F103C8T6為主要控制芯片，采用STM32F103C8T6，與51系列單片機(jī)相比，具有諸多優(yōu)點(diǎn)。STM32F103C8T6具有較51單片機(jī)更高的運(yùn)算速度。STM32單片機(jī)在通信和控制上比51單片機(jī)更強(qiáng)。51單片機(jī)只能進(jìn)行一個串行通信，STM32單片機(jī)使用雙串行轉(zhuǎn)換器；圖3.4STM32F103C8T6實物圖圖3.4STM32F103C8T6實物圖3.2.3繼電器介紹繼電器是一種介于受控和受控系統(tǒng)之間的電控設(shè)備，其功能類似于“自動開關(guān)”，具有“小電流大電流”的功能。該產(chǎn)品主要用于自動化生產(chǎn)線，具有自動調(diào)節(jié)、安全防護(hù)、換線等多種功能。電磁繼電器工作原理如圖3.5繼電器工作圖3.5繼電器工作當(dāng)在繞組兩端施加適當(dāng)?shù)碾妷簳r，便會在線圈中感應(yīng)到電流，進(jìn)而激發(fā)出電磁場。這種電磁力使得電樞受到彈簧的拉力，并被吸引到鐵心的位置，這樣就將動觸頭與靜觸頭連接。一旦線圈斷電，電樞由于彈性力的作用而恢復(fù)至初始位置，這時動觸頭將從靜觸頭上脫離。通過這樣的吸合和釋放動作，電磁式繼電器能夠?qū)崿F(xiàn)電路的接通和斷開功能。如圖3.6繼電器電路圖圖3.6繼電器電路圖3.2.4LCD1602液晶介紹LCD1602（也就是液晶顯示1602）是一種顯示裝置，它還被稱作有機(jī)電激光器顯示器（OELD）。自2003年以來，LCD1602已被廣泛用于MP3播放機(jī)，因為它具有輕薄、節(jié)能等特點(diǎn)。然而，在數(shù)碼產(chǎn)品如數(shù)碼相機(jī)和手機(jī)中，LCD1602之前只是在展會上展示過，并未實際應(yīng)用。但是LCD1602屏幕卻具有許多LCD不可比擬的優(yōu)勢?，F(xiàn)在，LCD1602顯示屏被廣泛用于手機(jī)、MP3、工業(yè)控制顯示設(shè)備上，具有高亮度、高顯示精度和低功耗等特點(diǎn)。所以我選用LCD1602LCD。本產(chǎn)品為工業(yè)用數(shù)字液晶顯示器，符合設(shè)計要求。LCD1602有16個引腳，它的引腳介紹如表3.1引腳介紹。表3.1引腳介紹引腳號引腳名稱引腳功能1GND電源接地端2VCC5V電源正極3VL調(diào)節(jié)顯示器對比度4RS寄存器選擇端5RW讀寫信號線6E使能端口7~14D0~D7雙向數(shù)據(jù)端口15BL+背光正極16BL-背光負(fù)極LCD1602具有3.5V-5V的工作電壓，為了實施諸如游標(biāo)運(yùn)動和顯示畫面清空等操作，在該液晶1602中設(shè)有重置電路。還可以用外接電位計來調(diào)整亮度。液晶1602中也有可儲存資料的記憶體。利用單片機(jī)編程，實現(xiàn)了對液晶1602液晶顯示器的直接控制，并在顯示屏上進(jìn)行顯示。這樣，就可以很容易地與單片機(jī)相連，實現(xiàn)對各種設(shè)備的控制與操作。LCD1602的工作狀態(tài)如表3.2LCD1602工作狀態(tài)。表3.2LCD1602工作狀態(tài)RSRW操作命令00寫入指令寄存器（清清屏等）01讀取busy(DB7)，并從地址計數(shù)器（DB0-DB6）中讀出值10寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字符等）11從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)3.2.5鍵盤輸入模塊利用行列式鍵盤，在行線與列線交叉的地方，實現(xiàn)了對輸入輸出線路的要求。利用行列式矩陣法，僅需N行、M列行，就可構(gòu)成N×M鍵的鍵位。在行列式矩陣鍵盤中，先由鍵盤處理器進(jìn)行等待鍵操作，并對存在或不存在鍵壓進(jìn)行驗證。在確定了按鍵之后，要確定哪個按鈕被按壓了，一般有逐行查找和快速行反轉(zhuǎn)兩種方式。在聯(lián)機(jī)反向法中，先分辨出鍵盤上有沒有按鍵，單片機(jī)經(jīng)輸入輸出端口將完整的掃描字送到鍵盤，再讀取線路的情況，再進(jìn)行判定。具體的做法是，把完整的掃描字00H輸出到行線，把所有的列線都設(shè)置成低，并在累加器A中讀出列線的水平狀態(tài)。如果有一個鍵被按壓，將有一個行線電平下降，因此行線不完全是1。要確定哪個按鍵已經(jīng)被按壓，具體的做法是，先向列線發(fā)送一個低電平的信號，再檢查每一條行的狀態(tài)。如果所有的行線路狀態(tài)都是高電平，那么按壓的按鍵就不屬于這個范圍；如果沒有全部是高電平，那么被按壓的按鍵就必須屬于這個范圍。 【0-9】是對應(yīng)密碼的數(shù)字按鍵【*】號鍵為取消當(dāng)前操作【#】號鍵為確認(rèn)A表示注冊B表示刪除C無定義D修改密碼矩陣鍵盤電路如圖3.7矩陣鍵盤電路圖圖3.7矩陣鍵盤本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)3.2.6蜂鳴器提示電路該方法利用單片機(jī)的端口線電平，使其在指定端口線路上產(chǎn)生具有特定頻率的方波，然后將其與之相連，使其輸出相應(yīng)頻率的音頻信號。本方案采用STM32微控制器，當(dāng)電源接通時，管腳處于高電平。所以，我們不能用8550三極管，因為它工作在低壓時，我們要它工作在高電平。當(dāng)需要報警時，對三極管進(jìn)行升壓，以實現(xiàn)警報。三極管的主要作用是放大（200倍）電流，并約束1K電阻。三極管有一個連接到蜂音器的正極上的一個收集電極，而蜜蜂的負(fù)電極連接到接地上。如圖3.8蜂鳴器報警電路圖圖3.8蜂鳴器報警電路圖3.2.7電源供電電路本系統(tǒng)的供電方式為5V直流，該系統(tǒng)包含3針電源插座，6針電源開關(guān)。該電源出口是用來與外接電源插頭相連的，它控制著整個MCU的工作狀態(tài)。在電源出口，第2針與接地相連，第3針只用于輔助緊固，無其他特別目的，第1針與功率開關(guān)的第3針相連。第一個，第三個，第四個，第六個，功能相同，都是正電極。而2號和5號管腳是單片機(jī)的地線，在實際操作中要做好對比。該傳感器及無線傳輸芯片均工作于5V以內(nèi)，所以5V就可以滿足使用要求。若有12伏以上的電壓，可由升壓模組加至5伏至較高的電壓。這使得裝置能夠通過不同的電壓需求而靈活地工作。本次設(shè)計電源電路如圖3.11電源電路圖。圖3.9電源電路圖3.2.8RC522射頻卡電路介紹無觸點(diǎn)IC卡又稱射頻卡，該技術(shù)將RFID與IC卡相結(jié)合，較好地解決了被動式、無接觸式兩種技術(shù)難點(diǎn)。被動式的意思是在卡里不需要供電，這是電子學(xué)上的一個重要突破。在卡片靠近閱讀器和閱讀器的天線時，會在其周圍形成一定的電磁場（一般在50-100毫米），并利用電磁波進(jìn)行讀寫操作。MFRC522是一種高集成度的讀寫卡片芯片，在13.56MHz的工作頻率下，被廣泛應(yīng)用于無線通訊領(lǐng)域。同時也適合于智能儀器及手提裝置的研發(fā)。MXRC522的管腳TX1、TX2可以實現(xiàn)對讀取器-寫入器天線的控制，并將已調(diào)試好的13.56兆赫的載波能量信號傳輸?shù)叫枰臄?shù)據(jù)中。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于數(shù)字信號處理技術(shù)的新方法。本項目擬采用ISO14443A標(biāo)準(zhǔn)對其數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并對其進(jìn)行誤差檢測。MFRC522的功能結(jié)構(gòu)如圖3.10簡化MFRC522框圖圖3.10簡化MFRC522框圖MMFRC522采用收發(fā)數(shù)據(jù)、鑒權(quán)、復(fù)位等方式完成各種功能，每一種操作都與一個4比特二進(jìn)制碼相對應(yīng)。要完成對應(yīng)的操作，必須向下4比特的控制寄存器（命令）中寫入指令碼。當(dāng)一個指令被執(zhí)行時，需要的參數(shù)或者是需要用先進(jìn)先出緩沖區(qū)進(jìn)行交換。通過對各個指令碼的控制，使MFRC522能夠完成相應(yīng)的功能，并利用FIFO緩存完成必要的參數(shù)與數(shù)據(jù)的傳輸與處理，從而滿足了卡的多種操作與通訊要求。3.2.9RC522的SPI通信原理SPI通信是一種高速串行通信方法，連線也很簡單.在圖3.11帶有SPI接口的微控制器圖3.11帶有SPI接口的微控制器在每一次交換中，數(shù)據(jù)以高居上、低居下的次序被傳送。在通訊期間，只有在SCK脈沖的下行邊緣處才有變化，而在上行邊緣處基本不變。同時，該系統(tǒng)還實現(xiàn)了主從系統(tǒng)間的信息傳遞當(dāng)采用MISO讀RC522時，需先在RC522中寫入讀模式和數(shù)據(jù)地址，才能被MISO讀出按照圖3.12讀入數(shù)據(jù)圖3.12讀入數(shù)據(jù)在對RC522中寫入數(shù)據(jù)的情況下，先在RC522中寫入模式和數(shù)據(jù)地址，再寫入MOSI。如圖3.13寫入數(shù)據(jù)圖3.13寫入數(shù)據(jù)前面所述的讀、寫方式及地址在地址位元組前以以下表格所示的位元組格式顯示。第一位的最大位元設(shè)定為Read和Writing方式。讀取和寫入的寄存器位址應(yīng)該移動1個比特，最小的0個，最大的一個是讀取和寫入格式。如圖3.14地址字節(jié)圖3.14地址字節(jié)SPI兼容接口的配置如圖3.15SPI兼容接口的配置圖3.15SPI兼容接口的配置在MOSI及MISO上，需要先將NSS訊號由高電平調(diào)至低電平，然后在傳送完成后設(shè)定為高電平。如圖3.16SPI時序圖所示圖3.16SPI時序圖在圖3.17的SPI工作模式下，有兩個結(jié)構(gòu)上分開但名字一樣的收發(fā)SBUF緩存器，這兩個緩存器的地址都是99H。這兩片SBUF緩沖采用了雙緩存結(jié)構(gòu)，通過收發(fā)器獨(dú)立地進(jìn)行控制。在程序中，利用SBUF=A運(yùn)算，從接收到的SBUF緩沖存儲器向串口傳送數(shù)據(jù)；而對串行通信進(jìn)行A=SBUF運(yùn)算，則可以把從串口收到的數(shù)據(jù)存儲在變量A中。這樣，兩個SBUF緩存器之間就不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)的交疊和碰撞，各緩存器分別由各自的控制器進(jìn)行管理，從而保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳遞與處理。圖3.17SPI工作模式串行異步通訊的特征是：發(fā)送端和接收端的時鐘可以不同，從而降低了硬件裝置，具有一定的獨(dú)立性。如圖3.18串行通信原理圖3.18串行通信原理3.2.10AS608指紋識別模塊AS608指紋識別模組是一款高性能的指紋采集、識別與比對模塊。該系統(tǒng)利用光電傳感技術(shù)，實現(xiàn)了對指紋圖像的快速、準(zhǔn)確的獲取。其采集角度范圍廣，支持360度任意角度的指紋采集，有效地防止偽造和欺騙。AS608指紋模塊內(nèi)置了先進(jìn)的指紋算法，能夠快速地進(jìn)行指紋比對和識別。它支持多種指紋識別模式，1:N模型，1:1模型，1:1模型等等。在1:N的模式中，只要將其與已經(jīng)保存好的指紋模版進(jìn)行對比，在1:1模型下，可以通過與特定指紋模板進(jìn)行比對，以驗證指紋的合法性。AS608的指紋識別模塊兼容性好，能夠?qū)崿F(xiàn)多種主機(jī)的串口通訊。該系統(tǒng)支持多種通訊方式，如UART,USB,SPI等。利用該接口，可以很容易地與其它設(shè)備結(jié)合，從而達(dá)到指紋識別的目的。AS608指紋模塊還支持指紋圖像的存儲和管理功能。它可以存儲多個指紋模板，并支持對指紋模板的管理和刪除。同時，它還提供了豐富的指紋處理接口，如圖像增強(qiáng)、特征提取等，方便進(jìn)行更深入的指紋分析。如圖3.19AS608實物圖AS608主要用于門禁，考勤，保安等多種指紋識別系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有良好的性能，高精度，高兼容性，為指紋識別提供了安全方便的解決方案。圖3.19AS608實物圖本科生畢業(yè)設(shè)計軟件設(shè)計本科生畢業(yè)設(shè)計軟件設(shè)計4軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)程序設(shè)計如圖4.1程序設(shè)計流程圖圖4.1程序設(shè)計流程圖4.2LCD1602顯示LCD1602液晶1602液晶顯示器開機(jī)后，需要先對其進(jìn)行初始化，包括清除屏幕，清空記憶等。在此基礎(chǔ)上，利用單片機(jī)和單片機(jī)進(jìn)行雙向通信，可以實時顯示顯示屏的亮度和內(nèi)容。單片機(jī)利用寫入腳將命令輸出到外部，從而將需要的信息顯示出來。屏幕會通過相應(yīng)的指令，將內(nèi)容顯示在屏幕上。如圖4.2LCD1602的顯示流程圖4.2LCD1602的顯示流程4.3密碼設(shè)置開啟過程中，先按住開啟按鈕，然后輸入密碼，若輸入無誤，則開啟成功。當(dāng)輸入誤差累積到3個以上時，就會啟動一個告警程序。圖4.3解鎖流程圖4.3解鎖流程4.4RC522射頻卡識別如圖4.4總流程圖圖4.4總流程圖(1)在STM32單片機(jī)中，先對管腳進(jìn)行初始化，然后對對應(yīng)的管腳進(jìn)行設(shè)定。(2)還需設(shè)置內(nèi)部計時器的初始值，并將天線切換為“ON”狀態(tài)。(3)執(zhí)行IC卡的尋卡作業(yè)，傳送具有ISO14443TYPEA通訊協(xié)議的REQIDL指令，等候卡的類型代碼0x0400（傳真1S50）。(4)傳輸命令，能得到四個字節(jié)的IC卡序列號。這一步驟對于驗證卡片的完整性至關(guān)重要。(5)選定卡片，通過CRC計算將卡片類型、序列號和校驗碼發(fā)送給卡片，等待選擇確認(rèn)碼SAK的返回。(6)利用驗證區(qū)0中的密鑰KEYA來認(rèn)證，如果密碼是正確的，那么認(rèn)證是通過的，并且卡能夠被讀寫。(7)用PICC_WRITE（0xA0）編寫指令將該陣列寫入到0區(qū)域的第1塊，從而完成對用戶姓名的寫入。(8)從PICC_READ讀取指令（0×30）讀取指令，讀取區(qū)域0的區(qū)塊0，并獲得卡片編號及使用者名稱的數(shù)據(jù)。(9)轉(zhuǎn)換卡號，將讀取的4字節(jié)序列號轉(zhuǎn)換成ASCII碼表示的字符，存入CardUid數(shù)組中。(10)將CardUid陣列和CardReadBuffArray的數(shù)據(jù)按字節(jié)順序傳送到MCU，完成了數(shù)據(jù)傳送。4.5指紋模塊作它是一種具有完備功能的指紋識別系統(tǒng)，使用者只要發(fā)出相關(guān)指令，就可以控制這些模塊去執(zhí)行各種任務(wù)。每個指示都有一定的形式需求，使用者要完成指定的操作，就需要將指定的命令傳送給使用者，例如：指紋圖像的采集，指紋特征模板的生成，指紋的存儲與比對。單片機(jī)與模塊間的命令系統(tǒng)進(jìn)行通訊，并對其發(fā)出命令，使其完成相應(yīng)的任務(wù)。指紋錄入過程如圖4.5指紋錄入流程圖圖4.5指紋錄入流程圖新用戶的登記采用的是指紋輸入程序，在新用戶登記的時候，先從指紋頭部獲取該用戶的指紋圖像，并產(chǎn)生指紋特征模板；保存后，新用戶注冊成功。指紋輸入程序的主要指示如下：輸入PicturePS_GetImage：將檢測出的手指圖像進(jìn)行掃描，并將其轉(zhuǎn)化為一幅圖像。如表4.1指令的格式所示：表4.1命令指令的格式包頭芯片地址包標(biāo)識包長度指令碼校驗和2字節(jié)4字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)指令包格式0xEF01xxxx01H03H01H05H應(yīng)答包格式0xEF01xxxx07H03HxxHsum該指令是用來從采集到的指紋圖象中，建立一個指紋特性文件。具體的指令格式可參照表4.2中的PS_GenChar指令：表4.2PS_GenChar指令包頭芯片地址包標(biāo)識包長度指令碼校驗和2字節(jié)4字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)指令包格式0xEF01xxxx01H04H02Hsum應(yīng)答包格式0xEF01xxxx07H03HxxHsum儲存儲模板PS_storeChar：把產(chǎn)生的指紋文件保存在flash里，斷電后不會丟失。正如表格4.3的PS_StoreChar命令顯示的那樣：表4.3PS_StoreChar命令顯示指令包格式2字節(jié)4字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)包頭芯片地址包標(biāo)識包長度指令碼緩沖區(qū)位置號校驗和0xEF01xxxx01H06H06HBufferIDPageIDSum應(yīng)答包格式2字節(jié)4字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)包頭芯片地址包標(biāo)識包長度指令碼校驗和0xEF01xxxx07H03HxxHSum指紋識別過程如下圖4.6指紋識別流程圖4.6指紋識別流程指紋識別與指紋輸入過程類似，首先要采集指紋，然后轉(zhuǎn)化為特征模板。該方法提取了指紋的特征模板，并將其與已存于指紋數(shù)據(jù)庫中的模板進(jìn)行對比。如果驗證通過，則將相應(yīng)的指紋模板的ID信息反饋給用戶，表明指紋已經(jīng)比對完成；指紋如果不在庫中，將會有一個失敗的提示。在門禁系統(tǒng)中，指紋識別是一種常用的解鎖方式，它是在有人的情況下，將比對的指與之前錄入庫中指紋來比較。若配對成功，則開鎖；如果沒有成功，LCD屏幕上將會出現(xiàn)一個提示信息，說明指紋沒有匹配成功。搜尋指紋PS_Search：使用指紋的特性檔案在指紋緩沖區(qū)內(nèi)搜尋完整的指紋庫，并將結(jié)果傳回。正如表格4.4中的PS_Search指令所顯示的那樣：表4.4PS_Search指令指令包格式2字節(jié)4字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)包頭芯片地址包標(biāo)識包長度指令碼緩沖區(qū)參數(shù)參數(shù)校驗和0xEF01xxxx01H08H04HBufferStagePageSum應(yīng)答包格式2字節(jié)4字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)包頭芯片地址包標(biāo)識包長度確認(rèn)碼頁碼得到校驗和0xEF01xxxx07H07HxxHPageIDMatchsum通過對指紋識別模塊的編程，實現(xiàn)對指紋識別模塊功能的控制。利用這個軟件，能夠完成用戶的指紋輸入與識別。該系統(tǒng)還能實現(xiàn)對門鎖的開閉以及與其它設(shè)備之間的串行通信。本科生畢業(yè)設(shè)計設(shè)計測試本科生畢業(yè)設(shè)計設(shè)計測試5設(shè)計測試5.1密碼模塊測試啟動設(shè)備，輸入正確密碼設(shè)備成功打開如圖5.1密碼正確打開圖5.1密碼正確打開輸入密碼錯誤顯示失敗如圖5.2密碼錯誤圖5.2密碼錯誤三次輸錯密碼后，蜂鳴器告警鍵鎖住，不能繼續(xù)操作。如圖5.3鎖死報警圖5.3鎖死報警5.2指紋模塊測試錄入指紋1如圖5.4指紋1錄入圖5.4指紋1錄入錄入指紋2如圖5.5指紋2錄入圖5.5指紋2錄入開始用指紋開鎖，指紋識別成功開鎖如圖5.6指紋開鎖成功圖5.6指紋開鎖成功沒有錄入手指的指紋模塊無響應(yīng)，如圖5.7指紋無響應(yīng)圖5.7指紋無響應(yīng)刪除現(xiàn)有指紋現(xiàn)在指紋數(shù)據(jù)變?yōu)榱闳鐖D5.8刪除現(xiàn)有指紋圖5.8刪除現(xiàn)有指紋5.3刷卡模塊測試添加IC卡信息保存在設(shè)備中如圖5.9添加IC卡圖5.9添加IC卡使用保存好的卡開鎖成功，如圖5.10卡片開鎖圖5.10卡片開鎖刪除卡片信息如圖5.11刪除卡片信息圖5.11刪除卡片信息本科生畢業(yè)設(shè)計總結(jié)6總結(jié)6.1論文總結(jié)通過不斷的努力，在老師和同學(xué)們的積極討論和協(xié)助下，我順利地把這個設(shè)計做完了。經(jīng)過對圖書館的廣泛閱讀，以及對校外教師的主動咨詢，我認(rèn)識到了自身的缺陷，也