基于单片机的指纹识别-设计说明书
电子校园网 编号：
HJJ-32-2022-045-LW
设计摘要：
本论文旨在设计一种基于STM32单片机的指纹识别系统，通过与其他模块的配合，实现了指纹识别、密码输入、语音提示、显示和报警等功能。该系统具有高效、准确和安全的特点，可以应用于安全门禁、智能家居等领域。接着，论文详细介绍了系统的硬件和软件设计。硬件设计部分包括中控部分、输入部分和输出部分。中控部分采用了STM32单片机作为核心控制器，负责获取输入部分的数据，通过内部处理来控制输出部分。输入部分由指纹模块、矩阵按键和供电电路组成，用于进行指纹识别、密码输入和系统供电。输出部分包括OLED屏显示、语音输出模块和GSM模块，用于显示信息、语音提示和报警。软件设计部分包括系统的数据处理、指纹识别算法和用户界面的实现。最后，论文对系统的优点和局限性进行了总结和展望。系统具有高效、准确和安全的特点，能够满足安全门禁、智能家居等领域的需求。然而，系统仍然存在一些改进的空间，如进一步提高识别速度、增加容错率和优化用户界面等。未来可以进一步完善系统的功能和性能，使其更加适应实际应用的需求。
关键词：单片机；指纹模块；GSM模块；TTS语音播报模块
字数：9000+
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摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
2.6 GSM通信方案选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 主控电路设计
3.2.1 STC89C52单片机
3.2.2 晶振电路和复位电路
3.3 OLED显示模块
3.4 SIM900A通信模块
3.5 TTS语音播报模块
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 按键功能图
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 修改密码实物测试
5.3 添加和删除指纹实物测试
5.4 错误手机提醒实物测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
信息化时代，作为生物识别技术当中的指纹识别技术越来越受到人们的重视。生物特征识别技术是为了进行身份验证而采用自动化技术测量其身体特征或个人行为特点，并将这些特征或特点与数据库的模板进行比较，完成认证的一种解决方案，被评为21世纪十大高科技之一。指纹作为人体中最明显的外表特征，具有唯一性、终身不变性、易获取、难以复制等优点。随着社会、科技、文化的进步，机械锁的安全性已经越来越不能满足百姓的需求，智能指纹锁应运而生。指纹锁是一种以人体指纹为识别载体和手段的智能锁具，它是计算机信息技术、电子技术、机械技术和现代五金工艺的完美结晶。指纹锁一般由电子识别与控制、机械联动系统两部分组成。指纹的唯一性和不可复制性决定了指纹锁是目前所有锁具中最为安全的锁种。
在我国，指纹识别技术被广泛运用在破案侦查上，同时在金融领域也是一种热门的防盗技术。目前，我们所在的生活中接触到指纹锁的地方也越来越多，公司考勤、小区门禁、笔记本识别等等。指纹锁独特的安全、快捷已让其与我们日常生活密不可分。目前进入指纹锁行业的厂商越来越多，技术能力不一，水平差次不齐，技术能力强的厂家，开发出多个新型指纹锁，出现百花齐放、百家争鸣的局面。但是也不可避免地存在产品同质化问题，在标准基本统一的前提下，除外观外，使用同一部件、同一模块的情况，同质化现象日趋严重。特别在没有自主研发能力的厂商发布的产品中，越加明显。中国指纹锁业需要依赖更多的综合竞争力。对于中国指纹锁行业而言，其发展的关键，待破与待立之局，都聚焦在是否能真正把握未来的竞争力。
指纹锁应运而生，凭借着其独特的技术优势成为行业新宠，民用市场正逐渐拓宽，未来发展前景一片光明。基于此，本设计是基于单片机的指纹识别，主要实现以下功能：首先，实现了指纹识别开锁，同时输入正确的密码，可以添加和删除指纹等操作，每进行一个流程都需要语音提示（TTS）且显示屏显示提示信息，如果输错三次进行GSM报警。
1.2 国内外研究现状
国外在1930年智能密码锁的研究已经开始了，发展至今现阶段国外智能锁产品的发展已经比较成熟了，具备完善的功能性和稳定性，拥有五花八门的品种，对用户而言是“千挑万选，自得其所”。其中美国、日本在世界制锁业中的销售占10%，其家家户户几乎都使用智能锁。
目前国内电子密码锁落后于国外，大多数还是普通弹子锁，多数厂家生产的按键式电子锁大多是仿制国外技术，但都存在灵敏度差，组合密码少等问题，由于易被不法分子破解和使用的不方便，所以应用场合很少，仍没有形成可观的规模与创新。相信随着科技水平的提升，从材料、设计、数字化应用到锁上，我国电子密码锁种类创新也会日增月益。
为了提升智能门禁系统的安全性并控制设计成本,2017年黄喜军，陈辉金，谢金桂提出了基于STM32的指纹识别密码锁系统设计方案.系统以STM32F103C8T6单片机为控制核心,采用触摸屏,指纹识别模块及继电器等器件,通过触摸屏输入开锁密码,并在指纹识别模块上输入指纹,系统在密码与指纹均正确的情况下,通过单片机控制继电器开锁,系统管理员可以根据需求修改密码,增加用户及删除用户.测试结果表明:系统功能稳定,易于实现且成本较低,具有一定的应用价值[1]。
普通钥匙开锁的安全,可靠性并不是很高,很多的新兴门锁已经广泛的应用到人们的生活中,这类技术安全可靠性比较高,但是成本也比较高,为了解决这个问题,2019年李征，王丹提出了基于STM32的手机开锁系统,该技术是以STM32开发板为核心,通过手机Wi-Fi,手机APP发送指令给智能锁,智能锁的主控制器控制电机的运转,从而达到开锁的效果[2] 。
2020年Yang B , Xia H , Du W研究了一种基于STM32的智能指纹锁系统。将指纹识别技术与传统密码输入法相结合，实现对用户的识别，安全性高。系统由MCU控制模块、指纹识别模块、电磁锁模块、用户交互模块和电源部分组成。这些系统相互配合，实现精准指纹识别、解锁等一系列功能。在程序方面，C语言用于模块化编程，便于调试和维护升级[3]。经过实际测试，系统识别率高，响应速度快，能够适应各种使用环境，具有广阔的市场前景。
2021年A Poddar，S Roy，S Raha，K Thakur，T Dasgupta，DS Maity介绍了一种专为门锁而设计的高级安全系统。钥匙可以被盗，但不能窃取我们的身份。此外，覆盖指纹传感器门锁非常困难，因此系统保证了高安全性。技术每天都在升级，任何受过教育的技术人员都可以使用，他们的计算技能最低。现在，技术只不过是特定科学领域的进步，无论它是否与计算机有关。随着技术的进步，我们的安全不断受到威胁，无法摆脱这个问题，我们开发了完全基于生物识别身份验证的安全系统。为了实现这个项目，我们将使用Arduino UNO，指纹传感器，伺服电机和其他一些硬件设备。除了这种基于指纹的系统的工作外，我们还将讨论我们的项目如何在这种流行病期间对社会有所帮助[4]。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本论文设计了一种基于STM32单片机的指纹识别系统。该系统通过与其他模块的配合，实现了指纹识别、密码输入、语音提示、显示和报警等功能。系统的硬件设计包括中控部分、输入部分和输出部分，其中中控部分采用STM32单片机作为核心控制器，输入部分包括指纹模块、矩阵按键和供电电路，输出部分包括OLED屏显示、语音输出模块和GSM模块。软件设计部分包括系统的数据处理、指纹识别算法和用户界面的实现。实验结果表明，该系统能够快速、准确地进行指纹识别，并能够进行密码输入和相应的操作。该系统具有高效、准确和安全的特点，适用于安全门禁、智能家居等领域。
