毕业设计（论文）基于单片机的指纹门锁的设计The Design of Fingerprint Door-Lock Based on Single-ChipMicroprocessor长 春 工 程 学 院摘 要指纹的唯一性和终生不变性使得指纹识别技术在各种重要的身份鉴别场合有着越来越多的应用。
随着科技的进步，指纹锁将逐渐的走入千家万户，它的高安全性将成为取代传统锁的主要原因。
本实际开发系统以飞利浦P89LPC922单片机为核心，应用高速率的芯片提高整个系统的工作效率，并通过显示屏、蜂鸣器和指示灯来提示门锁状态，加上人性化的键盘设计，具有着实际工程意义。
本开发系统具有体积小、性价比高、安全性好等特点，该产品在以后的进一步开发生产中更具广阔市场。
关键词指纹识别 单片机 指纹锁 显示屏中图法分类号：TP27Abstract:Fingerprint recognition technology is more and more widely used in various and important place of status identification duo to unique and permanent performance of fingerprint. With the development of science and technology, fingerprint door-lock will be applied for many civil families. The main reason substituted traditional door-lock is excellent security of fingerprint door-lock.The real system applies Philip P89LPC922 single-chip microprocessor as its core-module and uses high-rapidity chip to improve work efficiency of system and prompts the state of fingerprint door-lock via LCD and buzzer and indicator light. Well-suited keyboard is design. System takes on practical engineering significance. The system possesses many merits such as small-bulk and finer ratio of performance-price and excellent security, and so on. This product has preferable market in future development and production.Key words: fingerprint recognition single-chip microprocessor fingerprint door-lock LCD目 录毕业设计（论文） (I)摘 要 (II)关键词 (II)Abstract: (III)目 录 (IV)1 引言 (1)1.1 概述 (1)1.1.1 现行门锁受到的挑战 (1)1.1.2 指纹识别是成熟的生物识别(Biometric)技术 (2)1.2 指纹识别技术简介 (3)1.2.1 历史、现状和未来 (3)1.2.2指纹特征 (3)1.2.3 指纹应用系统简介 (5)1.2.4 指纹取像的技术及特点 (7)1.2.5 指纹识别技术综述 (8)1.3 设计背景 (8)1.4 小结 (8)2 系统的总体方案论证 (10)2.1 系统工作原理 (10)2.2 方案的论证 (10)2.3 总体方案的确定 (11)2.4 指纹模块的选择 (12)2.4.1 艾菲尔EFM-800指纹模块[3] (12)2.4.2 天识TS-FID16EB指纹模块[4] (13)2.4.3 指安科技ZFM-20指纹模块[5] (14)2.4.4 指纹模块的确定 (15)2.5 单片机的选择 (15)2.5.1 现行单片机种类[6] (15)2.5.2 单片机型号确定 (17)2.6 小结 (17)3 系统硬件设计 (18)3.1 P89LPC922简介 (18)3.2 指纹模块ZFM-20简介 (22)3.3 电源电路的设计 (23)3.4 键盘电路的设计 (24)3.4.1 键盘接口的工作原理 (24)3.4.2 键盘电路的设计 (25)3.5 显示屏的电路设计 (26)3.5.1 74HC595简介 (26)3.5.2显示电路的设计 (27)3.6 其它部分电路的设计 (28)3.6.1 ISP升级总线电路的设计 (28)3.6.2 电机与单片机连接电路的设计 (28)3.6.3 蜂鸣器与指示灯的电路设计 (30)3.6.4 指纹模块与单片机连接电路的设计 (30)3.7 小结 (31)电路板的制作与调试 (32)44.1 器件封装的确定 (32)4.1.1 常见封装形式[6] (32)4.1.2 制作元器件封装 (34)4.1.3 封装形式的确定 (34)4.2 PCB图的绘制 (35)4.3 硬件的调试 (37)4.4 小结 (38)5 软件的编写与调试 (39)5.1 指纹模块通讯程序 (39)5.1.1 指纹模块的通讯协议 (39)5.1.2 指纹模块基本命令 (41)5.1.3 录入指纹程序设计 (45)5.1.4 删除、清空指纹程序设计 (45)5.2 显示程序模块 (45)5.2.1 显示器的读写时序及初始化 (45)5.2.2 显示程序的设计 (46)5.3 键盘程序的设计 (46)5.3.1 删除键程序的设计 (46)5.3.2 登录键程序的设计 (47)5.3.3 其他按键程序的设计 (48)5.4 主程序的设计 (48)5.5 程序的仿真 (51)5.6 小结 (53)6 总结 (54)参考文献 (55)致 谢 (56)1 引言1.1 概述1.1.1 现行门锁受到的挑战所谓门就是装在房屋、车船或是封闭起来的地方的能开关的障碍物。
因为设置门的目的是为了管理者能够方便的进入，而其他人不能够随便进入的装置，所以一个门的好坏取决的主要因素就是它的安全性。
门除了对结构有特殊的要求外，核心部分——门锁是决定门安全系数的最重要因素。
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，人们总能用通过各种手段把它打开。
在出入人很多的通道(像办公室，酒店客房)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。
为了解决这些问题，就出现了电子磁卡锁，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，使通道管理进入了电子时代，但随着这两种电子锁的不断应用，它们本身的缺陷就逐渐暴露，磁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，安全系数低。
密码锁的问题是密码容易泄露，又无从查起，安全系数很低。
随着科技的进步，指纹识别技术已经开始走入了我们的日常生活之中。
目前在世界上许多公司和研究机构都在指纹识别技术的研究中取得一些突破性技术，从而推出了许多新产品，这些产品己经开始在许多领域得以运用。
随着生物识别技术的日益完善，目前已经把可靠的指纹识别算法和集成电路相结合，脱离计算机，集成到一块电路板，从而为应用于门锁提供可能。
由于指纹具有唯一性和不变性，因此将指纹识别应用于门锁，将大大提高其安全性和可靠性。
所以，开发应用指纹锁成为必然的趋势。
1.1.2 指纹识别是成熟的生物识别(Biometric)技术因为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行比较，就可以验证他的真实身份。
这就是指纹识别技术。
自动指纹识别是本世纪六十年代兴起的、利用计算机来进行指纹识别的一种方法。
作为生物特征识别的一种，由于它具有其它特征识别所不可比拟的优点，使得自动指纹识别有着更为广泛的应用。
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。
用0-1或百分比来表达这个数。
ROC(Receiver Operating Curve)—曲线给出FAR和FRR之间的关系。
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ID+密码”方案的安全性高得多。
例如采用四位数字密码的系统，不安全概率为0.01%，如果同采用误判率为0.01%指纹识别系统相比，由于可以在一段时间内试用所有可能的密码，因此四位数密码并不安全，但是他绝对不可能试验一千个人的手指。
正因为如此，权威机构认为，在应用中1%的误判率就可以接受。
FRR实际上也是系统易用性的重要指标。
由于FRR和FAR是相互矛盾的，这就使得在应用系统的设计中，要权衡易用性和安全性。
一个有效的办法是比对两个或更多的指纹，从而在不损失易用性的同时，极大地提高了系统安全性。
1.2 指纹识别技术简介1.2.1 历史、现状和未来考古证实，公元前7000年到6000年以前，在叙利亚和中国，指纹作为身份鉴别己经开始应用。
考古发现，在这个时代，一些粘土陶器上留有陶艺匠人的指纹，中国的一些文件上印有起草者的大拇指指纹，在Jercho的古城市的房屋留有砖匠一对大拇指指纹的印记等。
虽然指纹的一些特征己经被人们认识和接受，但不能证明指纹己广泛应用社会的各个方面。
19世纪初，科学研究发现了至今仍然承认的指纹的两个重要特征，一是两个不同手指的指纹纹脊的式样(ra d ge pattern)不同，另外一个是指纹纹脊的式样终生不改变。