基于CAN总线的指纹门禁系统

第1页基于CAN总线的指纹门禁系统随着生活水平的提高，人们对安防的需求也越来越高。指纹信息作为一种独一无二的生物信息，使用在安防系统中能更有效地保障用户安全。本设计旨在设计一种高安全级别的门禁系统，模拟在高档宾馆中使用的场景，使用指纹特征作为身份认证信息。本设计通过指纹传感器采集指纹信息，使用CAN总线传输指纹信息，实现了指纹信息采集和验证的分离。该门禁系统的核心处理单元采用了功能强大的32位ARM微处理器；以CAN总线通讯来传输指纹信息；以指纹识别模块做数据采集单元。通过以上各个单元的合理搭配，实现了整个系统的远程指纹信息采集、特征值提取、指纹检测、人机交互等功能为一体的综合系统。第1章系统分析第1.1节CAN总线技术在当今现场总线中，工业监控系统中普遍采用的是基于RS485总线的半双工通讯方式。只能构成主从式结构系统,通信方式也只能以主站轮询的方式进行，系统的实时性、可靠性较差。这种通讯方式信息传输速度慢，很难满足大规模工业自动化安全监控系统对实时性的要求。针对普通通信协议的不足，本文提出了采用CAN总线实现的无主式通讯方式。第1.2节指纹识别技术指纹是灵长类手指末端指腹上由凹凸的皮肤所形成的纹路，也可指这些纹路在物体上印下的印痕。纹路的细节特征点有起点、终点、结合点和分叉点。由于每个人的指纹并不相同，同一人的不同手指的指纹也不一样，指纹识别就是通过比较这些细节特征的区别来进行鉴别。第2章系统的硬件总体设计系统一般都包括硬件和软件两大部分。合理的系统硬件方案是整个系统性能良好的前提。本文最终要实现将指纹识别技术应用于门禁系统中，根据所要实现的功能，设计第2页了整体硬件平台方案，给出了系统框图，并对核心器件进行选型，包括处理器的选择、指纹识别模块的选择、接口的选择等等进行了分析说明。第2.1节硬件电路总体的设计本设计中的指纹识别模块通过串口连接到STM32的片上外设USART2。CAN收发器连接到芯片的PB8（CAN_RX），PB9（CAN_TX）。输入采用电阻触摸屏来进行人机交互，显示模块选择320*240分辨率的TFT-LCD，系统总体框图如图2-1所示。图2-1系统总体框图第2.2节核心器件的选型处理器是整个系统的核心部件，处理器的性能对整个系统起着主导性的作用。为了实现系统功能，我们选用了ST公司的STM32F103ZET6芯片。该芯片基于ARMCortex-M3内核，最高工作频率72MHz，硬件支持单周期乘法和硬件除法，片上集成512KB的Flash存储器，64KB的SRAM存储器和各种丰富的片上外设。第2.3节指纹识别模块的选择在众多的指纹模块中，本设计采用深圳微雪电子公司的指纹模块UARTFingerprintReader。该模块以进口ST公司STM32F205高速数字处理器为核心，结合商用指纹算法（TFS-9），高精度光学传感器（TFS-D400），并具有指纹录入、图像处理、特征值提取、模板生成、模板储存、指纹比对和搜索等功能的智能型模块；提供UART接口和通讯协议，可以快速方便得进行二次集成开发。第2.4节CAN收发器的选择第3页SN65HVD230是TI公司生产的CAN收发器，引脚兼容PCA82C250，3.3V供电，带ESD保护。3该器件适用于较高通讯速率、良好抗干扰能力和高可靠性CAN总线的串行通信，适用于和带有CAN控制器片上外设的STM32系列芯片配套使用。SN65HVD230型CAN收发器具有差分收发能力,最高速率可达1Mb/s,广泛用于汽车、工业自动化和UPS控制等领域。SN65HVD230CANBoard原理图见图2-2.图2-2SN65HVD230CANBoard原理图第3章系统软件设计本系统中的各个模块，需要硬件电路的支持，同样还需要有配套的驱动程序，STM32F103ZET6才能操作各个模块。软件总体流程图主机软件程序流程图见图3-1.第4页图3-1主机软件程序流程图客户端软件程序流程图见图3-2.第5页图3-2客户端软件程序流程图第4章系统制作及调试通过测试可以得知该软硬件部分已经实现了本设计中所提到的要求：(1)、实现了良好的人机交互，LCD显示正常，触摸屏输入正常。(2)、成功提取指纹特征值，并且实现了通过采集指纹图像和特征值比对。(3)、通过CAN总线成功进行对特定节点指纹特征值的收发。综上所述，本设计达到要求。第5章总结与展望本文以STM32F03ZET6为平台，完成了门禁控制系统的方案设计和实现。对设计的硬件和软件进行了调测，实验结果表明基本上实现了指纹密码传输、验证的功能。本文主要完成了以下几个方面的工作：（1）在查阅了相关资料后，根据需求，确定了门禁控制系统的设计方案。在处理器的选择上，分析了32位ARM处理器相对于传统8位单片机的优势，最终选择了ST公司第6页的STM32F03ZET6作为系统的处理器，并对STM32F03ZET6的优势特点做了详细的介绍。（2）详细了解了CAN总线的通信协议，分析了STM32库函数中关于片上外设CAN控制器的配置方法。（3）确认所设计的硬件能正常工作后，开始了软件部分的设计。针对各个硬件模块分别进行了驱动程序的设计，主要包括：触摸屏驱动程序、UARTFingerprintReader指纹模块驱动程序、TFT-LCD显示程序、CAN总线驱动程序等。其中UARTFingerpri