指纹门禁系统管理系统设计.doc

南京工程学院 自动化学院自动化学院 本科毕业设计 论文 本科毕业设计 论文 题目 指纹门禁系统管理系统设计指纹门禁系统管理系统设计 专 业 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 起迄日期 设计地点 Graduation Design Thesis Fingerprint door system management system design By Supervised by School of Automation Nanjing Institute of Technology July 2010 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 I 摘摘 要要 如今保险箱已经进入了各行各业 大量用于银行 宾馆 家庭等场合 而 门锁是决定保险箱安全系数的最重要的因素 随着科技的进步 指纹识别技术 己经开始走入了我们的日常生活之中 由于指纹具有唯一性和不变性 因此将 指纹识别的应用 将大大提高安全性和可靠性 指纹门禁系统硬件主要由指纹识别模块 微控器 液晶显示器 键盘 指 纹识别模块的电源管理 存储器 日历 时钟芯片 电压检测 电控锁等部分组 成 软件主要由与指纹识别模块的通讯程序模块 指纹识别模块返回代码识别 程序模块 开门模块程序模块 关门程序模块 显示程序模块 键盘识别程序 模块 按 I2C 总线协议对时钟芯片和串行 E2PROM 的读 写程序模块等模块组 成 在本次指纹门禁系统管理系统的开发过程中 重点开发了门禁控制器中央 模块及接口硬件设计 以及在 AT89C52 上对指纹模块 SM 60 的软件驱动子系 统的开发工作 实现了相应的软硬件功能 综上所述 论文开发了一套集多种功能于一体的门禁系统 可用于小区或 楼宇的智能化工程 该系统的开发为楼宇或小区的科学管理 以及建设适宜人 居环境具有一定积极意义 关键词关键词 指纹门禁 单片机 I2C 总线 AT89C52 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 II ABSTRACT Now safe already entered the professions for Banks hotels families etc and locks are safe safety coefficient of the most important factors With the progress of science and technology fingerprint identification technology has started to our daily life Because so will the fingerprint identification of application will greatly improve the safety and reliability Fingerprint door system hardware consists mainly of fingerprint module micro control device LCD monitor and keyboard fingerprint module power management memory and calendar clock chip voltage detection electronic lock components Software with fingerprint module mainly by the communication program modules fingerprint module return code identification procedures module open and close program modules module display module program modules keyboard keys number identification procedures according to the module of I2C bus protocols and serial E2PROM chips clock the read write program module modules In the fingerprint door system management system in the development process the key development the central door controller interface module and hardware design as well as on fingerprint module in AT89C52 SM 60 software development work driving subsystem the corresponding software and hardware function To sum up this paper developed a set of functions in one of the entrance guard system can be used for residential building intelligence engineering or This system development for building or residential construction of scientific management and suitable for living environment has certain positive significance Keywords fingerprint door microcontroller AT89C52 I2C bus 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 III 目目 录录 第一章第一章绪论绪论 1 1 1 1 引言 1 1 2 研究背景及意义 1 1 3 本文的结构 2 第二章第二章 系统硬件设计系统硬件设计 3 3 2 1 系统的硬件结构 3 2 1 1 系统硬件设计综述 3 2 1 2 硬件系统元器件概述 4 2 2 主控芯片硬件设计 5 2 2 1 AT89C52 介绍 5 2 2 2 主要功能特性 5 2 2 3 管脚说明 6 2 2 4 主控芯片模块设计 8 2 3 指纹识别模块的硬件设计 9 2 3 1 指纹识别模块 9 2 3 2 电平信号转换 10 2 3 3 稳压器 11 2 3 4 数据接收设置 12 2 4 LCD 液晶显示器模块硬件设计 13 2 4 1 LCD 模块 13 2 4 2 接口电路设计 14 2 5 时钟 日历芯片模块硬件设计 15 2 5 1 时钟 日历芯片元器件 15 2 5 2 接口电路设计 16 2 6 E2PROM 的读写程序模块硬件设计 17 2 6 1 元器件参数 17 2 6 2 元器件工作分配 18 2 6 3 接口电路设计 19 2 7 键盘输入模块的硬件设计 20 2 8 电机正反转电路设计 21 2 9 紧急复位电路设计 22 第三章第三章 系统软件设计系统软件设计 2424 3 1 系统软件结构 24 3 1 1 系统功能 24 3 1 2 系统职能模块 24 3 1 3 系统软件流程 25 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 IV 3 2 显示程序软件设计 26 3 2 1 显示器的读写时序及初始化 26 3 2 2 显示程序设计 27 3 3 键盘输入模块软件设计 29 3 4 串行 E2PROM 的读 写程序模块软件设计 31 3 4 1 I2C 总线协议 31 3 4 2 I2C 总线写入程序 31 3 4 3 I2C 总线读程序 32 3 5 时钟 日历模块软件设计 35 总总 结结 3939 结论 39 感悟 39 致致 谢谢 4040 参考文献参考文献 4141 附录附录 A A 系统硬件图 4242 附录附录 B B 系统程序 4444 附录附录 C C 系统调试图 5151 附件附件 毕业论文光盘资料 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 1 第一章第一章绪论绪论 1 1 引言引言 智能门禁系统是一种新型现代化安全管理系统 集自动识别技术和现代安 全管理措施为主体 涉及电子 机械 光学 计算机技术 通讯技术 生物技 术等诸多新技术 门禁系统通过在建筑物内的主要管理区 出人口 电梯厅 设备控制中心机房 贵重物品的库房等重要部门的通道口安装门磁 电控锁或 控制器 读卡器等控制装置 由计算机或管理人员在中心控制室监控 能够对 各通道口的位盆 通行对象及通行时间 方向等进行实时控制或设定程序控泪 从而实现对出人口的控制 门禁系统常规由门禁控制器 门禁读卡器 卡片 电控锁 门禁软件 电 源和相关门禁应用设备几部分组成 门禁系统是随着自动识别技术的发展而迅 速发展的 目前 国内外研制和使用的门禁系统主要集中在感应门禁系统和生 物识别门禁系统 在生物识别门禁系统中又以指纹门禁系统应用最为广泛 本文主要研究的是一种利用指纹识别的智能门禁系统 既可以单独使用也 可以联网应用 1 2 研究背景及意义研究背景及意义 社会治安仍是当今社会面临的一个重大问题 如何应用高科技手段提高安 全防范措施 更有效地阻止犯罪行为的发生是科技工作者义不容辞的责任 目 前的形势下 对于普通居民小区 仅仅依靠普通的门锁 防盗门或者报警等系 统来保证居民住宅的安全是不够的 如果能够安装一套适合于单个家庭的简易 智能门禁系统 将会有效地保护住宅的安全 并在案发后提高破案率 随着科 技的进步 指纹识别技术己经开始走入了我们的日常生活之中 指纹识别是自动识别技术中应用最为广泛的一种应用 自动识别技术是将 信息数据自动识读 自动输入计算机的重要方法和手段 它是以计算机技术和 通信技术为基础的综合性科学技术 指纹产品基础构件包括 指纹传感器 指 纹 Sensor 指纹传感器驱动程序 Driver 指纹传感器底层接口程序 底层 SDK 以及指纹算法程序 指纹识别技术主要涉及四个功能 读取指纹图像 提 取特征 保存数据和比对 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 2 应用系统利用指纹识别技术可以分为两类 即 验证 和 辨识 验证 就是通过把一个现场采集到的指纹与一个己经登记的指纹进行一对一的比对 来确认身份的过程 作为验证的前提条件 他或她的指纹必须在指纹库中已经 注册 指纹以一定的压缩格式存贮 并与其姓名或其标识联系起来 随后在比 对现场 先验证其标识 然后 利用系统的指纹与现场采集的指纹比对来证明 其标识是合法的 验证其实是回答了这样一个问题 他是他自称的这个人吗 这是应用系统中使用得较多的方法 有效的指纹识别系统不仅仅依赖于辨识算法 还包括注册和辨识过程 速 度和工作学 用户信息的反馈 排斥欺骗和安全考虑 为了得到较好的识别率 重要的是在注册时尽量获得最好的指纹图像 一个较好的指纹识别系统应要求 用户的指纹在登记指纹时多次获取指纹 然后 把最好的指纹或每次获得的指 纹的综合的结果作为注册的指纹 所以可以看出指纹具有唯一性和不变性 因此指纹识别的应用于门禁系统 将大大提高门禁系统的安全性和可靠性 1 3 本文的结构本文的结构 本文以指纹门禁管理系统的研发工程项目作为应用背景 对指纹门禁系统 管理系统技术进行了研究 全文共分为四章 各章的主要内容如下 第一章扼要地介绍了指纹识别 指纹应用系统的相关知识和概念 阐述了 此次设计的相关研究背景和意义 第二章研究了指纹门禁系统管理系统的硬件设计 第三章对指纹门禁系统管理系统的软件进行了研究 给出了指纹门禁系统 管理系统的软件设计方案 第四章总结了全文的研究工作 给出了存在的问题和进一步研究的方向 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 3 第二章第二章系统硬件设计系统硬件设计 2 1 系统的硬件结构系统的硬件结构 4 2 1 12 1 1 系统硬件设计综述系统硬件设计综述 本次设计系统的硬件部分主要包括指纹识别模块 微控器 液晶显示器 键盘 指纹识别模块的电源管理 存储器 日历 时钟芯片 电控锁 指纹识别模块主要完成指纹的采集 识别 指纹特征信息的存储 删除等 操作 微控器作为系统的上位机 控制整个系统 对各个部分发出指令和控制 液晶显示器显示时间和提示操作信息以及显示开门记录 和键盘一起组成 人机交互界面 由于该门禁系统使用频率不高 大部分时间处于待机状态 也就是说指纹 识别模块不必一直处于使用状态 并且指纹识别模块动态 静态电流都很高 所以必须对指纹识别模块的电源进行管理 在需要采集指纹 比对指纹 存储 指纹特征信息 删除指纹特征信息等操作时才一给指纹识别模块供电 开门记录和密码存储在 E2PROM 里 显示的日期和时间来自日历 时钟芯 片 指纹比对通过后 微控器给一个控制信号控制门的开 关 本次设计指纹门禁系统的硬件结构如图 2 1 所示 图 2 1 系统硬件结构图 微控器 显示器 键盘 串行 E2PROM 程序存储 器 数据存储 器 指纹识别 指纹识别模块 电源管理 时钟 日历 电控锁门 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 4 2 1 22 1 2 硬件系统元器件概述硬件系统元器件概述 5 5 指纹门禁系统的硬件部分主要包括指纹识别模块 微控器 液晶显示器 键盘 指纹识别模块的电源管理 存储器 日历 时钟芯片 电压检测 电控锁 微控器选用单片机 AT89C52 它是是一个低功耗 高性能 CMOS 8 位单片 机 片内含 8k Bytes 的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器 器件采用 ATMEL 公司的高密度 非易失性存储技术制造 兼容标准 MCS 51 指令系统 及 80C51 引脚结构 芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 DSP Flash 存储单元 功能强大 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案 指纹识别模块选用 SM 60 系列 SM 60 系列光学头指纹识别模块是杭州中 正公司 2003 年推出的最新产品 SM 60 系列模块采用光学指纹传感器 由高性 能 DSP 处理器和 FLASH 等芯片构成 具有指纹图像处理 模板提取 模板匹 配 指纹搜索和模板存储等项功能 并具有自主知识产权 指纹适应性强 价 格低廉 算法性能优异 不同应用环境转换灵活 简单易用方便扩充 低功耗 以及灵活设置安全等级等诸多优点 SM 60 系列模块应用广泛 适合从低端到 高端的所有指纹识别系统 简单的保险柜 箱 门锁 较复杂的门禁系统 指纹 IC 卡识别终端机 与 PC 联机的指纹识别及认证系统中都得到了广泛的应 用 液晶显示器选用长沙太阳人电子有限公司的 SMC1601A 液晶显示模块 SMC1601A 是标准西文字符型液晶显示模块 显示 16 1 个字符 键盘为 4 4 矩阵键盘 指纹识别模块的电源管理由 MAX603 来管理 MAX603 是可关断 复位 低失稳电压 低静态电流的线性稳压器 输出 5V 或可调电压 最大输出电流 500mA 5V 输出时典型失稳电压 320mV 500mA 输出电流 静态电流典型值 15uA 最大值 35uA 关断方式的静态电流只有 2uA MAX603 来稳压 5V 给指 纹识别独立模块 SM 60 供电 同时控制指纹识别独立模块 SM 60 的电源 存储器用来存储密码和开门纪录的 ID 号及时间 并要求在断电的情况下 数据不能丢失 所以 要用到电擦除可编程只读存储器 E2PROM 串行 E2PROM 选用 CATALYST 公司的 CAT24WC02 CAT24WC02 是一个 2K 位的 串行 CMOS E2PROM 内部含有 256 个 8 位字节 该器件通过 I2C 总线接口进 行操作 日历 时钟芯片选用 PHILIPS 公司的 PCF8563 PCF8563 是一款低功耗的 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 5 CMOS 实时时钟 日历芯片 它提供一个可编程时钟输出 一个中断输出和掉电 检测器 所有的地址和数据通过 I2C 总线接口串行传递 最大总线速度为 400Kb s 每次读写数据后 内嵌的字地址寄存器会自动增加 因此 该器件和 CAT24WCO2 都挂在 I2C 总线上 电压检测器件选用 HOLTEK 公司的 HT7050 HT7050 是 HT70XX 系列中 检测电压为 5V 的三端口低电压检测器 HT70XX 系列是采用 COMS 技术实现 的三端口低电压检测器 检测器由 4 部分组成 高精度低功耗的标准电压源 比 较器 滞后电路 输出驱动 电控锁由直流电机 控制直流电机正反转的电路和减速机构构成 实现控 制锁杆的伸出和收回两个动作 从而达到控制门的开关 2 2 主控芯片硬件设计主控芯片硬件设计 2 2 12 2 1 AT89C52AT89C52 介绍介绍 4 4 AT89C52 是 51 单片机系列的一个型号 它是 ATMEL 公司生产的 AT89C52 是一个低电压 高性能 CMOS 8 位单片机 片内含 8k bytes 的可 反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器 RAM 器件采用 ATMEL 公司的高密度 非易失性存储技术生产 兼容标准 MCS 51 指令系统 片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元 功能强大的 AT89C52 单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合 AT89C52 有 40 个引脚 32 个外部双向输入 输出 I O 端口 同时内含 2 个外中断口 3 个 16 位可编程定时计数器 2 个全双工串行通信口 2 个读写 口 AT89C52 可以按照常规方法进行编程 但不可以在线编程 S 系列的才支持 在线编程 其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起 特别是可反复擦 写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本 AT89C52 有 PDIP PQFP TQFP 及 PLCC 等三种封装形式 以适应不同产 品的需求 2 2 22 2 2 主要功能特性主要功能特性 兼容 MCS51 指令系统 8k 可反复擦写 1000 次 Flash ROM 32 个双向 I O 口 256x8bit 内部 RAM 3 个 16 位可编程定时 计数器中断 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 6 时钟频率 0 24MHz 2 个串行中断 可编程 UART 串行通道 2 个外部中断源 共 6 个中断源 2 个读写中断口线 3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能 2 2 32 2 3 管脚说明管脚说明 AT89C52 如下 图 2 2 所示 图 2 2 AT89C52 管脚图 1 P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I O 口 即地址 数据总线复用口 作为输出口用时 每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路 对端口 P0 写 1 时 可作为高阻抗输入端用 在访问外部数据存储器或程序存储器时 这组口线分时转换地址 低 8 位 和数据总线复用 在访问期间激活内部上拉电阻 在 Flash 编程时 P0 口 接收指令字节 而在程序校验时 输出指令字节 校验时 要求外接上拉电阻 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 7 2 P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P1 的输出缓冲级可驱 动 吸收或输出电流 4 个 TTL 逻辑门电路 对端口写 1 通过内部的上 拉电阻把端口拉到高电平 此时可作输入口 作输入口使用时 因为内部存在 上拉电阻 某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 IIL 与 AT89C51 不同之处是 P1 0 和 P1 1 还可分别作为定时 计数器 2 的 外部计数输入 P1 0 T2 和输入 P1 1 T2EX Flash 编程和程序校验期间 P1 接收低 8 位地址 3 P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P2 的输出缓冲级可驱 动 吸收或输出电流 4 个 TTL 逻辑门电路 对端口 P2 写 1 通过内部的 上拉电阻把端口拉到高电平 此时可作输入口 作输入口使用时 因为内部存 在上拉电阻 某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 IIL 在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器 例如执行 MOVX DPTR 指令 时 P2 口送出高 8 位地址数据 在访问 8 位地址的外 部数据存储器 如执行 MOVX RI 指令 时 P2 口输出 P2 锁存器的内容 Flash 编程或校验时 P2 亦接收高位地址和一些控制信号 4 P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I O 口 P3 口输出缓冲级可 驱动 吸收或输出电流 4 个 TTL 逻辑门电路 对 P3 口写入 1 时 它们被 内部上拉电阻拉高并可作为输入端口 此时 被外部拉低的 P3 口将用上拉电 阻输出电流 IIL P3 口除了作为一般的 I O 口线外 更重要的用途是它的第二功能 P3 口还接收一些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号 5 RST 复位输入 当振荡器工作时 RST 引脚出现两个机器周期以上高电 平将使单片机复位 6 ALE PROG 当访问外部程序存储器或数据存储器时 ALE 地址锁存允 许 输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节 一般情况下 ALE 仍以时钟振荡 频率的 1 6 输出固定的脉冲信号 因此它可对外输出时钟或用于定时目的 要 注意的是 每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲 7 PSEN 程序储存允许 PSEN 输出是外部程序存储器的读选通信号 当 AT89C52 由外部程序存储器取指令 或数据 时 每个机器周期两次 PSEN 有效 即输出两个脉冲 在此期间 当访问外部数据存储器 将跳过两次 PSEN 信号 8 EA VPP 外部访问允许 欲使 CPU 仅访问外部程序存储器 EA 端必须 保持低电平 接地 9 XTAL1 振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 8 10 XTAL2 振荡器反相放大器的输出端 11 VDD 电源 5V 12 VSS GND 接地 13 特殊功能寄存器如表 2 3 所示 表 2 3 特殊功能寄存器表 2 2 42 2 4 主控芯片模块设计主控芯片模块设计 10 10 AT89C52 作为此次门禁系统开发的处理器的核心部件是非常重要的 通过 图 2 4 可知 通过键盘 读卡器模块的连接完成对其输入的功能 而 LCD 显示 器以及指纹识别模块的连接则完成了 AT89C52 处理后的信息输出的功能 来完 成系统的输入以及输出的功能 引脚号第二功能 P3 0RXD P3 1TXD P3 2外部中断 0 P3 3外部中断 0 P3 4T0 P3 5T1 P3 6WR P3 7RD 微控器 AT89C 52 LCM MAX603 SM 60 采集头 MAX232 键盘 电控锁门 电压检测 PCF8563 24WC02 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 9 图 2 4 系统硬件功能示意图 本次系统中 P1 0 P1 7 完成与键盘的 4 4 的按键来识别并确认键盘的信号 P0 0 P0 7 和 P2 5 P2 7 作为 LCD 液晶显示器模块的控制及显示 P3 0 P3 1 用于 指纹识别模块 P2 0 P2 3 则对应开关门控制 P3 5 P3 6 对应时钟 日历芯片 2 3 指纹识别模块的硬件设计指纹识别模块的硬件设计 6 2 3 12 3 1 指纹识别模块指纹识别模块 SM 60 系列光学头指纹识别模块是杭州中正公司的产品 由高性能 DSP 处 理器和 FLASH 等芯片构成 具有指纹图像处理 模板提取 模板匹配 指纹 搜索和模板存储等项功能 指纹适应性强 价格低廉 算法性能优异 转换灵 活 简单易用方便扩充 低功耗 以及灵活设置安全等级等诸多优点 1 SM 60 技术参数如表 2 5 所示 表 2 5 SM 60 技术参数表 2 SM 60 工作方式 根据不同开发任务和应用要求 模块分为 独立 和 命令 两种工作模 式 1 独立工作模式 模块不需要 PC 机或上位机的控制 自己就能完成指纹录入 生成模板 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 10 模板存储 指纹比对 指纹搜索等功能 2 命令工作模式 模块在 PC 机或上位机的控制下 通过各种指令的组合实现更复杂 更具 个性化的功 这两种工作模式的设定是通过主板上的一组拨码开关来实现的 拨码开关 拨码开关 S1 有两个作用 其一 设定命令工作模式 其二 在设定独立工作 模式状态前提下 通过位置的不同组合 指使模块进行指纹登录 删除 搜索 等处理 开关 ON 代表逻辑 0 拨码开关功能表如表 2 6 所示 表 2 6 拨码开关功能表 Pin2Pin1所设定的工作模式开关功能 11命令工作模式设定命令工作模式 00独立工作模式删除指纹 01独立工作模式登陆指纹 10独立工作模式指纹搜索 2 3 22 3 2 电平信号转换电平信号转换 EIA 与 TTL 转换 EIA 是用正负电压来表示逻辑状态 与 TTL 以高低电平 表示逻辑状态的规定不同 因此 为了能够同计算机接口或终端的 TTL 器件连 接 必须在 EIA 与 TTL 电路之间进行电平和逻辑关系的变换 实现这种变换的 方法可用集成电路转换器件 如 MC1488 SN75150 芯片可完成 TTL 电平到 EIA 电平的转换 而 MC1489 SN75154 可实现 EIA 电平到 TTL 电平的转换 MAX232 芯片可完成 TTL EIA 向电平转换 MAXIM 公司生产的芯片 MAX232 是一个低功耗 5V 供电 双路的 TTL 电平与 RS 232 电平转换芯片 因为他外围器件少 应用电路简单 功耗低 所 以选用它进行电平转换 在此使用的集成电平转换芯片 MAX232 为 RS 232C TTL 电平转换芯片 它只使用单 5V 为其工作 配接 4 个电解电容即可完成 RS 232 电平与 TTL 电平之间的转换 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 11 MAX232 管脚图及内部电路如图 2 7 所示 图 2 7 MAX232 管脚图及内部电路图 2 3 32 3 3 稳压器稳压器 13 13 从上面可知 指纹识别独立模块 SM 60 工作电压为 5V 200mv 电流为 200mA 但是该系统是电池供电 电压随着电池的消耗会下降 并且指纹识别 独立模块 SM 60 的静态 或空闲 电流太大 不能长时间处于空闲状态 必须在 不使用的时候将其关断 所以 给指纹识别独立模块供电的电源要求稳压和可 关断 低压差线性稳压器 MAX603 作为稳压器 具有低的降落电压和电源电流 与输出电流无关 它比通常的双极型稳压器有更宽的工作范围 它的输入电 压范围为 2 7V 至 11 5V 稳压输出电压 5V 输出电流 500mA 时压降为 320mV 稳压器的输出电压有折返电流限制和热过载线路保护 静态电流典型 值 15uA 最大值 35uA MAX603 对电池的消耗非常低 这种低压差线性稳压 器在轻负载时具有节省电池的特性 在重负载时仍能提供低的降落电压 其主要性能 1 双模式工作 固定或 1 25V 至 11V 可调输出 2 7V 至 11 5V 大输入电压范围 3 最大输出电流 500mA 4 典型 15uA 静态电流 5 最大 3uA 静态电流 关断方式 6 输出过流限制 7 反向电流保护 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 12 8 高功率 8 脚小型封装 MAX603 引脚图如图 2 8 所示 图 2 8 MAX603 引脚图 引脚名称如表 2 9 所示 表 2 9 MAX603 引脚名称表 引脚符号功能 1IN电源电压输入 2 3 6 7GND地 散热 4 OFF关断 5SET设置电压输出 8OUT稳压输出 应用 MAX603 输出 5V 电压的应用电路如图 2 10 所示 图 2 10 MAX603 输出 5V 电压的应用电路图 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 13 2 3 42 3 4 数据接收设置数据接收设置 微控器 AT89C52 内部有一个全双工的串行接口 有两个独立的接收 发送 缓冲器 可同时发送 接收数据 发送缓冲器只能写入不能读出 接收缓冲器 只能读出不能写入 两个缓冲器占用一个地址 只用读 写指令加以区分 串 行口也有接收缓冲器 即从接收缓冲器中读出前一个已收到的字节前 能开始 接收第二个字节 然而 如果在第二个字节已接收完毕时 第一个字节还没有 读出 则将丢失其中一个字节 微控器 AT89C52 有四种工作模式 串口的控制寄存器共有两个 即特殊功 能寄存器 SCON 和 PCON SCON 中的 SMO 和 SM1 两位控制串行口的工作方 式 微控器 AT89C52 发出指令 通过 MAX232 将 TTL 转换 EIA 标准 然后控 制指纹识别独立模块 SM 60 指纹识别独立模块 SM 60 返回的信息再通过 MAX232 将 EIA 转换 TTL 标准 微控器 AT89C52 再对返回的信息进行分析 指纹模块总体连接如图 2 11 所示 图 2 11 指纹模块总体连接示意图 2 4 LCD 液晶显示器模块硬件设计液晶显示器模块硬件设计 12 2 4 12 4 1 LCDLCD 模块模块 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 14 LCD 元件 SMC1601A 的外形如图 2 12 所示 它有 16 根信号接口线 SMC1601A 是标准西文字符型液晶显示模块 5x7 点阵字符显示位 显示 16 1 个字符 工作电压为 4 5V 5 5V 工作电流 2 0mA 5 0V 并行接口方式 图 2 12 SMC1601A 的外形图 引脚说明如表 2 13 所示 表 2 13 SMC1601A 的引脚说明表 2 4 22 4 2 接口电路设计接口电路设计 利用 P0 作为数据口 P2 7 P2 6 P2 5 作为使能信号 读 写选择端 数据 命令选择端控制口 模拟读写操作时序 控制液晶显示器 SMC1601A 的显示 三极管 PNP 用来控制液晶显示器 SMC16O1A 的电源 由 P2 0 来控制 P2 0 置 高 三极管截止 停止给液晶显示器供电 P2 0 置低 三极管导通 液晶显示 器上电 开始对其读写控制 电位器 R 用来调节液晶显示偏压值 来调节字符 的显示亮暗 接口电路如下图 2 14 所示 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 15 图 2 14 LCD 接口电路图 2 5 时钟时钟 日历芯片模块硬件设计日历芯片模块硬件设计 8 2 5 12 5 1 时钟时钟 日历芯片元器件日历芯片元器件 PCF8563 是一款低功耗的 CMOS 实时时钟 日历芯片 如图 2 15 所示 它 提供一个可编程时钟输出 一个中断输出和掉电检测器 所有的地址和数据通 过 I2C 总线接口串行传递 最大总线速度为 400KbitS s 每次读写数据后 内嵌 的字地址寄存器会自动增加 图 2 15 PCF8563 管脚图 主要特性 1 低工作电流典型值为0 25 A 2 大工作电压范围1 0V 5 5V 3 低休眠电流典型值为0 25 A VDD 3 0V Tamb 25 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 16 4 400KHz 的I2C总线接口VDD 1 8 5 5V 时 5 可编程时钟输出频率为32 768Hz 1024Hz 32Hz 1Hz 6 报警和定时器 7 内部集成的振荡器电容片内电源复位功能掉电检测器 8 I2C总线从地址 读0A3H 写0A2H 9 开漏中断引脚 PCF8563有16个8位寄存器 一个可自动增量地地址寄存器 一个内置的振荡 器 一个分频器 用于给实时时钟RTC提供源时钟 一个可编程时钟输出 一 个定时器 一个报警器 一个掉电检测器和一个400KHz I2C总线接口 所有16个寄存器设计成可寻址的8位并行寄存器 但不是所有位都有用 前 两个寄存器用于控制寄存器和状态寄存器 内存地址02H 08H用于时钟计数器 秒 年计数器 地址09H 0CH用于报警寄存器 定义报警条件 地址0DH控制 CLOCKOUT管脚的输出频率 地址0EH和0FH分别用于定时器控制寄存器和定 时器寄存器 秒 分钟 小时 日 月 年 分钟报警 小时报警 日报警寄 存器 编码格式为BCD码 星期和星期报警寄存器不以BCD格式编码 引脚图如表2 16所示 表2 16 PCF8563引脚功能表 符号管脚号描述 OSCI1振荡器输入 OSCO2振荡器输出 INT3中断输出 Vss4地 SDA5串行数据I O SCL6串行时钟输入 CLKOUT7时钟输出 VDD8正电源 寄存器格式如表2 17所示 表2 17 PCF8563寄存器格式表 地址名称Bit7Bit 6 Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0 02H秒VL00 59BCD 03H分钟00 59BCD 04H小时00 59BCD 05H日01 31BCD 06H星期0 6 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 17 07H月C01 12BCD 08H年00 59BCD 09H分钟报警AE00 59BCD 0AH小时报警AE00 23BCD 0BH日报警AE00 31BCD 0CH星期报警AE0 6 2 5 22 5 2 接口电路设计接口电路设计 AT89C52 和 PCF8563 的地址和数据都是通过 I2C 总线接口串行传递 用 I2C 总线传递数据前 接收的设备应先标明地址 在 I2C 总线起动后 这个地址 与第一个传送字节一起被传送 主器件通过发送起始信号起动发送过程 然后 发送它所要寻址的从器件的地址 8 位从器件地址的高 4 位固定为 1010 接下 来的 3 位为器件的地址位 从器件 8 位地址的最低位 作为读写控制位 1 表 示对从器件进行读操作 0 表示对此器件进行写操作 PCF8563 的 I2C 总线从地址为 读 0A3H 写 0A2H 由于 AT89C52 没有 I2C 总线通讯接口 因此用普通的 I 0 口模拟 I2C 通讯 接口电路如图 2 18 所示 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 18 图 2 18 时钟 日历模块电路 2 6 E2PROM的读写程序模块硬件设计的读写程序模块硬件设计 2 6 12 6 1 元器件参数元器件参数 CAT24WC02 如图 2 19 可知是一个 2K 位串行 CMOSE 内部含有 256 个 8 位字节 CAT24WC02 有一个 16 字节页写缓冲器 该器件通过 I2C 总线接口进 行操作 有一个专门的写保护功能 主要特性 1 与 400KH I2C 总线兼容 2 1 8 到 6 0 伏工作电压范围 3 低功耗 CMOS 技术 4 写保护功能 当 WP 为高电平时进入写 5 保护状态 6 页写缓冲器 7 100 万编程 擦除周期 可保存数据 100 年 图 2 19 CAT24WC02 管脚图 表 2 20 CAT24WC02 管教功能表 管脚名称功能 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 19 A0 A1 A2器件地址选择 SDA串行数据 地址 SLA串行时钟 WP写保护 VCC 1 8V 6 0V 工作电压 VSS接地 2 6 22 6 2 元器件工作分配元器件工作分配 CAT24WC02 是一个 2K 位串行 CMOSE 内部含有 256 个 8 位字节 它里面存 储密码 占用 空闲 ID 号 开门记录缓冲区 10 条开门记录 禁止开门的时间 对应空间分配表如表 2 21 表 2 21 CAT24WC02 对应空间分配表 名称地址 密码05H 09H 占用 空闲 ID 号0AH 16H 开门记录缓冲区18H 1CH 开门记录 120H 24H 开门记录 228H 2CH 开门记录 330H 3CH 开门记录 438H 3CH 开门记录 540H 44H 开门记录 648H 4CH 开门记录 750H 54H 开门记录 858H 5CH 2 6 32 6 3 接口电路设计接口电路设计 CAT24WC02 的地址和数据是通过 I2C 总线接口串行传递 用 I2C 总线传递 数据前 接收的设备应先标明地址 在 I2C 总线起动后 这个地址与第一个传 送字节一起被传送 主器件通过发送起始信号起动发送过程 然后发送它所要 寻址的从器件的地址 8 位从器件地址的高 4 位固定为 1010 接下来的 3 位为 器件的地址位 从器件 8 位地址的最低位 作为读写控制位 1 表示对从器件 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 20 进行读操作 0 表示对此器件进行写操作 CAT24WC02 的地址由 A0 A1 和 A2 决定 将 CAT24WC02 的 A0 A1 和 A2 管脚接地 这样 CAT24WC02 的从地 址为 读 0A1H 写 0A0H 如果将 WP 管脚连接到 Vcc 所有的内容都被写保护 只能读 所以 WP 管脚连接到 Vss 或悬空 这样才能允许器件进行正常的读 写操作 由于 AT89C52 没有 I2C 总线通讯接口 因此用普通的 I 0 口模拟 I2C 通讯 接口电路如图 2 22 所示 图 2 22 E2PROM 的读写程序模块硬件接口电路图 2 7 键盘输入模块的硬件设计键盘输入模块的硬件设计 10 键盘上的按键和液晶显示器组成人机界面 按键包括 0 9 键以及 菜单 键 下一行 键 上一行 键 确定 键 取消 键 开 关门 键 日常开 关门操作只需要 开 关门 键就可以完成 不需要其他键 而录入 指纹 删除指纹 浏览开门记录 设置时间 设置密码 应急密码开门等操作 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 21 时 需要结合屏幕提示 按其余键来完成操作 但是在录入指纹 删除指纹 浏览开门记录 设置时间 设置密码 应急密码开门等操作时 都要先按 菜 单 键后 再选择各个功能 进行操作 所以 所有的操作 都必须先按 菜 单 键或者 开 关门 键 在平时系统不需要工作时 微控器 AT89C52 处于 掉电 状态 以节省 电能 当需要工作时 必须把单片机微控器 AT89C52 唤醒 微控器 AT89C52 可用软件实现掉电模式 硬件复位或外部中断均可结束掉电模式 因 此 可将 菜单 键所在列的口线和 开 关门 键与两个外部中断口相连 当 按下 菜单 键和 开 关门 键时 产生中断 唤醒微控器 AT89C52 完成相 应的操作 4 4 矩阵键盘 采用 P1 口的 P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 口提供行线 P1 4 P1 5 P1 6 P1 7 口提供列线 列线通过上拉电阻接到 5V 上 平时无键 动作时 列线处于高电平状态 而当有按键按下时 列线电平状态将由与列线 相连的行线决定 行线电平如果为低 则列线电平为低 行线电平如果为高 则 列线电平为高 由于矩阵键盘中千行 列线为多键公用 各个按键均影响该键 所在行和列的电平 矩阵键盘按键的识别方法 第一步 识别有无键按下 让所 有的行线均置为低电平 检查各列线电平有无变化 如果有变化 则说明有键 被按下 如果没有变化 则说明无键被按下 第二步 如果有键按下 识别具 体的按键 逐行置低电平 其余各行置高电平 检查各列线电平的变化 如果 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 22 某列 电平 由高 电平 变为 低电 平 则可 确定 此行 此列 交叉 点处 的按 键被 按下 在编程的过程中 要考虑按键抖动的影响 可以采用软件延时的方法进行消抖 处理 键盘电路和与微控器 AT89C52 的接口如图 2 23 所示 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 23 图 2 23 键盘输入模块硬件连接图 2 8 电机正反转电路设计电机正反转电路设计 电机正反转控制电路如图 2 24 所示实际上就是开关门控制电路 电机正转 经过减速器减速 再由机构将转动转换成直线运动 伸出锁杆 完成上锁动作 反之 电机反转 经过减速器减速 再由机构将转动转换成直线运动 缩回锁 杆 完成开锁动作 锁杆有一定的行程 所以需要判断是否到位 通常采用行 程开关的方法 判断是否到位 另外 我们知道电机在遇到大力矩或者被制动 时 线圈里的电流会很快增大 因此 我们可以通过判断流过电机线圈里电流 的方法来判断是否到位 当 P2 1 和 P2 2 都置高时 电机不转动 当 P2 1 置低 P2 2 置高时 电机正转 电流流向 Vcc Q1 MOTOR Q3 R7 GND 当 P2 l 置高 P2 2 置低时 电机反 转 电流流向 Vcc Ql MOTOR Q4 R7 GND P2 1 和 P2 2 不能同时置低 当锁杆到位 电机被制动 电机线圈电流急剧增大 Q7 的基极电压增大 使得 Q7 导通 P2 3 的电平由高变低 通过检测 P2 3 口可以判断锁杆是否到位 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 24 图 2 24 电机正反转控制电路图 2 9 紧急复位电路设计紧急复位电路设计 出现意外情况系统的数据出现紊乱 比如串行 E2PROM 中的占用 空闲 ID 号与指纹识别独立模块 SM 60 中的数据不符 某些 ID 号就不能录入指纹 这 时 可以将串行 E2PROM 中的数据和指纹识别独立模块 SM 60 中的数据全部清 除 恢复到开始状态 为此 设计了一个 总清 键 在上电开始 系统就判断 该键是否闭合 如果闭合 则全部清除串行 E2PROM 中的数据和指纹识别独立 模块 SM 60 中的数据 系统恢复到初始状态 下图 2 25 上电复位电路 在通电的瞬间 在 RC 电路充电过程中 RST 端 出现正脉冲 从而使单片机复位 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 25 图 2 25 复位电路 南京工程学院康尼学院本科毕业设计 论文 26 第三章第三章系统软件设计系统软件设计 3 1 系统软件结构系统软件结构 3 1 13 1 1 系统功能系统功能 按操作流程或系统职能 软件主要由以下几部分构成 1 开 关门 该部分为常用的打开 关闭保险箱门 当箱门为关闭状态时 按 开 关门 执行开门操作 比对指纹 通过开门 没通过门保持关闭状态 当箱门为打开状态时 按 开 关门 执行关门操作 2 录入指纹 该部分的功能是采集并存储指纹特征信息 在采集新的指 纹特征信息之前必须要管理者授权 也就是管理者指纹比对通过后 输入新指 纹的功号 再采集新指纹的特征信息 3 删除指纹 该部分的作用是删除存储过的指纹特征信息 该项功能只 有管理者才有此权限 所以 再执行删除操作之前 现验证管理者指纹 该项 操作包括两种操作方式 按 ID 号删除和按级删除 4 浏览开门记录 该部分供管理者浏览最近 10 次的开门记录 在浏览 之前 必须验证管理者指纹 按 下一条 和 上一条 键 可以查看任意一 条记录 包括开门者的 ID 号以及日期和时间 5 设置时间 该部分的功能是设置系统时间 验证管理者指纹后 依次 输入年份 月份 星期 小时和分钟 6 设置密码 该部分的功能是设置新的密码 在设置新的密码之前 先