基于wifi的智能指纹密码锁设计计算机专业

1、摘 要近年来随着社会经济的迅速发展，信息，安防产品的在安全性方面的风险越来越高，人们对个人隐私的保护意识也越来越强，同时随着物联网技术的发展，人们对安全的，方便的安防产品的需求越来越迫切。本课题主要研究基于WiFi的智能指纹密码锁的设计，致力于利用指纹识别技术和WiFi技术对指纹密码操控门锁和手机操控门锁的实现和设计，使门禁系统更加安全，更加方便。论文系统地阐述了指纹识别技术和WiFi通信的发展，指纹识别技术的与单片机的结合使用技术、WiFi实现手机与单片机通信的技术、系统硬件设计和软件实现等。通过研究论证、设计实现了利用WiFi通信技术和指纹识别技术对门锁进行操控。通过不断地实验、分析、调试

2、以及对各子模块电路设计。最终实现了通过指纹模块FPM10A进行指纹添加，搜索，比对，删除功能，实现对门锁的控制，以及通过WiFi模块ESP8266实现手机app对门锁的控制，成功设计出WiFi与指纹识别技术相结合实现物联网的控制系统。关键词：物联网、WiFi、单片机、指纹识别、门锁ABSTRACTIn recent years, with the rapid development of social economy, information, security products in the security risk is more and more high, people's

3、awareness of the protection of personal privacy is also more and more strong, also with the development of networking technology, people on the safety and convenient security products demand more and more urgent. The main content of this paper is to study the design of WiFi intelligent fingerprint p

4、assword lock based on, is committed to by using fingerprint identification technology and WiFi technology of fingerprint password control lock and control the phone lock implementation and design, so that access control system more secure, more convenient.Paper systematically describes the developme

5、nt of fingerprint identification technology and WiFi communication are systematically elaborated in this thesis, the combination of fingerprint identification technology and Microcontroller use WiFi, achieve the realization of mobile phone communication with the MCU technology, hardware design and s

6、oftware system. Through research and demonstration, the design and implementation of the WiFi communication technology and fingerprint identification technology to control the door lock. Through continuous experiment, analysis, debugging and the design of the circuit of each sub module. Realize thro

7、ugh fpm10a fingerprint module to the fingerprint add, search, comparison, delete function, the door lock control, and realize mobile app to the door lock control through the WiFi module esp8266 and successfully design a WiFi and fingerprint recognition technology are combined to realize the controll

8、ing system of Internet of things.Keywords: Things, WiFi，Microcontroller, fingerprint identification, door lock目 录第一章 绪论11.1 引言11.2 选题背景与意义11.3 门禁系统技术的研究状况11.4 本文的结构3第二章 系统总体方案设计42.1 指纹识别技术和WiFi通信技术概述42.1.1 指纹识别技术的原理和特点42.1.2 WiFi通信技术的原理及特点52.2 基于wifi的智能指纹密码锁设计的整体方案5第三章 系统硬件设计63.1 基本工作原理和框图63.1.1 系统工

9、作原理63.1.2 系统原理框图73.2 主控芯片的选择及电路设计73.2.2 振荡电路设计103.2.3 显示部分电路设计113.2.4 继电器电路设计123.2.5 按键电路设计133.3 功能模块设计133.3.1无线传输模块的选取及设计133.3.2 指纹模块的选取及设计16第四章 软件系统设计194.1WiFi模块的程序设计194.1.1 ESP8266模块配置194.1.2数据通信214.1.2 数据解析224.2 手机APP程序设计254.2.1 APP的界面设计253.1.2 与ESP8266连接274.3 指纹模块程序设计294.3.1 初始化配置294.3.2 数据通信30

10、4.3.3 指纹录入功能软件设计314.3.4 指纹录入功能软件设计35功能函数代码如下：364.3.4 指纹删除功能软件设计374.4 系统整体软件设计38第五章 调试过程405.1 硬件调试405.2 软件调试405.3 软硬件联合调试43第六章 总结466.1 工作总结466.2 感想与体会46致谢47参考文献:48附录A：基于WiFi的智能指纹密码锁设计实物图片49附录B：硬件设计原理图与PCB图50附录C：程序部分清单51第一章 绪论1.1 引言随着科技的进步和社会的发展，在我们的工作和日常生活中有许许多多的方面都需要身份的认证，而现在以往相对传统的身份认证，识别技术却受到了不法分子

11、身份伪造和密码破解等非法方式和行为的影响，出现了很多漏洞。为了保护自身的隐私和资料不被泄露和窃取，同时让用户更方便的使用产品，门禁、安防、智能设备应用等领域都引入了很多新技术。指纹识别技术和WiFi通信技术的发展为解决这一系列问题提供了非常大的支持，目前，如何将这些技术应用于门禁，安防系统中成为了许多学者研究的方向。利用这些技术可以实现对门锁的安全且方便地控制，使用户使用得更加放心，便捷。1.2 选题背景与意义指纹研究是生物识别技术的发展的开始，目前它亦是世界上应用最为广泛的生物识别技术之一。指纹识别技术的迅速发展主要是得益于现代电子制造技术和快速可靠的算法的研究。尽管人类的指纹只是人体皮肤的

12、小部分，然而在识别的数据量却是相当的大，而对这些数据的比对和处理也很不容易，需要模糊匹配算法的大的量运算。我们现在可以制造很微型的指纹图像识别读取设备，同时随着快速提升的用户计算机运算速度也为在计算机甚至单片机上可以进行两个指纹的比对运算提供了的可能。另外，匹配算法的精确性和可靠性也不断提升，指纹识别技术己变得非常成熟。同时由于2015年后，国家大力扶持物联网行业，物联网行业迎来了大的机遇和发展空间，物联网产品也进入了高速发展的时代，“物联网”产品越来越多地融入我们的日常生活中，在这种大趋势下我们也可以将门锁与WiFi技术相结合，实现利用手机就能操控开关的门锁。如今将物联网技术和各类技术结合已

13、成为大趋势，完成基于WIFI的智能指纹密码锁设计具有很重要的意义和良好的市场前景。1.3 门禁系统技术的研究状况如今是科学技术迅速进步、不断发展的信息化时代。高新科学技术在给人类的带来的非常多的帮助和好处，与此同时，人们对于高新科学技术与生活联接的要求也是越来越高。但是随着科技的飞速发展，也带来了许多不安全的因素，例如，有些不法分子运用高科技手段进行的抢劫、间谍和盗窃等非法犯罪行为与日增多。门禁系统，又可以被称作出入口控制系统。在何时拒绝某些人通行，放某些人通行，何时要发出报警，记忆出入的人员信息，从而达到保障安全的目的，是门禁系统的最重要以及最关键的功能。目前国内人们生活中所使用的门锁设备主

14、要有以下几种：（1） 铁锁和暗锁等门锁设备。相对传统的门锁，也是现在中国人们使用最多的，它是单纯的匹配性机械设备，无论它的构造再怎么坚固，一把在店里配置的钥匙就能够打开，而且不会留下开锁的痕迹，如果钥匙丢了就得连带着门锁一起要换，所以非常的不安全。（2） 磁卡门禁。利用磁卡来控制门锁，虽然各种性能都有所提高，但是由于磁条储存能够储存的信息量很小，读卡器与磁卡间会产生无法修复的磨损，并且读卡器容易被为破坏掉，所以它的可靠性和安全就会受到很大的限制。（3） 密码解锁门禁。采用键盘输入密码的方式来进行门禁的解锁，但和钥匙解锁一样，存在密码遗忘，密码泄漏等安全问题。（4） 接触式智能IC卡门禁系统。智

15、能IC卡具有存储数据和数据运算的功能，经过授权和初始化之后能够成为控制门锁打开和关闭的钥匙，计算机作为控制管理主机，通过读卡器的联接管理门锁。但存在接触磨损、难以维护、基础设施投入大的缺点。（5） 非接触式智能IC卡门禁系统。采用新开发的NFC近场通信技术，与接触式类似，减少了磨损，但成本投入依旧很大。（6） 生物识别技术门禁系统。生物识别因为它的安全性不断提高及价格的降低，越来越多地应用于门禁系统中，生物识别技术主要包括了指纹、脸型、掌型、虹膜等，目前应用最广泛的要数指纹识别技术，因为人类指纹的唯一性，使得了指纹识别技术成为了门禁系统的绝对安全保障。针对以上的传统门禁安全控制技术存在的缺点，

16、我们可以利用指纹识别技术和WIFI通信技术的结合更见完美地解决门禁系统的很多问题。指纹技术与WiFi技术的发展现况如下：目前为止，指纹识别技术和WiFi通信技术已经得到了长足的发展。由于其相对于传统技术的优越性，多技术的融合在未来必然有个璀璨的发展前景，它的发展主要体现各个方面。在指纹识别技术方面，有很多对其进行的研究：随着图像处理技术研究的发展，各种相关的指纹识别的算法百家争鸣，例如方向性图过滤，频率域滤波，时域滤波等；另一方面，在当今数字信号处理器的出现与快速发展中，通用数字信号处理器芯片越来越多地应用于指纹图像处理中13。如基于DSP的指纹识别系统，对指纹识别的主要包括算法和应用2个方面

17、进行研究。如基于 ARM9 的指纹采集和识别系统，采用三星公司ARM9核心的S3C2440A处理器组建了嵌入式硬件结构完成了该款新型指纹传感器FPC1011F在ARM9 系统的硬件和软件设计，并在 MATLAB 中将采集到的指纹数据进行了还原，证明采集性能优良16。也有基于Finchos IC-Bus Rev.A2总线结构、8BITS FMCU8KB嵌入式微控制器、FID116KMG指纹识别处理模块的专用指纹识别集成电路进行开发的防盗门，提供32可编程接口，SPIFLASH接口，SPI指纹传感器接口，光电传感器通讯接口，DMA数据命令控制通道，UART通讯调试接口，PWM音频输出接口，通过内嵌

18、的微控制器对片上各功能单元与外部芯片的协调4。在WiFi通信技术的使用方面，很多都是应用到了Android设备上。在Android系统移植到其他嵌入式设备中，Android系统中wi-Fi的底层驱动移植是其中一个关键部分，通过对底层Wi-Fi接口以及对wi-Fi驱动移植的研究，将更有效地实现Android系统在其他嵌入式设备上的移植及开发相应wi-Fi网络的应用程序11。WiFi通信技术具有独特的优势：（1）无线电波的覆盖范围广，比蓝牙，nrf等应用到移动设备上的通信技术传播距离都远；（2）WiFi的传输速度很快，最高可以达到速度54Mbps，符合个人和社会信息化的需求12；（3）健康并且安全

19、；（4）无须布线，可以不用受到地理条件的限制，因此非常适合移动办公人群的需要；（5）WiFi应用现在已经非常普遍。但门禁系统对于WiFi技术的应用还不成熟，有很大的发展空间。1.4 本文的结构本文以门锁控制系统为前提，研究基于Wifi通信技术和指纹识别技术的智能门禁系统设计。全文共分为七章，各章的主要内容介绍如下：第一章扼要地介绍了引言和课题的选题背景与意义及门禁系统控制技术的研究状况；第二章涉及了指纹识别技术和WIFI通信技术的概述以及整个系统的设计蓝图等；第三章为全文的最重要的部分，即系统硬件设计，该部分先对整个系统原理进行详细地论述，设计系统硬件框图，然后设计主控电路，EPM10A指纹识

20、别模块原理及使用，ESP8266Wifi模块原理及使用，以及电磁门锁电路等；第四章为软件设计部分，该部分主要是实现单片机与EPM10A模块通信及控制程序设计，与ESP8266模块通信及控制程序设计，单片机主程序设计，手机app程序设计，系统软件流程图和软件的部分代码；第五章介绍了软件和硬件，以及软硬件结合的整体调试过程还有许多我在调试期间遇到的问题，以及解决过程；第六章总结本次毕业设计的研究工作，还有感悟。第二章 系统总体方案设计2.1 指纹识别技术和WiFi通信技术概述每一个人类的指纹的纹路在断点、交叉点和图案上都是不一样的，呈现其唯一的特性且一辈子不会改变。这样，我们就能够把每一个人和他的

21、指纹对应，再通过把他的指纹和预先保存的指纹数据进行对比，这样就可以验证出它的真实身份，这就是指纹识别技术。指纹识别主要根据人的指纹的纹路与细节特征等信息对操作或被操作者进行指纹鉴定，得益于现代电子集成制造技术和快速而可靠的算法研究，指纹识别技术已经开始走入我们的日常生活中，成为了目前生物识别技术中研究最深入，应用范围最广泛，目前最成功的技术。WiFi是一种允许电子设备连接到一个无线局域网（WLAN）的技术，通常使用2.4G UHF或5G SHF ISM 射频频段。连接到无线局域网通常是有密码保护的；但也可是开放的，这样就允许任何在WLAN范围内的设备可以连接上。无线保真技术是无线网络通信技术很

22、著名的品牌，由被世界各公司所承认的Wi-Fi联盟所持有。其创立的目的是为了改善基于IEEE 802.11通信标准的无线网路产品之间的互通性。大家把使用IEEE 802.11系列协议的局域网称为为无线保真技术。并且把无线保真技术等同于无线网际网路（Wi-Fi是WLAN的重要组成部分）。伴随着WiFi通信技术以及指纹识别技术的快速发展，为解决一些安全问题和通信传输问题提供了很好的技术支持，本课题就是结合指纹识别技术和WiFi通信技术的优点将其应用于门禁系统中。2.1.1 指纹识别技术的原理和特点指纹是指的是人类手指的特征图案。据研究发现，每一个人的指纹在世界上都是独特的，换句话来说，在世界上绝对是

23、不可能找到两枚一模一样的指纹的。每一个指纹由很多被研究者称为脊线和谷线构成, 这些脊线和谷线在每个的局部区域内表现出了很好的相似性。指纹图像中主要有两方面重要特征:（1）细节特征：即表征指纹唯一性的；（2）全局特征：即用于指纹数据库分类的结构特征。在指纹识别控制门锁的系统中，提前创建合法身份的指纹信息，并通过指纹釆集给保存下来。在用户有访问需要时，指纹模块采集用户的指纹信息，将指纹特征交给指纹处理芯片进行分析，校验与比对，来决定用户是否具有权限进行访问。如果用户有正确匹配的权限，当验证成功了以后，芯片控制驱动门控继电器来实现对锁的控制；如果用户没有正确的权限，那么就证明验证失败。利用指纹的特点

24、我们可以利用这种独特的生物识别技术，进行开发，运用到各行各业的安全保护使用当中去。2.1.2 WiFi通信技术的原理及特点无线网络是能够将智能移动设备（智能手机，平板），计算机等设备通过无线方式互相连接的一门技术。Wi-Fi技术是一个无线网络通信技术中最突出，最广泛应用的品牌，由Wi-Fi联盟(全称为Wi-Fi Alliance)所持有。该技术创立的目的是为了改善基于IEEE802.11标准通信协议的无线网络产品之间的互通性。业内人士把使用IEEE 802.11系列协议的局域网称作为无线保真，把无线保真技术也等同于无线网际网路。无线网络技术在无线局域网的含义指的是“无线相容性的匹配认证”，实质

25、上是一种商业化认证，同时它也是一种独特的无线联网技术，以前用户是通过网线连接来电脑，而无线保真则是通过无线电波来实现相互连接；无线路由器就是个例子，在这个无线路由器的信号覆盖的范围内都可以通过无线保真的方式进行连接，如果无线路由器或者手机，电脑等设备又连接了一条ADSL线路或者别的上网线路，则称其释放出的信号为热点。2.2 基于wifi的智能指纹密码锁设计的整体方案本课题结合指纹识别技术，以及WiFi通信技术，可以通过指纹录入后，识别进行锁具的控制，也可以通过手机APP，再通过WiFi模块，进行锁具的控制基本结构图如图2.2所示。主控模块Wifi通信模块手机APP指纹模块电磁锁图2.1 系统整

26、体结构第三章 系统硬件设计3.1 基本工作原理和框图3.1.1 系统工作原理如今将物联网技术和各类技术结合已成为大趋势，各行各业都在抓紧推动该技术的发展，将该技术用于社会设施的建设，用于老百姓的生活中，所以将指纹识别技术和WiFi通信技术相结合完成的基于WIFI的智能指纹密码锁设计具有很重要的意义和良好的市场前景。经过反复地思考，和认真地学习，确定了本系统的设计方案。该方案主要包括了WiFi通信模块、电磁门锁模块、手机app、指纹识别模块和主控板模块，它可以利用指纹识别模块对门锁直接解锁，也可以利用手机app，通过WiFi模块，对门锁进行开关操作，实现了生物识别技术与物联网技术的结合，完成一个

27、实用性高，成本低，安全性较高的产品。3.1.2 系统原理框图系统原理图如图3.1所示单片机Wifi通信模块手机APP指纹模块锁具图3.1 系统原理继电器电源供电串口串口整个系统由WiFi通信模块、电磁门锁模块、手机app、指纹识别模块和主控板模块组成。主控芯片的选择及外围电路设计、WiFi通信模块的选择及其电路设计、指纹模块的选择及其电路设计、锁具的选择及其电路设计。本章主要分析和设计了网关、路由器设备电路及区域协调电路，上位机部分、Zigbee组网及GPRS组网实现将在第四章进行分析。以下为网关、路由器设备电路设计及区域协调电路设计的具体过程。3.2 主控芯片的选择及电路设计嵌入式处理器种类

28、很多，大致分为以下四类：嵌入式微处理器（如arm等芯片）、嵌入式微控制器、嵌入式DSP处理器（即数字图像处理器）、嵌入式片上系统。常见的处理器主要有以下几类：1.单片机自20世纪70年代问世以来，应用很广，发展很快。单片机的优点众多：体积小、集成度高、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，开发较为容易等，因此其应用领域之广，几乎到了无孔不入的地步。2.ARM系列微处理器凭借其高性能、低功耗、丰富的可选芯片、广泛的第三方支持等优势，占据了嵌入式处理器市场75%的份额。除了通用编译器GCC，ARM有自己的高效编译、调试环境MDK、Keil等。3.DSP芯片能实现数字信号的处理。它的处理速度很快，接

29、口和集成十分方便。同时，它的稳定性好，集成度高，可编程性强。但是，它的成本很高，功耗比较大，适用于信号处理、图像处理、通讯、医疗等场所。基于WIFI的智能指纹密码锁的主控芯片要完成数据的接收和控制锁具等功能，从成本、功耗、操作和功能等角度思考，单片机即可完成设计，因此主控芯片会首先选择STC89C52单片机。但由于我们要同时使用指纹识别模块和WiFi模块，所以STC89C52的一个串口是不够用的。我们可以采取两种方法解决这个问题：1. 使用STC89C52芯片，但需要在电路上附加电子开关锁，使一个串口能够切换，当成两个串口使用，但存在两个模块会不能同时工作的问题，而且来回切换串口会影响单片机代

30、码的处理效率。2. 使用STC12C5A60S2芯片，此芯片有两个串口，可以实现分别与指纹模块及WiFi模块通信，此芯片处理速度比STC89C52快数倍，且价格不高。最终，我觉得选取使用STC12C5A60S2芯片作为本次基于wifi的智能指纹密码锁设计的主控芯片。STC12C5A60S2系列单片机是著名厂商宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是一款全新的高速，低功耗，超强抗干扰的8051单片机，指令代码完全兼容传统使用的8051单片机，但速度却比之前快八到十二倍。内部更是集成了MAX810专用复位电路，两路PWM，8路高速10位A/D转换(250K/S)，而且产品更多的被应用于电

31、机控制和强干扰场合开发和使用中。1.使用了增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期理论上来讲快了12倍，指令代码完全兼容传统8051，提供了很强的复用性;2.工作电压是5.5V-3.3V电压；3.工作频率范围是0-35MHz，我们经常使用的11.0592MHz是没有问题的；4.提供的用户应用程序空间为8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K字节，空间很大；5.片上集成了1280字节RAM内存空间;6.通用I/O口(36/40/44个)，经过复位以后为：准双向口/弱上拉(普通8051传统I/O口)，I/O口可以设置成四种模式：准双向口

32、/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏，每个I/O口能够承受20mA电流，但整个芯片最大电流最大不要超过120ma，否则容易被烧毁;7. ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程)，不用专用编程器，不用专用仿真器，可以通过串口1的I/O口引脚直接下载程序，很快就可以完成;8.有EEPROM功能，但STC12C5A62S2内部还是没有EEPROM的;9.具有内部集成MAX810专门使用的复位电路，在外部晶体频率12M以下时，复位脚可直接连接一个1K电阻并连接到地;10.外部掉电检测电路:在单片机的P4.6口上设置了一个低压门槛比较器;11.时钟源：在外部具有高精度晶体/时钟，在内部具有

33、R/C振荡器；12.单片机具有四个16位的定时器，两个与传统8051通用一样的定时器/计数器，16位定时器T0和T1，却缺少了定时器2，但具有独立波特率发生器；13.具有两个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4口输出时钟，也可由T1的溢出在P3.5口输出时钟;14.具有七路的外部中断I/O口；15. PWM(2路)/PCA(可编程计数器阵列,2路)：可以当作2路D/A使用，也可用来当作2个定时器，也可用来当作2个外部中断；16.A/D转换，10位精度ADC，一共有八路;17. STC12C5A60S2系列有双串口，也是这款芯片最突出的特点，串口2的I/O口为RxD2/P1.2，TxD2/P1.

34、3。如图3.2就是本次设计要使用的STC12C5A60S2单片机管脚图。图3.2 STC12C5A60S2管脚图3.2.1 电源电路设计众所周知，电源是各种电子设备重要的组成部分，它相当于人体的血液一般重要，其性能的好坏直接影响了产品能否安全可靠地，安全地工作。目前产品中通常使用的直流稳压电源主要有线性电源和开关电源，其中开关电源内部关键元器件需要在高频开关状态下才能正常地工作，但是开关电源消耗的能量却很低低，开关电源的效率可达80%以上，效率很高，效率是普通线性稳压电源的两倍，现在被广泛使用。STC12C5A60S2和WiFi模块以及指纹模块都有各自所需的工作电源电压，STC12C5A60S

35、2单片机和指纹模块需要5V的电源供电，WiFi模块需要3.3V的电源供电。3.3V电源由5V开关电源经过RC滤波和一个线性稳压器AMS1117变换产生。如图3.3所示。本此设计的电路中的线性稳压器使用AMS1117，VCC1代表5V电压，VCC2代表3.3V电压。图3.3 电源电路原理图3.2.2 振荡电路设计任何一个芯片都需要一个起振电路，它相当于整个系统的心脏，作用是给整个电路提供时序，如果没有这样的一个电路，芯片是根本无法工作的，STC12C5A60S2单片机的主控电路中，我选用的是使用11.0592MHZ晶振，图为系统正常工作的振荡电路。图3.4系统振荡电路原理图3.2.3 显示部分电

36、路设计在本次设计中我选用的是LCD1602来作为显示模块，通过LCD1602来提示和显示我们设计的产品的功能，操作以及工作状态。1602液晶也被大家叫作1602字符型液晶，它是专门来显示字母、数字、符号的显示模块，它其实主要由许多个5X7或者5X11等点阵字符位组成，和我们用过的点阵屏原理相同，每一个点阵字符位能够用来显示一个字符，而且每位，每行都有一个点距的间隔距离。1602采用通用的16脚接口：第1脚是GND，需要连接电源地；第2脚是VCC，需要连接5V电源正极；第3脚是V0，专门用来对液晶显示器对比度进行调整，可以连接一个滑动变阻器来进行调节；第4脚是RS，作用是寄存器的选择，高电平1和

37、低电平0分别是选择数据寄存器和时选择指令寄存器；第5脚是RW，作为读写信号线，高电平和低电平0时，分别是进行读操作和进行写操作；第6脚是E(或EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令；第714脚是D0D7为8位双向数据端。第1516脚：空脚或背灯电源；15脚背光正极，16脚背光负极。1602液晶模块是带有字库的，内部的字符发生存储器存储了一百六十个各不相同的点阵字符图形，其中包含的字符有日文假名、大写的和小写的英文字母、显示常用的符号、和阿拉伯数字等，而且每一个字符都有一个固定的代码相对应。如下图3.5所示，为主控电路上连接LCD1602的电路的原理图。图3.

38、5 显示电路原理图3.2.4 继电器电路设计本次设计目的是控制锁具，我们可以利用单片机控制继电器的通断，再利用继电器的通断来控制锁具。通过单片机I/O口输出高低电平控制继电器的输入端，采用ULN2003A型号的达林顿管驱动芯片加大输入电流，使用内部定时器中断进行精准计时，实现继电器通断时间分别为1秒、2秒的精准控制，并实现通过继电器进行的对门锁的控制.由于单片机输出的电流不足以使电磁继电器的线圈产生足够大的磁力，无法使衔铁与触点簧片吸合，就不能使继电器正常工作。为了使继电器正常工作，需要加入放大电流的驱动电路。使用ULN2003A达林顿管驱动芯片进行驱动，此方案简单易用，只需一个芯片便可驱动7

39、路继电器。如下图为继电器控制部分电路的原理图。图3.6 继电器电路原理图3.2.5 按键电路设计按键电路在设计电路时是经常要考虑的，它主要起到通断电、复位、模式选择、输入等作用，在本课题中按键主要是用来实现对指纹模块的操控，实现录入指纹，寻找、对比指纹，删除指纹的功能。我们打算加入一个矩阵键盘，但独立键盘也是可以的。在矩阵键盘中，每条垂直线以及水平线在交叉处并不会直接相连通，为了节省线路，要通过一个按键来进行连接。矩阵式结构的键盘比独立键盘要麻烦一些，单片机识别起来工作量也更大一些，列线在连接正电源中间要加电阻，把行线的输出端连接的单片机的I/O口上，同时也把列线的输入端连接到单片机的I/O口

40、上。如果按键没按下，输入端全部置高电平。如果按键按下，输入线就被拉低成低电平，通过这种方式，我们就能识别出是否有按键被按下了。图3.7 按键电路原理图3.3 功能模块设计要想实现锁具的指纹密码控制以及无线控制，我们必须要选取相应的模块来进行和单片机的通信，控制和操作。3.3.1无线传输模块的选取及设计信息化技术的发展离不开通信技术的支持，目前常见的无线通信技术有红外技术、ZigBee技术、wifi技术等。红外技术在日常生活中被广泛应用。电视、空调的遥控都是通过红外技术来完成。它可以在具备红外接口的设备间进行信息交流，由于需要对接才能传输信息，因此安全性较强。但是，它的通信距离比较短，且会受到障

41、碍物的影响，因此功能单一，扩展性差。ZigBee技术是一种双向无线通信技术，它具有距离短、复杂度低、功耗低、成本低等有点。时延短和网络容量大也是ZigBee技术的一大特色。所以，在开发智能家居时，由于安全性极高，广泛在用ZigBee技术。wifi技术在智能手机领域应用十分广泛。IEEE802.11b（wifi）技术标准是无线局域网的国际标准，最初以适用于大型办公室或业务园区为设计目标，具有安全性好、数据传输速率高等优点。作为嵌入式开发的初学者，wifi技术的研发门槛相对较低。从可扩展性。开发成本、入门门槛等方面考虑，传输器件采用ESP8266串口转wifi模块。该模块共有8个引脚，PCB封装如

42、图2-5所示。使用方法如表2-6所示。本课题在次只涉及模块的使用，并未深入研究它的通信机制。（注意：该模块的的供电电压为3.3V，不能接5V） 图3.8 wifi模块PCB 图3.9 wifi模块引脚使用 ESP8266串口转wifi模块有三种工作模式：1.STA2.AP3.AP+STA默认为第三种工作模式。接线成功后，打开串口调试工具进行模块调试，需要进行如下步骤：1、重启模块，指令：AT+RST2、设置模块，指令：AT+CWMODE=33、开启多路连接，指令：AT+CIPMUX=14、创建服务器，指令：AT+CIPSERVER=1,80805、设置超时时间，指令：AT+CIPSTO=600

43、根据图3.8，利用开发板进行无线模块的连接。将VCC引脚和CH_PD引脚接在开发板的3.3V电源供电位置，将GND接地，ESP8266串口转wifi模块的URXD引脚接在单片机的RXD引脚（P3_0）,URXD引脚接在单片机的TXD引脚（P3_1），打开串口调试工具后，即可实现与无线模块的通信。接线完成后，即可使用串口调试工具，发送调试指令，进行无线模块的调试与配置。调试过程中，每发送一条指令，无线模块都会反馈一条信息，通过串口调试工具，反馈的信息会显示在电脑屏幕上，从而看清无线模块工作的全部过程。如果无线模块可以识别并执行用户发来的指令，则返回“OK”；如果不能识别或执行，则返回“ERROR

44、”。调试结果如图3.10所示。图3.10 wifi模块调试在单片机主控电路上，预留出了指纹模块的串口通信的接口。图3.11 WiFi模块接口原理图3.3.2 指纹模块的选取及设计本次设计需要使用指纹模块来完成指纹的采集和指纹的识别等功能，但市面上有很多种可供开发使用的指纹模块，主要有以下三类：1.光学指纹模块：指纹模块发射出光投射到按在指纹模块的手指上，再利用光的折射和反射方式，收取指纹的信息，此类模块适应性是很强的，抗干扰性也很强，但容易残留下指纹，易被人获取到指纹，但价格低，只要注意按完了及时把指纹留下的痕迹擦掉就好了。2.半导体指纹模块：有电容式或是电感式两种类别，但是原理和使用效果的是

45、相同的，在按下手指时，由于指纹上有突起的纹路，所以会产生不一样的电容或者电感数值，通过这个方法来获取指纹信息。整体来说比，光电性能要好，还不会留下指纹痕迹，但价格要贵的多。3.射频指纹模块：最有技术含量的指纹模块，通过生物射频指纹识别技术，如果不是人体或者生物体，就不会识别，防止了很多用胶类制作的造假指纹，但价格极其昂贵。综合性价比等方面的考虑，我选择光学指纹模块FPM10A来完成本次毕业设计。FPM10A光学指纹模块的产品参数：供电电压为直流3.66.0V供电电流：工作电流为100mA峰值电流为150mA指纹图像录入时间小于0.5 秒窗口面积大小为14*18 mm匹配方式：比对方式（1比1）

46、搜索方式（1比N）特征文件大小为256 字节模板文件大小为512 字节存储容量空间大小为120/375/880 枚安全等级默认为第五级（从低到高：1、2、3、4、5）认假率(FAR)小于0.001% （当安全等级为3级时）拒真率(FRR)小于0.1%（安全等级为3级时）搜索时间小于1.0 秒 （1比1000时，均值）上位机接口：串口通信（TTL）串口通讯波特率(UART)： (9600*N)bps其中N=112 （默认值 N=6，即 57600bps）工作环境：温度范围为-20+40相对湿度范围为40RH85RH储存环境：温度范围为-40+85相对湿度小于85H此模块支持串口通信，可以与单片机

47、的串口相连接，接口如下：引脚号名称类型功能描述1VCCin电源正输入端。（线色：红）2GNDGND信号地。内部与电源地连接。（线色：黑）3TXDout串行数据输出。TTL 逻辑电平。（线色：绿）4RXDin串行数据输入。TTL 逻辑电平。（线色：白）模块采用半双工异步串行通讯。本指纹识别模块的默认波特率为57600bps，当然，是可调，可以设置成从9600到115200bps的范围内的波特率。传送的数据的帧格式是十位，第一位低电平起始位，八位数据和一位停止位，没有校验位。指纹模块通过串口与单片机的串口进行连接，电源方面，可以连接单片机的5V电源来供电，模块的串口发送端连接单片机的串口数据接收端

48、RXD，模块的串口的接收端连接单片机的串口数据发送端TXD。在单片机主控电路上，预留出了指纹模块的串口通信的接口。3.12指纹模块接口原理图同时，模块具有上电延时模块上电后，约需500mS时间进行初始化工作。在此期间，模块不能响应上位机命令。模块的具体使用在下文软件设计部分有详细介绍。第四章 软件系统设计4.1WiFi模块的程序设计在WiFi传输模块中，用软件的方式配置好ESP8266模块，初始化串口和数据的接收。4.1.1 ESP8266模块配置在硬件模块设计中，我们已经通过接线与调试实现了ESP8266模块的使用。在在产品的设计中，我们是不能通过让用户自己配置的方式实现产品的使用的。所以，

49、需要在代码中实现对ESP8266串口转wifi模块的使用前的初始化的配置。根据我们已经成功的调试的步骤，只需要在软件中对ESP8266模块进行一些简单的配置，即可实现模块通信的功能。如流程图4.1，可以通过向单片机的SBUF寄存器发送数据的方式，当单片机的SBUF寄存器接收到数据后，被ESP8266串口转wifi模块读取，如果指令完全正确，即可完成配置。我们需要实现的配置有：模块重启设置、模块类型设置、多路连接设置、创建服务器设置以及设置超时等功能。从而实现软件方法配置该WiFi模块。此程序设计流程框图如图4.1所示。图4.1 WiFi模块配置流程图实现代码如下：unsigned char c

50、ode AT_RST8 = 0x41, 0x54, 0x2B, 0x52, 0x53, 0x54, 0x0D, 0x0A; /AT+RST 复位unsigned char code AT_CWMODE213 = 0x41, 0x54, 0x2B, 0x43, 0x57, 0x4D, 0x4F, 0x44, 0x45, 0x3D, 0x32, 0x0D, 0x0A; /AT+CWMODE=2 设为AP模式unsigned char code AT_CIPMUX113 = 0x41, 0x54, 0x2B, 0x43, 0x49, 0x50, 0x4D, 0x55, 0x58, 0x3D, 0x3

51、1, 0x0D, 0x0A; /AT+CIPMUX=1 开启多连接unsigned char code AT_CIPSERVER121=0x41, 0x54, 0x2B, 0x43, 0x49, 0x50, 0x53, 0x45, 0x52, 0x56, 0x45, 0x52, 0x3D, 0x31, 0x2C, 0x38, 0x30, 0x38, 0x30,0x0D,0x0A; /创建服务器，端口号：8080Unsigned char code AT_CIPSTO15 = 0x41, 0x54, 0x2B, 0x43, 0x49, 0x50, 0x53, 0x54, 0x4F, 0x3D,

52、0x36, 0x30, 0x30, 0x0D, 0x0A; /AT+CIPSTO=600 设置服务器超时600svoid My_AT_Init()int i;for(i=0; i<8; i+) /AT+RST复位SBUF = AT_RSTi;delay_ms(5);delay_ms(1000);for(i=0; i<13; i+) /模式设置SBUF = AT_CWMODE2i;delay_ms(5);delay_ms(1000);for(i=0; i<13; i+) /AT+CIPMUX=1 开启多链接SBUF = AT_CIPMUX1i;delay_ms(5);delay

53、_ms(1000);for(i=0; i<21; i+) /创建服务器,端口号：8080SBUF = AT_CIPSERVER1i;delay_ms(5);delay_ms(1000);for(i=0; i<15; i+) /设置服务器超时时间600sSBUF = AT_CIPSTOi;delay_ms(5);delay_ms(3000);4.1.2数据通信在通信方式的选择上，为了能够控制成本，可以利用串行通信传输线少的优点，因此我们选择串行通信的方式。STC12C5A60S2单片机，有两个串口，且可以独立工作，通信。在这里我们使用串口2，即使用RxD2（P1.2），TxD2（P1

54、.3）。串口在工作之前，要对其进行初始化，需要注意的是，要设置好波特率，否则不同波特率下的数据是无法识别的，还要注意一些中断的控制。具体步骤如下：1、设置使能波特率倍速位S2SMOD；2、设置8位数据,可变波特率设置；3、设置独立波特率发生器的时钟为Fosc,即1T（传统51单片机是12T）4、设定模块的独立波特率发生器的重装值为57600bps，即设置波特率为57600bps；同时串行口2在中断方式工作时，要进行中断设置可以通过EA = 1；IE2 = 0x01；来设置，串口2初始化代码如下。void My_UART_Init( )AUXR |= 0x08; /设置使能波特率倍速位S2SMODS2CON = 0x50; /设置8位数据,可变波特率设置AUXR |= 0x04; /设置独立波特率发生器的时钟为Fosc,即1TBRT = 0xF4; /设定独立波特率发生器重装值,即设置波特率为57600bpsAUXR |= 0x10; /启动独立波特率发生器同时单片机串口2接收数据函数如下图4.2 串口2接收数据函数4.1.2 数据解析串口在接收到数据时，对数据进行解析，确定是否是手机客户端发来的数据。另外，对数据进行功能的解析，判断用户需要实现的功能。流程图如图4.3。图 4.3 数据解析流程图主要代码如下：void MY_U