10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.21.039
指纹门禁系统设计与实现
蔡顺燕，张霞，蔺军，刘婷
（成都师范学院，四川 成都 611130）
摘 要：文章介绍了以STC12C5A60S2单片机为主控芯片的指纹门禁系统设计与实现。主要包括光学生物指纹采集模块、语音模块、旋转编码器。指纹模块通过串口与单片机通信，将获取的指纹信息传给单片机实现指纹信息的管理，当指纹模块检测到有手指放在光学指纹传感器上时，指纹模块会自动扫描用户指纹，将之与指纹存储器中的指纹进行特征匹配。若匹配成功，上位机传达匹配成功的指令，驱动电磁锁执行开门动作，进而实现指纹门禁功能。
关键词：指纹门禁系统；单片机；语音播放
中图分类号：TN709 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)21-113-03
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Design and implementation of fingerprint access control system*
Cai Shunyan, Zhang Xia, Lin Jun, Liu Ting
( Chengdu normal university, Sichuan Chengdu 611130 )
Abstract: This paper introduces the design and implementation of fingerprint access control system based on STC12C5A -60S2 microcontroller. It mainly includes optical bio-fingerprint acquisition module, voice module, rotary encoder. The fingerprint module communicates with the single-chip microcomputer through the serial port, and transmits the acquired fingerprint information to the single-chip computer to realize the management of the fingerprint information. When the fingerprint module detects that a finger is placed on the optical fingerprint sensor, the fingerprint module automatically scans the user fingerprint, and the fingerprint memory is matched with the fingerprint memory. The fingerprint in the feature is matched. If the matching is successful, the upper computer transmits the command that the matching is successful, and drives the electromagnetic lock to perform the opening operation, thereby implementing the fingerprint access control function.
Keywords: Fingerprint access control system; MCU; Display voice playback CLC NO.: TN709 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)21-113-03
作者简介：蔡顺燕（1981.07-），女，副教授，就职于成都师范学院，研究方向：信号与信息处理。项目：1.成都师范学院教改项目（2019JG18）；2. 2019 年省级大学生创新创业训练计划项目（S20191 43890543）；3.四川省2018-0 2020年高等教育人才培养质量和教学改革项目（JG2018-894）；4. 成都师范学院校级应用型示范专业建设项目（2018XJYYZY01）；5. 四川省应用型示范专业建设项目（SJYYSFZY180）。
1 引言
传统的门锁、防盗锁安全系数比较低，数字密码、IC卡、指纹识别等新式门禁系统被人们发明出来。在使用数字密码锁时，不仅容易忘记密码而且容易被盗取密码。怎样提高门禁系统的安全系数便是当前首要研究内容。19世纪初，指纹的唯一性和不可更改的特性被人们发掘出来，最开始主要应
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汽车实用技术
用于刑事犯罪的侦破与鉴别。到20世纪60年代，计算机以惊人的速度快速发展，指纹识别技术的研究取得了巨大的进展。在之后的20年里，传感器技术也取得了巨大的发展，不断取得新成就的算法和日渐低廉的的指纹采集器使得用于个人身份识别的指纹技术有了技术支持[1]。目前指纹识别技术在电子设备、企业管理和门禁中得到了普遍应用，本文提出了一种以单片机为主控芯片的指纹门禁系统的设计与实现。
其内置的光学指纹传感器在不同的环境中都有灵敏的反应和判断，能够获得清晰的指纹成像。指纹模块通过串行口与主控芯片进行串口通信，指纹模块回传指令给主控芯片进行判断，确保正常通讯。4引脚接的二极管是防止反接时电流过大烧掉指纹模块。指纹模块部分与主控芯片电路连接如图2所示：
2 系统总体设计
本次设计的指纹门禁系统以单片机为控制核心，利用指纹识别技术来提高门禁系统的安全性和便利性[2]。采用STC12C5A60S2单片机为控制核心，AS-608光学指纹模块、OLED液晶显示模块、DS3231高精度时钟芯片、SYN6288语音合成芯片、EC11旋转编码器、TB6612驱动芯片以及扬声器与单片机构成指纹门禁系统。其系统设计总体框图如图1：
图1 基于单片机的指纹门禁系统框图
指纹门禁系统实现的主要功能为：OLED液晶屏显示设置的初始界面，长按螺旋编码器按钮进入时间日期的参数调整界面，双击则会进入系统的子界面，可以进行指纹录入、指纹删除等相关操作。当进行录入指纹时，指纹模块扫描感应所获取的指纹并合成特征模板，且会通过语音模块播放出指纹录取的情况。若指纹录取成功，语音模块会播放指纹录取成功。若指纹录取失败，语音模块会播放指纹录取失败请重试。若匹配到相关指纹，则会播放匹配到相关指纹并且驱动电磁锁开门。当进行删除指纹时，用户可旋转编码器来调整删除区域，系统将获取并显示用户设置的区域,按下确认后系统自动删除用户设置的删除区域指纹并且播放相应语音，当进入清空指纹库时，系统将自动保留管理者（第一位指纹）删除其他人员指纹并且播放相应语音。
3 主要电路模块
3.1 主控芯片
指纹门禁系统以STC12C5A60S2单片机为核心，其具备2个全双工串行通信接口同时进行发送数据和接收数据。每个串行口的数据缓冲器可以同时支持光学指纹模块和语音合成芯片与主控芯片之间的通信。 3.2 光学指纹模块
AS-608指纹识别模块是一款一体化的光学生物指纹识别模块，它将指纹处理部分和光路部分集成在一个模块上，所以模块体积较小、接口较为简单。又集成了指纹识别算法，采集图像、识别指纹特征、指纹搜索的速度较快，可靠性高。
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图2 AS608光学指纹模块接线图
3.3 语音芯片电路
SYN6288是一款效果比较自然的中高端语音合成芯片，由于它采用最小SSOP28L 贴片封装的特点，比OSYNO6188芯片的电路设计更简单，芯片尺寸更小，语音合成自然度以
及智能化程度都有较大提升。控制器通过串行接口向语音合成芯片发送命令或者接收语音芯片发送的文本数据，然后芯片自动将上位机发送的数据通过TTL转换为音频信号，再经放大器放大之后通过扬声器输出。 3.4 EC11旋转编码器电路
EC11旋转编码器是可以输出脉冲信号的装置，通过旋转旋钮将旋转产生的位移转换成单片机可识别的数字信号，通过单片机对其产生的脉冲信号进行检测，即可判断出旋转编码器所要系统执行的指令。其电路连接如图3所示。
图3 1EC11旋转编码器接线图
4 系统主程序设计
图4 主程序流程图
本系统采用了模块化的程序设计思想，主要包括主程序、
蔡顺燕 等：指纹门禁系统设计与实现
指纹采集程序等。主程序对单片机定时器、中断等进行设置，然后根据接收的指令调用不同的子程序。
指纹门禁系统实现的主要功能是当给单片机供电时，初始化所有相关数据，扫描指纹模块是否检测到手指，再扫描旋转编码器是否发出指令，执行相关指令，否则便返回初始界面。如图4所示。
[1] 吴成枫.赵振华.基于指纹识别技术的智能门禁系统研究[N].微型
电脑应用, 2012.
[2] 杜春魁.单片机的指纹门禁系统设计研究[J].北京:天津大学电子
工业出版社, 2017.
电路模块器件选择、电路连接、程序编写等方面，经系统测试，该系统性能稳定，能实现预定功能。
参考文献
5 结语
本文阐述了指纹门禁系统的设计方法与过程，包括主要
（上接第80页）
计算载荷稳定后一个啮合周期的啮合振动，利用EDRST和EDHTIME命令设置求解步和输出结果。
利用WDWRITE命令输出K文件，并进行计算。结算后使用后处理器LS-PREPOST打开计算结果d3plot文件，可以查看啮合过程中的力和变形。 根据三档的工况，主动轮与从动轮静态法向啮合力为5694.8N，啮合力曲线在5700N上下波动，波动范围大约在4000N—7500N。
通过动态分析还发现两齿轮在啮合过程中齿面与齿面接触点应力和应变较大，齿根处应力最大，在脱离啮合的过程中逐渐减小，直至消失。啮合曲线在静态啮合力附近波动。
4 结论
本文建立了汽车变速器三档齿轮的三维模型，并分析了模态和动态特性。通过模态分析，确定了变速器处于三档时的啮合频率，通过动态分析，确定了齿轮啮合过程中的应力应变以及啮合力的变化情况。为汽车变速器的设计提供了数据参考。
参考文献
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[3] 张洪才,何波.有限元分析-ANSYS13.0从入门到实战[Ｍ].北京;机
械工业出版社,2012.
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