指纹锁设计

指纹锁

摘要

随着经济与科技的快速发展，传统的身份识别方式已经不能够满足日益增加的安全需求。而近几年来指纹识别技术的快速发展，使指纹锁的广泛应用成为可能。

本论文是设计一种指纹锁，它能很好的完成指纹开锁，并具有指纹录入、指纹删除和应急机械开锁等功能。根据初始条件，选择好电磁铁、指纹开锁方式和机械开锁方式，以设计出相应的锁体壳、锁舌和机械开锁传动机构，进而确定电磁铁的安装位置，以完成机械系统的设计。根据MBF200固态指纹传感器的特点和8051单片机的特性设计出指纹采集模块、外部扩展存储器模块、开锁电路、键盘模块、LED显示模块和电源电路，从而完成电路系统的设计。根据任务书的要求和所设计的硬件电路来设计软件流程图，进而根据流程图来编辑程序。通过软件程序就可以使机械部分和电路部分联系在一起，进而实现对指纹锁的智能控制。本指纹锁利用AutoCAD2010设计出的机械部分的工程图，利用Protel 99 se设计出电路部分的电路图。诸多软件工具的使用为指纹锁的完整设计提供了帮助。本指纹锁设计所涉及的技术成熟，操作简单方便，实用性强，具有广泛的使用价值和应用前景。

关键词：指纹锁；8051；MBF200；机械开锁

Fingerprint lock

Abstract

With the rapid development of economy and technology, the traditional identification methods has been unable to meet the increasing security needs.the rapid development of fingerprint recognition technology In recent years, make it possible for fingerprint lock wide range of applications.

This paper is to design a fingerprint lock.It has the function of fingerprint lock, fingerprint Input,fingerprint deletion and emergency mechanical lock.According to the initial conditions, choose a proper electromagnet, fingerprint lock mode，mode and mechanical lock mode，to the design of the lock shell latch and mechanical lock mode drive mechanism, to determine the installation location of the electromagnet, in order to complete the design of mechanical systems. Based on the characteristics of MBF200 solid-state fingerprint sensor and the characteristics of 8051 to design the fingerprint acquisition module、external expansion memory modules, lock mode circuit, keyboard module, LED display modules and power supply circuits, in order to complete the circuit design. According to the requirements of the mission statement and the design of hardware circuit to design software flow chart, and then according to the flowchart to edit programs. The software program can make the mechanical parts and circuit parts together, so as to realize the intelligent control of the fingerprint lock. This fingerprint lock use Auto CAD 2010 to design the mechanical part of the drawings, and use Protel 99 se to design part of the circuit schematic. The use of many software tools provide help for the complete design of fingerprint lock.The technology involved in the design of the fingerprint lock is mature. It has the characteristics of simple operation,practical,the extensive use of value and application prospect.

Keyword: fingerprint lock;8051;MBF200;Mechanical lock

II

目录

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华东交通大学毕业设计（论文）

第一章绪论

1.1课题研究目的及意义

门锁，作为人类安全卫士，从以前的简单机械门锁发展到今天的种类和功能都趋于多样化的智能门锁。机械门锁是使用机械钥匙开门，而机械钥匙容易丢失和复制；电子密码锁的密码也会因为别人的偷盗而被非法打开。随着人们生活水平的不断提高，对安全性和私密性的要求也越来越高，传统的机械锁、密码锁等因其自身的局限已不能满足人们的要求。近年来，指纹识别技术发展迅速，它利用人类指纹的惟一性和不变性这一生理特征对个人身份进行认证，具有极高的安全性和易用性。而指纹锁，就是利用这一生物特征－－指纹识别来进行开锁的。

由于信息化技术和微电子技术的发展再加上指纹锁的强大优势，毫无疑问它将成为锁具的新主角。

1.2国内外研究现状和发展趋势

指纹锁的关键在于指纹识别技术的发展，机械部分以相对成熟。下面介绍指纹识别的技术现状和发展趋势:

自动指纹识别系统(AFIS— Automatic Fingerprint Identification System)技术的进步和指纹传感器技术的发展密切相关。过去指纹传感器都是基于光学技术的传感器，这种传感器结构复杂，价格昂贵，体积庞大。因此造成实际系统价格非常昂贵，这导致了过去指纹识别系统仅仅限于公安、银行等少数特殊部门内应用。随着集成技术的发展，高性能、高速率的数字处理器的价格和体积也开始大幅度下降，相关技术日趋成熟，这为嵌入式应用研究带来了极大的方便。90年代中期开始出现半导体的指纹传感器。最初的这类传感器采集的图像质量和光学传感器有较大的差距，但是随着半导体技术的进步，它采集的图像质量也越来越高，现在这两种传感器采集的图像质量差距已经很小了。半导体传感器具有价格低、体积小的优点，特别适合集成在普通的消费电子产品中，大有后来居上、取代光学传感器的趋势。现在这两类指纹传感器在市场上基本是平分天下。传统的光学传感器，国内的长春光机所等也有自己的产品，但是无论是价格还是性能都和国外差距很大，现在已经被逐步淘汰了。半导体传感器芯片技术被国外所垄断，现在完全依赖进口，国内主要是做代理、二次开发和系统集成等，因此指纹采集技术也相对落后。早期的研究都是在高性能计算机上完成的，针对脱机的指纹图像采集技术进行的研究相对较少。

90年代末到现在，由于半导体指纹传感器的出现，使得指纹识别的应用领域迅速扩大，在个人电脑上、个人数字助理、掌上电脑、手机、门禁等很多领域都开始使用AFIS技术，所以指纹采集的研究重点从光学传感器转移到了半导体传感器。作为生物特征的指纹虽然稳定性很好，但是仍然存在脱皮、外伤等问题，这个时候往往对高质量的指纹采集技术产生极大的挑战，也是AFIS研究者需要努力克服的问题。国内对于AFIS主要侧重于研究角度，很长一段时间没有在实际应用中实践，所以这些技术和实际的市场需求间还有不少差距。而实际从事指纹应用的公司没有自己的技术，绝大多数都是使用国外的指纹识别算法。综上所述，对于应用前景更为广泛的嵌入式自动指纹识别系统（AFIS）来说，指纹的原始图像数据采集显得尤为重要。

随着计算机技术，特别是图象处理技术和模式识别技术的飞速发以及大规模集成电路

李红伟：指纹锁

的出现展及其性能的提高，使得用高速并高效的自动指纹识别系统来替代人工识别成为可能。自二十世纪六十年代开始，为了解决人工鉴别指纹工作量大而且效率低的难题，美国FBI、英国家庭办公室以及法国巴黎警察局开始研发自动指纹识别系统(AFIS)，并取得了非常好的效果。目前，指纹识别已被全球大部分国家接受与认可，并广泛地应用到政府、军队、银行、社会福利保障、电子商务和安全防卫等领域。在国外由于其开发指纹识别系统比较早，而且主要是利用计算机进行指纹识别，所以技术也比较成熟。许多大公司均成立了专门机构从事该项技术的研究、开发及应用。其中最具有代表性的是AFIS (Automatic Fingerprint Identification System)系统，该系统是利用计算机技术实现的，其具有灵活的系统结构，可以构建大型的数据库，但是该系统价格昂贵，而且由于需要连接计算机，限制了系统在很多其他方面的应用。当然，目前国外也有一些相对较小的指纹识别系统，比如数码人(Digitalor)公司的U- are-U系统。但他们的产品都存在价格昂贵、应用灵活性差、多使用光学传感器体积较大等问题。

自1998年以来，国内指纹识别技术也得到了长足发展。目前，国内的生物识别技术市场正处于诸侯割据的萌芽阶段。国内上百家从事指纹识别技术应用的企业除了北大高科、中科院自动化所和西安青松等几家科研机构拥有自主产权外，其他的多以代理国外产品为主，拥有自主知识产权核心技术不多。在性能上无论从精度还是从效率上来看，均不如国际领先水平的同类产品。所使用的方法复杂，使用环境要求高，而且硬件平台的实时性差，接口能力也比较弱。纵观国内外现有的指纹采集识别技术和设备，或多或少地存在以下几个问题:

(1)成熟的采集识别算法均依赖于计算机平台，成本高，灵活性差。

(2)嵌入式应用不成熟，多受环境限制。

(3)指纹采集器件落后，体积较大等。

现在，随着高集成的指纹传感器的引入及其飞速发展，指纹数据的优质采集将达到一个更高的水平，研究指纹采集的通用方法及相应软件是一件十分有意义的工作。利用新型传感器采集高质量的指纹图像，指纹识别技术的逐渐成熟，可靠的比对算法的发现都将为指纹识别技术提供更广阔的舞台。国内嵌入式指纹识别技术之所以得不到快速的发展，原因就在指纹采集技术的落后。获取高质量的指纹数据是降低指纹识别算法复杂性一个最主要途径。因此，在我国研究和开发拥有自主产权的指纹采集终端是紧迫的也是必须的。

1.3指纹锁的指纹识别的基本原理

首先，通过指纹采集仪器采集到人体指纹的图像，并对原始图像进行初步的处理，这样使指纹图像中蕴涵的特征信息更明显。然后，运用指纹特征提取算法建立指纹的数字表示特征数据。这种转换是单向进行的，只能从指纹图像转换成特征数据但不能从特征数据转换成为指纹图像，而且两枚不同的指纹绝对不会产生相同的特征数据。指纹纹路的分叉、终止或转弯处的坐标位置，也就是通常被专家称为“细节点”(minutiae)的数据点，同时拥有7种以上的唯一特征。有的算法把节点和方向信息组合产生了更多的数据，这些方向信息能够表明各个节点之间的关系，有的算法还可以处理整幅指纹图像。最后，我们通过计算机模糊比较的方法，把两个指纹的模板进行比较，计算出它们之间的相似程度，最终得到两个指纹的匹配结果。

1.4指纹锁设计的意义和特点

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华东交通大学毕业设计（论文）

单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。在单片机没有出现之前我们只能使用复杂的模拟电路来进行线路的连接，这样不仅体积巨大，成本较高给我的生产生活带来的极大的不便。而单片机给我们的各领域都带来的巨大的变化，现在从飞机大炮到电子产品都离不开单片机，这是因为单片机是靠程序运行的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是一些特殊的功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。同样本次设计同样要采用单片机进行设计。

本设计采用8051单片机为主控芯片，结合外围器件，组成电子控制系统，用户想要打开锁，必先通过指纹识别模块中的MBF200固态指纹传感器对指纹进行采集，然后8051将采集到的指纹跟已存储的指纹进行比对，若指纹比对正确则开锁，否则不予开启。由于门锁的开启是由指纹信息来确定，而个人的指纹信息是独一无二的，一般难以被盗与仿制，因此我相信我们所设计的指纹防盗锁的安全性是有保证的。为防止因指纹锁内的电池没电或其他故障而无法进行指纹开锁，还设计了应急开锁孔--即传统的机械开锁功能。我所设计的指纹锁拥有两种开锁方式，因而对于我们生活工作中的正常使用有更大的适用性。