基于STM32的指纹识别门禁系统

郭旭 任凯 范喆 郭凯 李鑫

目前指纹识别的应用是生物识别技术中最广泛的，主要应用于需要高度安全防护的地方。随着智能设备和计算机控制技术的发展，指纹识别技术也进入民用市场，指纹识别的门禁控制系统有着巨大的市场潜力。本文旨在设计一种基于STM32的指纹识别门禁系统。以STM32系列单片机作为主控，以AS608作为指纹识别模块，通过触摸屏进行密码的输入，进行指纹的入录和删除。最终达到控制门的开放和关闭。

1. 总体设计

本系统是基于STM32单片机的指纹识别门禁系统，以STM32系列单片机作为主控，以AS608作为指纹识别模块，显示屏则是TFT电阻触摸屏，用户可以通过触摸屏和指纹识别模块对指纹进行录入和删除。也可以使用矩阵键盘进行密码输入，当单片机检测到有人暴力破坏时，单片机会发送短信给使用者的手机，通知门禁系统正在被破坏。整体思路如图1所示。

图 1系统工作原理图

2. 硬件设计

1. MCU

本设计拟采用STM32F103C8T6为主控芯片的单片机作为MCU，这是一款基于ARM Cortex-M内核STM32系列的32位的微控制器，程序存储器容量是64KB，需要电压2V~3.6V，工作温度为-40°C~85°C。如果项目制作过程中性能不能满足要求，则及时更换为高级芯片。

2. 指纹模块

A S 6 0 8指纹识别模块是一款高性能的光学指纹识别模块。该芯片内置 DSP 运算单元，集成了先进的指纹识别算法，能高效快速采集图像并识别指纹特征，是一款高性能的光学指纹识别模块。模块配备了串口、USB通讯接口，用户无需研究复杂的图像处理及指纹识别算法，只需通过的串口按照通讯协议便可控制模块^[1]。

3. GSM模块

该系统GSM模块采用高性能G510 4G模块，模块符合GSM0705和GSM0707标准，能够通过AT指令来进行控制，提供标准的RS232接口，提供安全稳定的 双频(GSM900/GSM1800)短消息数据通信、CSD 数据通信与语音数 据通信等多重服务与无线接口方案方便开发应用。

4. 舵机模块

SG90舵机为本设计的控制模块，除了电源线外，就只有一根信号控制线，要求对其输入周期为20ms，高电平持续时间为0.5ms 至2.5ms的脉冲，达到对舵机转动角度的控制，高电平持续时间为 0.5ms时舵机转动0度高电平持续时间为2.5ms时舵机转动180度。

5. 震动模块

为了防止暴力闯入，以及暴力破坏指纹检测传感器，我们采用 SW-1801P震动模块来进行检测，该模块主要应用于各类防盗设施材料等产品，可调节模块上的可调电阻，设置其灵敏度。在静止状 态OUT输出为高电平告诉单片机没有震动信号，若是有震动，则输出低电平信号，单片机检测到信号则做出相应处理

6. 矩阵键盘

为了让外来人员可以使用门禁系统，添加了矩阵键盘，来客可以使用矩阵键盘来输入密码来达到开启门禁的目的。在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口（如P1口）就可以构成4*4=16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键（9键）。由此可见，在需要的键数比较多时，采用矩阵法来做键盘是合理的。

7. TFT液晶屏

TFT-LCD液晶显示屏是薄膜晶体管型液晶显示屏，也就是“真彩”（TFT）。TFT液晶为每个像素都设有一个半导体开关，每个像素都可以通过点脉冲直接控制，因而每个节点都相对独立，并可以连续控制，不仅提高了显示屏的反应速度，同时可以精确控制显示色阶，所以TFT液晶的色彩更真。

3. 软件设计

软件部分采用keil软件。Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（μVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。

4. 指纹识别介绍

1. 概述

近年来，国内外众多学者对生物识别技术进行了深入的研究，将生物识别技术和门禁相结合，诞生了生物识别门禁系统。记密码或者忘带钥匙。相较于传统的身份认证方式，这种身份认证方式具有唯一性、稳定性和不易伪造和遗失的特性，为门禁系统提供了更安全、更准确、更便捷的保证。生物识别技术产品还结合计算机技术实现自动化管理，提高了系统的安全性能，拓展了应用领域，适合于档案管理、银行金库、营业大厅等重要部门的门禁系统。

在生物识别技术中，指纹识别技术应用最早。与同类技术相比较，指纹具有如下优势：一，唯一性和稳定性，不会随着年龄的变化而发生改变；二，指纹采集设备价格低，种类多；三，人有十个手指，每个手指的指纹都是独一无二的，手指的指纹都是独一无二的，可以采用多个指纹构成多重识别口令，提高系统的安全性能。

2. 原理

指纹是人类手指末端指腹上凹凸不平的脊纹或皱褶所形成的纹理特征，这种凹凸不平的纹理特征使人类的手与物体接触时加强了摩擦力，因此更易握紧物体，使人类能更好的在自然界中生存。指纹识别就是通过比较两幅指纹的细节特征点来鉴别指纹是否来自于同一副手指指^[2]。

5. 结束语

本项目的意义是随着科学技术的发展，智能家居逐渐进入到人们的生活中，智能门锁就是其中之一。传统门禁系统中的智能化低下、控制与维修过于复杂，考虑到传统门禁系统主要采用被动安防模式的欠智能化系统，除了自身机械结构和设计缺陷影响外，也很容易受到外界干扰，经常有使用失常以及识别错误的事情发生，因此对门禁的智能化研究具有现实意义。

由于指纹的独特性，被应用的范围越来越广，如:指纹锁、指纹门禁，指纹考勤机，指纹采集仪，指纹保险柜以及网络指纹登陆技术等等，据调查国内很多高档智能小区都装有指纹锁，公司中纷纷采用指纹考勤机。在不远的将来指纹识别将应用到手机定位，身份识别等不同领域。

6. 参考文献

[1] 符怡铭, 袁亮, 肖祥彬, 刘凡, 董效杰, 徐建.基于STM32的指纹门禁系统的设计[A].科技广场, 2017)

[2]杨晶晶.基于STM32的智能门禁系统的设计[D] .华北理工大学,2019.

作者简介：郭旭（出生年1999年11月），性别男,民族汉，职称学生，籍贯：黑龙江省大庆市，本科学历，电气工程及其自动化专业，电机研究方向。