1、第16章 基于GSM的智能指纹门禁系统单片机原理及应用系统设计本章主要内容系统硬件设计指纹识别技术与整体设计方案系统软件设计项目背景与研究现状系统测试与结果分析 在现代科学技术的发展下，信息技术和电子技术的发展程在现代科学技术的发展下，信息技术和电子技术的发展程度越来越高，并且运用到人们的生活当中。就建筑行业的门禁度越来越高，并且运用到人们的生活当中。就建筑行业的门禁而言，现在市场上有各式各样的门锁，包括传统的防盗门、数而言，现在市场上有各式各样的门锁，包括传统的防盗门、数字密码等。而这些门禁方式各有其优缺点，比如说数字密码锁，字密码等。而这些门禁方式各有其优缺点，比如说数字密码锁，虽然使用方
2、便，但是锁的密码容易忘记和被人盗取。这些都是虽然使用方便，但是锁的密码容易忘记和被人盗取。这些都是传统的安全系统所采用的方式，随着社会的发展，其安全性越传统的安全系统所采用的方式，随着社会的发展，其安全性越来越脆弱。而我们的生活随时都需要进行个人身份的确认和权来越脆弱。而我们的生活随时都需要进行个人身份的确认和权限的认定，尤其是在信息社会，人们对于安全性的要求越来越限的认定，尤其是在信息社会，人们对于安全性的要求越来越高，同时希望认证的方式简单快速。高，同时希望认证的方式简单快速。16.1 项目背景与研究现状 面对这些问题，人们不停地在寻找新的开发方式。指面对这些问题，人们不停地在寻找新的开发
3、方式。指纹作为人体的身体特征，凭借它自身的独特性，具有唯一纹作为人体的身体特征，凭借它自身的独特性，具有唯一性、稳定性和难以伪造性。在门禁方面生物识别技术有很性、稳定性和难以伪造性。在门禁方面生物识别技术有很大的优势。既有运用的方便性和认证方式的简单快速性，大的优势。既有运用的方便性和认证方式的简单快速性，又提高了门禁系统的安全性能。由于指纹是独一无二的，又提高了门禁系统的安全性能。由于指纹是独一无二的，两人之间不存在着相同的指纹，同时指纹样本易于采集，两人之间不存在着相同的指纹，同时指纹样本易于采集，难以伪造，便于开发，实用性强，可以利用多个指纹构成难以伪造，便于开发，实用性强，可以利用多个
4、指纹构成多重口令，提高系统的安全性。多重口令，提高系统的安全性。鉴于指纹识别技术具有以上的优点，所以利用人的指鉴于指纹识别技术具有以上的优点，所以利用人的指纹特征进行身份识别是十分优秀的，并且在各个领域都有纹特征进行身份识别是十分优秀的，并且在各个领域都有广阔的应用前景和无比巨大的市场潜力，值得去进行开发。广阔的应用前景和无比巨大的市场潜力，值得去进行开发。16.1 项目背景与研究现状 16.2.1 指纹特征介绍指纹特征介绍 指纹是指的是在手指末端正面的皮肤上线条构成的纹路，指纹是指的是在手指末端正面的皮肤上线条构成的纹路，线条的方向不同，弯曲程度不同，就构成了不一样的指纹。线条的方向不同，弯
5、曲程度不同，就构成了不一样的指纹。指纹图像分为两大类：总体特征和局部特征两大类。指纹图像分为两大类：总体特征和局部特征两大类。总体特征：指的是指纹的宏观上面所体现出来的特征，也总体特征：指的是指纹的宏观上面所体现出来的特征，也就是说那些用肉眼可以直接观察到的特点，这些特点比如有：就是说那些用肉眼可以直接观察到的特点，这些特点比如有：纹形、模式区、核心点、三角点和纹数等。指纹总体特征图如纹形、模式区、核心点、三角点和纹数等。指纹总体特征图如图图16-1所示。所示。图16-1 指纹总体特征图局部特征：手指指纹的有许多不能一眼看出来的小细节，这局部特征：手指指纹的有许多不能一眼看出来的小细节，这些细
6、节需要仔细看才能分辨出它的区别，这些特征就是局部些细节需要仔细看才能分辨出它的区别，这些特征就是局部特征。手指指纹的纹线，不是一直连续的，会出先一些分叉特征。手指指纹的纹线，不是一直连续的，会出先一些分叉和中断，这些小的细节使得指纹进一步区别。相同的指纹在和中断，这些小的细节使得指纹进一步区别。相同的指纹在总体特征上面可能一致，但在局部特征上面却是不同的，这总体特征上面可能一致，但在局部特征上面却是不同的，这就为指纹的唯一性提供了确认信息。就为指纹的唯一性提供了确认信息。指纹识别技术的目标就是能够识别手指的指纹并能指纹识别技术的目标就是能够识别手指的指纹并能够将不同指纹的模板进行对比判断，主要
7、分为两部分：够将不同指纹的模板进行对比判断，主要分为两部分：1.指纹图像获取。指纹图像获取。2.指纹图像对比判断。指纹图像获取：指纹图像对比判断。指纹图像获取：识别并获取指纹图像，需要能够获取指纹图像的指纹识别并获取指纹图像，需要能够获取指纹图像的指纹传感器，目前主要有三类：传感器，目前主要有三类：1.光学指纹传感器：通过光光学指纹传感器：通过光学手段获取指纹的技术是最早用于指纹识别技术的，学手段获取指纹的技术是最早用于指纹识别技术的，光学指纹感器的优点是方便快捷，它的缺点就是对采光学指纹感器的优点是方便快捷，它的缺点就是对采集手指和取像的镜片要求比较高，质量好的镜片才能集手指和取像的镜片要求
8、比较高，质量好的镜片才能够获取到清晰的指纹图像，并且光学指纹传感器的体够获取到清晰的指纹图像，并且光学指纹传感器的体积一般都比较大，对于小巧的嵌入式设备来说不适用；积一般都比较大，对于小巧的嵌入式设备来说不适用；2.半导体指纹传感器：对于半导体指纹传感器来说，半导体指纹传感器：对于半导体指纹传感器来说，它的价格低、体积小，对于嵌入式设备来说，小巧的它的价格低、体积小，对于嵌入式设备来说，小巧的便于使用。自从上世纪便于使用。自从上世纪 90 年代中期出现以来，发展地年代中期出现以来，发展地十分迅速，代表的产品有：压感指纹传感器、固态指十分迅速，代表的产品有：压感指纹传感器、固态指纹传感器、电容式
9、指纹传感器、温度型指纹传感器等纹传感器、电容式指纹传感器、温度型指纹传感器等等。等。3.基于超声波扫描技术的指纹传感器：超声波遇到基于超声波扫描技术的指纹传感器：超声波遇到皮肤会反射回来，而且皮肤表面凹凸不平，反射回来皮肤会反射回来，而且皮肤表面凹凸不平，反射回来的声波也是不同的，超声波识别就是利用反射回来的的声波也是不同的，超声波识别就是利用反射回来的声波的不同来识别不同的指纹。它的优点有：在不同声波的不同来识别不同的指纹。它的优点有：在不同的情况下都能获取到清晰的图像，对于不同粗糙程度的情况下都能获取到清晰的图像，对于不同粗糙程度的手指也都能获得清晰地图像。缺点：就目前来说，的手指也都能获
10、得清晰地图像。缺点：就目前来说，这种传感器的价格比较昂贵，不太适合普及。这种传感器的价格比较昂贵，不太适合普及。指纹图像对比判断：获取到指纹图像之后，为了判别出指纹图像对比判断：获取到指纹图像之后，为了判别出获取到的指纹到底是谁的指纹，就需要对指纹与指纹数据获取到的指纹到底是谁的指纹，就需要对指纹与指纹数据库中的指纹进行对比判断。进行对比判断就需要一个算法，库中的指纹进行对比判断。进行对比判断就需要一个算法，这就是指纹识别算法。指纹识别算法是指纹识别技术的关这就是指纹识别算法。指纹识别算法是指纹识别技术的关键，算法的好坏，直接影响到拒识率和误识率，以及系统键，算法的好坏，直接影响到拒识率和误识
11、率，以及系统的运行速度等。的运行速度等。整个指纹识别算法分为三部分：指纹图像预处理、整个指纹识别算法分为三部分：指纹图像预处理、提提取指纹特征和指纹匹配。先获得手指的指纹，再利用指纹取指纹特征和指纹匹配。先获得手指的指纹，再利用指纹识别算法将数据库的指纹和得到的指纹相对比，判断出获识别算法将数据库的指纹和得到的指纹相对比，判断出获取的指纹是不是数据库中的指纹，若是，给出相匹配的是取的指纹是不是数据库中的指纹，若是，给出相匹配的是数据库中哪一个指纹。数据库中哪一个指纹。通过指纹图像获取和指纹对比判断两个部分，便可以通过指纹图像获取和指纹对比判断两个部分，便可以对给出手指的指纹进行识别，得到识别结
12、果，这就是指纹对给出手指的指纹进行识别，得到识别结果，这就是指纹识别技术的大体构造。识别技术的大体构造。根据以上所介绍的指纹识别技术，设计基于单片机的指根据以上所介绍的指纹识别技术，设计基于单片机的指纹识别门禁系统，实现对门禁系统的整体实现。系统主要纹识别门禁系统，实现对门禁系统的整体实现。系统主要分为分为IAP15W4K58S4核心单片机和各个子模块两大部分，核心单片机和各个子模块两大部分，IAP15W4K58S4核心单片机作为主要的控制部分，通过发核心单片机作为主要的控制部分，通过发送指令对各个模块进行控制，并且实现功能。送指令对各个模块进行控制，并且实现功能。STM32指纹指纹模块对用户
13、进行指纹识别工作，同时也可以对用户添加指模块对用户进行指纹识别工作，同时也可以对用户添加指纹和删除指纹。纹和删除指纹。GSM模块通过网络通信实现对用户发送报警短信和用户模块通过网络通信实现对用户发送报警短信和用户通过发送开门短信实现对电子锁的开锁。单片机通过对用通过发送开门短信实现对电子锁的开锁。单片机通过对用户指纹进行识别，进而控制继电器以实现对电磁锁的开闭。户指纹进行识别，进而控制继电器以实现对电磁锁的开闭。同时，单片机通过对用户指纹是否匹配成功来给语音模块同时，单片机通过对用户指纹是否匹配成功来给语音模块进行报警声响的实现。进行报警声响的实现。图16-2 指纹门禁系统结构图整体框架可以为
14、如图整体框架可以为如图16-2所示所示。本系统的主要功能特点：本系统的主要功能特点：（1）拥有高效方便的指纹识别模块，可以十分快捷的）拥有高效方便的指纹识别模块，可以十分快捷的利用指纹开锁，高效方便，且安全性高。利用指纹开锁，高效方便，且安全性高。（2）短信模块既可以发送报警短信给用户，用户也可）短信模块既可以发送报警短信给用户，用户也可以通过给短信模块发送开门短信来开锁。单片机与短信以通过给短信模块发送开门短信来开锁。单片机与短信模块的通信，可实现远距离的控制。模块的通信，可实现远距离的控制。（3）语音模块设置用户指纹识别不成功来发出报警声）语音模块设置用户指纹识别不成功来发出报警声响。响。
15、（4）门禁系统的用户可以添加和删除，来进行对用户）门禁系统的用户可以添加和删除，来进行对用户权限的识别。权限的识别。16.3.1硬件系统架构设计硬件系统架构设计本次基于单片机的指纹识别门禁系统的硬件部分需要完成一系本次基于单片机的指纹识别门禁系统的硬件部分需要完成一系列复杂的任务，包括图像采集、图像处理、图像对比等，所以列复杂的任务，包括图像采集、图像处理、图像对比等，所以要实现这样一个复杂的任务，需要处理器具有比较强的计算能要实现这样一个复杂的任务，需要处理器具有比较强的计算能力和控制能力，并且储存器内存空间要大。力和控制能力，并且储存器内存空间要大。本文的指纹识别系统，就是利用指纹识别技术
16、，通过单片机的本文的指纹识别系统，就是利用指纹识别技术，通过单片机的硬件和软件管理实现对门禁的控制。工作人员不必携带钥匙，硬件和软件管理实现对门禁的控制。工作人员不必携带钥匙，也不必进行纸张登记，只需手指一按，便可以完成身份识别和也不必进行纸张登记，只需手指一按，便可以完成身份识别和进入记录。所以整个系统需要满足处理速度要快，指纹的识辨进入记录。所以整个系统需要满足处理速度要快，指纹的识辨率要高，所以在处理的选择和指纹识别模块的选择上注重其性率要高，所以在处理的选择和指纹识别模块的选择上注重其性能。能。该门禁系统主控部分采用该门禁系统主控部分采用IAP15W4K58S4单片机，该款单片机单片机
17、，该款单片机的内部架构延续经典的内部架构延续经典8051单片机，是一款增强型单片机，是一款增强型51单片机。单片机。本系统采用本系统采用UART Fingerprint Reader作为指纹指纹识别模块。作为指纹指纹识别模块。UART Fingerprint Reader模块以进口模块以进口ST公司公司STM32F205高速高速数字处理器为核心，结合商用指纹算法（数字处理器为核心，结合商用指纹算法（TFS-9），高精度光），高精度光学传感器（学传感器（TFS-D400），并具有指纹录入、图像处理、特征），并具有指纹录入、图像处理、特征值提取、模板生成、模板储存、指纹比对和搜索等功能的智能值提取
18、、模板生成、模板储存、指纹比对和搜索等功能的智能型模块型模块,。另添加另添加OLED显示屏、显示屏、JQ6500语音芯片提示用户操作并返回操语音芯片提示用户操作并返回操作结果，并且配有作结果，并且配有GSM模块和用户手机进行通信，及时反映异模块和用户手机进行通信，及时反映异常状态并且报警，用户也可以通过短信打开门禁，进一步提高常状态并且报警，用户也可以通过短信打开门禁，进一步提高了警戒级别。了警戒级别。系统总体结构框图如图系统总体结构框图如图16-3所示。所示。图16-3 硬件系统总体结构图16.3.2 IAP15W4K58S4单片机单片机 该系统主控部分采用该系统主控部分采用IAP15W4K
19、58S4单片机，该款单片机，该款单片机的内部架构延续经典单片机的内部架构延续经典8051单片机，是一款增强型单片机，是一款增强型51单片机。相对于传统单片机。相对于传统8051而言，在片内资源、性能及而言，在片内资源、性能及速度上都有很大改进，尤其是采用新型速度上都有很大改进，尤其是采用新型Flash作为片内存作为片内存储器，应用储器，应用ISP和和IAP技术，使单片机系统的开发过程变技术，使单片机系统的开发过程变得简单，深受广大用户欢迎得简单，深受广大用户欢迎IAP15W4K58S4单片机引脚图如图单片机引脚图如图16-4所示所示,。16.3.3 指纹识别模块指纹识别模块对于本系统指纹识别模
20、块的选用，采用对于本系统指纹识别模块的选用，采用UART Fingerprint Reader指纹识别模块，该模块是个完整的指指纹识别模块，该模块是个完整的指纹识别模块，能够完成指纹图像的获取、指纹对比匹配纹识别模块，能够完成指纹图像的获取、指纹对比匹配和指纹模板的存储功能。和指纹模板的存储功能。以进口以进口ST公司公司STM32F205高高速数字处理器为核心，能够完成指纹图像处理、模板生速数字处理器为核心，能够完成指纹图像处理、模板生成、模指纹储存和指纹搜索对比等功能。成、模指纹储存和指纹搜索对比等功能。UART Fingerprint Reader 实物图如图实物图如图16-5所示。所示。
21、图16-5 UART Fingerprint Reader 实物图UART Fingerprint Reader具有以下特点：具有以下特点：（1）指纹感应灵敏，识别速度快：指纹模块采用高精度光）指纹感应灵敏，识别速度快：指纹模块采用高精度光路和成像元件，使用时，只需要手指轻轻一点，就能快速识路和成像元件，使用时，只需要手指轻轻一点，就能快速识别。别。（2）稳定第一：模块采用进口）稳定第一：模块采用进口ST公司公司STM32F205的高级的高级数字处理芯片作处理器，低功耗，快速稳定，比其它的平台数字处理芯片作处理器，低功耗，快速稳定，比其它的平台芯片稳定至少芯片稳定至少30%。（3）科学结构：模
22、块采用分体结构，指纹传感器）科学结构：模块采用分体结构，指纹传感器+处理主处理主板板+算法平台三大结构，主板稳定，采用标准算法平台三大结构，主板稳定，采用标准16P通用接口；通用接口；传感器可自主选择和更换光学、半导体传感器；采用商用算传感器可自主选择和更换光学、半导体传感器；采用商用算法，速度快。法，速度快。（4）开发方便：串口）开发方便：串口UART操作操作(直接接任何带串口单片直接接任何带串口单片机机)，操作简单到极点，并配有，操作简单到极点，并配有PC机的演示软件、学习软件，机的演示软件、学习软件，单片机例程及相关的工具。单片机例程及相关的工具。（5）开放：可以自由输入、输出指纹图片、
23、指纹特征值文）开放：可以自由输入、输出指纹图片、指纹特征值文件及各种指纹操作，协议更全，开放更好。件及各种指纹操作，协议更全，开放更好。UART Fingerprint Reader的外部引脚共六个，各个引脚的功的外部引脚共六个，各个引脚的功能如表能如表16-1所示。所示。表16-1 UART Fingerprint Reader的引脚介绍名称名称类型类型功能描述功能描述VCCIN电源 3.3V或5VTXDOUT指纹模块串口发送RXDIN指纹模块串口接收GND-接地BL-指纹头的背光灯，可不接RSTIN指纹模块复位，可不接 UART Fingerprint Reader指纹识别模块内部已经集指
24、纹识别模块内部已经集成了足够的器件，能够自己完成足够多的功能，只需要从成了足够的器件，能够自己完成足够多的功能，只需要从单片机通过串口向模块发送指令就能够实现功能。具体的单片机通过串口向模块发送指令就能够实现功能。具体的过程是：扫描指纹，获取指纹的图像，再将图像合成模板，过程是：扫描指纹，获取指纹的图像，再将图像合成模板，模板中存的就是指纹的特征的数据。数据库中所存的指纹模板中存的就是指纹的特征的数据。数据库中所存的指纹数据就是指的是模板，每个人的指纹构成一个模板，一个数据就是指的是模板，每个人的指纹构成一个模板，一个模板代表一个人，指纹的识别也是通过获取指纹的模板，模板代表一个人，指纹的识别
25、也是通过获取指纹的模板，在与数据库中的模板向对比，一样的话就是匹配成功。在与数据库中的模板向对比，一样的话就是匹配成功。指纹识别模块的使用命令主要为：指纹识别模块的使用命令主要为：（1）录入图像、生成特征、合成指纹模板、存储指纹模板。）录入图像、生成特征、合成指纹模板、存储指纹模板。（2）搜索指纹、匹配指纹。具体的指令格式和使用方法，在）搜索指纹、匹配指纹。具体的指令格式和使用方法，在后面的软件设计部分做详细介绍。后面的软件设计部分做详细介绍。指纹识别模块与单片机的引脚连接如图指纹识别模块与单片机的引脚连接如图16-6所示。所示。图 16-6 指纹识别模块与单片机的连接 指纹识别模块的指纹识别
26、模块的VCC端接到端接到5V电源，电源，GND端接地，端接地，RXD串行数据输入接到单片机的串行数据输入接到单片机的P3.7口（口（TXD），），TXD串行数据输串行数据输出端接到单片机的出端接到单片机的P3.6口（口（RXD）。模块与单片机需要通信，）。模块与单片机需要通信，通信方式采用串行通讯，从单片机发送指令，指令以字节为单通信方式采用串行通讯，从单片机发送指令，指令以字节为单位从串行口发送出去，模块接收指令，再运行指令，实现功能。位从串行口发送出去，模块接收指令，再运行指令，实现功能。单片机的指令、模块的应答和指纹数据的传输都要满足模块的单片机的指令、模块的应答和指纹数据的传输都要满足
27、模块的规定的格式。规定的格式。（1）指令包）指令包/数据包。指令包和数据包共分为三类数据包。指令包和数据包共分为三类:命令包，命令包，包标头包标头=01；数据包，且有后续包，包标头；数据包，且有后续包，包标头=02；数据结束包，；数据结束包，包标头包标头=08。数据包都需要添加前置的标头，标头都是。数据包都需要添加前置的标头，标头都是0包包xEF01。（2）应答包。模块在接收到单片机的指令后，就根据指令开始）应答包。模块在接收到单片机的指令后，就根据指令开始工作，当任务完成后，就需要向单片机返回指令执行的结果，工作，当任务完成后，就需要向单片机返回指令执行的结果，这时就需要应答包，应答包有自己
28、的格式和相应的确认码的定这时就需要应答包，应答包有自己的格式和相应的确认码的定义。义。（3）通讯波特率。指纹识别模块的波特率为）通讯波特率。指纹识别模块的波特率为19200bps，与单片，与单片机进行串口通信，单片机的波特率也要相应设置为机进行串口通信，单片机的波特率也要相应设置为19200bps。（4）指令集。指纹识别模块具有自己完整的指令集，通过这些）指令集。指纹识别模块具有自己完整的指令集，通过这些指令集，可以完成所有的功能。指令集，可以完成所有的功能。1.语音模块简介语音模块简介JQ6500是一个提供串口的是一个提供串口的MP3芯片，完美的集成了芯片，完美的集成了MP3、WMV的硬解码
29、。同时软件支持的硬解码。同时软件支持TF卡驱动，支持电脑直接卡驱动，支持电脑直接更新更新SPI Flash的内容，支持的内容，支持FAT16、FAT32文件系统。通文件系统。通过简单的串口指令即可完成播放指定的音乐，以及如何播过简单的串口指令即可完成播放指定的音乐，以及如何播放音乐等功能，无需繁琐的底层操作，使用方便，稳定可放音乐等功能，无需繁琐的底层操作，使用方便，稳定可靠是此款产品的最大特点。靠是此款产品的最大特点。另外该芯片也是深度定制的产品，专为固定语音播放领域另外该芯片也是深度定制的产品，专为固定语音播放领域开发的低成本解决方案。开发的低成本解决方案。2.语音模块功能语音模块功能 J
30、Q6500语音模块具有以下功能：语音模块具有以下功能：（1）支持采样率）支持采样率(KHz):8/11.025/12/16/22.05/24/32/44.1/48；（2）24位位DAC输出，动态范围支持输出，动态范围支持90dB，信噪比支持，信噪比支持85dB；（3）完全支持）完全支持FAT16、FAT32文件系统，最大支持文件系统，最大支持32G的的TF卡，支持卡，支持32G的的U盘、盘、64M字节的字节的NORFLASH；（4）多种控制模式，串口模式、）多种控制模式，串口模式、AD按键控制模式；按键控制模式；（5）广播语插播功能，可以暂停正在播放的背景音乐；）广播语插播功能，可以暂停正在播
31、放的背景音乐；（6）音频数据按文件夹排序，最多支持）音频数据按文件夹排序，最多支持100个文件夹，每隔文个文件夹，每隔文件夹可以分配件夹可以分配1000首歌曲；首歌曲；（7）30级音量可调，级音量可调，10级级EQ可调；可调；（8）可以外挂）可以外挂spi flash,连接电脑可以显示连接电脑可以显示spi flash的盘符进行的盘符进行更新内容；更新内容；（9）可以通过单片机串口进行控制播放指定的音乐；）可以通过单片机串口进行控制播放指定的音乐；（10）在按键模式下，可以进行播放模式选择：脉冲可重复、）在按键模式下，可以进行播放模式选择：脉冲可重复、脉冲不可重复、电平非保持可循环、电平保持可
32、循环。脉冲不可重复、电平非保持可循环、电平保持可循环。3.语音模块应用语音模块应用 JQ6500语音模块主要有以下应用领域。语音模块主要有以下应用领域。（1）车载导航语音播报；）车载导航语音播报；（2）公路运输稽查、收费站语音提示；）公路运输稽查、收费站语音提示；（3）火车站、汽车站安全检查语音提示；）火车站、汽车站安全检查语音提示；（4）车辆进、出通道验证语音提示；）车辆进、出通道验证语音提示；（5）多路语音警或设备操作引导语音；）多路语音警或设备操作引导语音；（6）消防语音报警提示；）消防语音报警提示；（7）自动广播设备，定时播报。）自动广播设备，定时播报。4.语音模块管脚功能说明语音模块
33、管脚功能说明 JQ6500语音模块的引脚如语音模块的引脚如16-7所示，其与单片机链接电路如所示，其与单片机链接电路如图图16-8所示。所示。图16-7 语音模块管脚图图16-8 语音模块管脚接线图语音模块的电源由单片机供电，语音模块语音模块的电源由单片机供电，语音模块9号引脚接单片机号引脚接单片机P01引脚（引脚（TXD3），由单片机发送指令控制模块播放指定语），由单片机发送指令控制模块播放指定语言。言。15和和16引脚接喇叭，可以直接驱动引脚接喇叭，可以直接驱动1W/8的喇叭，声音的喇叭，声音响亮，具体如表响亮，具体如表16-2所示。所示。表表16-2 语音模块引脚部分功能语音模块引脚部分
34、功能引脚序号引脚序号引脚名称引脚名称功能描述功能描述备注备注6SGND地电源地 8BUSY播放指示灯有音频输出时高，无音频输出高9RXUART串行数据输入 10TXUART串行数据输出 11GND地电源地12DC-5V模块电源输入不可以超过5.2V15SPK-喇叭+直接驱动1W/8R以下喇叭16SPK+喇叭-5.语音模块通讯指令语音模块通讯指令单片机通过串口发送指令【单片机通过串口发送指令【7E 04 03 00 01 EF】给语音模】给语音模块，块，00 01表示指定曲目的序号。单片机通过串口发送指令表示指定曲目的序号。单片机通过串口发送指令【7E 02 04/05 EF】给语音模块可以加减
35、音量。】给语音模块可以加减音量。语音模块指令表语音模块指令表16-3所示。所示。表16-3 语音模块指令表CMD详解(指令)对应的功能参数(16位)及对应指令格式0 x03指定曲目(NUM)0-65535、SPI(0-200)【7E 04 03 00 01 EF】表示播放第一段音乐红色字体就是播放的段数 自己可以改变0 x04音量+【7E 02 04 EF】0 x05音量-【7E 02 05 EF】0 x0D播放【7E 02 0D EF】0 x0E暂停【7E 02 0E EF】1.GSM无线通信模块简介无线通信模块简介TC35是西门子公司推出的新一代无线通信是西门子公司推出的新一代无线通信GS
36、M模块。自带模块。自带LCTTL和和RS232通讯接口，可以方便地与通讯接口，可以方便地与PC机、单片机连机通机、单片机连机通讯。可以快速、安全、可靠地实现系统方案中的数据、语音传讯。可以快速、安全、可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务输、短消息服务(Short Message Service)和传真。和传真。TC35模块的工模块的工作电压为作电压为3.3-5.5V,可以工作在可以工作在900MHz和和1800MHz两个频段，所两个频段，所在频段功耗分别为在频段功耗分别为2W(900M)和和1W(1800M)。2.T-31 GSM模块构成及功能模块构成及功能模块有模块有AT命令集接
37、口命令集接口,支持文本和支持文本和PDU模式的短消息、第三组模式的短消息、第三组的二类传真工作传真以及的二类传真工作传真以及2.4k，4.8k，9.6k的非透明模式。此外的非透明模式。此外,该该模块还具有电话簿功能、多方通话模块还具有电话簿功能、多方通话,漫游检测功能漫游检测功能,常用工作模式有常用工作模式有省电模式、省电模式、IDLE、TALK等模式。通过独特的等模式。通过独特的40引脚的引脚的ZIF连接连接器器,实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。通过输。通过ZIF连接器及连接器及50天线连接器天线连接器,可分别连
38、接可分别连接SIM卡支架和天卡支架和天线。线。TC35模块主要由模块主要由GSM基带处理器、基带处理器、GSM射频模块、供电模射频模块、供电模块块(ASIC)、闪存、闪存、ZIF连接器、接口六部分组成。作为连接器、接口六部分组成。作为TC35的的核心，基带处理器主要处理核心，基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号终端内的语音、数据信号,并并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。在不需要额涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下，可支持外硬件电路的前提下，可支持FR、HR和和EFR语音信道编码。语音信道编码。3.T-31 GSM模块连接方式模块连接方
39、式通过三根线连接单片机和通过三根线连接单片机和TC35模块：模块：TTL电平直接连接，分电平直接连接，分别是别是TX、RX、GND。如图如图16-9所示，黄色接地，蓝色和绿色分别接所示，黄色接地，蓝色和绿色分别接TXD，RXD。图16-9 T-31GSM模块实物图图 16-10 指纹识别模块与单片机的连接 在使用前需要使用串口调试软件进行调试，在使用前需要使用串口调试软件进行调试，TC35的默的默认波特率是认波特率是9600，实际使用时，可以改成，实际使用时，可以改成115200或或38400，并且通过，并且通过AT命令设置短信的读取方达。命令设置短信的读取方达。16.3.6 OLED显示屏模
40、块显示屏模块单片机通过单片机通过P4接口与接口与OLED模块通信，可以显示模块通信，可以显示8*4个中英文字符。在程序中调用显示函数显示要显个中英文字符。在程序中调用显示函数显示要显示的内容。示的内容。1.引脚描述引脚描述 OLED显示屏显示屏16S1Y引脚图的引脚图如图引脚图的引脚图如图16-11所示，所示，其各个引脚的含义如表其各个引脚的含义如表16-4所示。所示。图 16-11 16S1Y引脚图 串行数据输出（串行数据输出（SO）：该信号用来把数据从芯片串行输出，数）：该信号用来把数据从芯片串行输出，数据在时钟的下降沿移出。据在时钟的下降沿移出。串行数据输入（串行数据输入（SI）：该信号
41、用来把数据从串行输入芯片，数）：该信号用来把数据从串行输入芯片，数据在时钟的上升沿移入。据在时钟的上升沿移入。串行时钟输入（串行时钟输入（SCLK）：数据在时钟上升沿移入，在下降沿）：数据在时钟上升沿移入，在下降沿移出。移出。片选输入（片选输入（CS#）：所有串行数据传输开始于）：所有串行数据传输开始于CS#下降沿，下降沿，CS#在传输期间必须保持为低电平，在两条指令之间保持为高电平，在传输期间必须保持为低电平，在两条指令之间保持为高电平，如图如图16-12所示。所示。表16-4 SOT23-6 名称I/O 描述SOT23-6名称I/O描述1SCLKI串行时钟输入（Serial clock i
42、nput）2GND 地(Ground)3CS#I片选输入（Chip enable input）4VCC 电源(+3.3V Power Supply)5SOO串行数据输出(Serial data output)6SII串行数据输入(Serial data input)图16-12 时序图 2.OLED显示屏与单片机连接方式显示屏与单片机连接方式单片机通过单片机通过P4接口与接口与OLED模块通信，具体接线如图模块通信，具体接线如图16-13图 16-13 显示屏模块与单片机的连接第第11章章 STC15系列单片机系列单片机PCA模块模块16.3.7 电源模块设计电源模块设计本设计采用双电源供电，
43、其中干电池给各模块供电，通本设计采用双电源供电，其中干电池给各模块供电，通过降压器将电压降到过降压器将电压降到12V给电磁锁供电，用另一个降压给电磁锁供电，用另一个降压器将电压器将电压5V给其他模块供电。供电模块原理图如图给其他模块供电。供电模块原理图如图16-14所示。所示。图16-14 供电模块原理图16.3.8 电磁锁和继电器电磁锁和继电器 门禁的门体部分，用电控锁来控制门的开闭，电控锁实际门禁的门体部分，用电控锁来控制门的开闭，电控锁实际上是由一个电磁铁来控制，电磁铁则可以用继电器来控制电上是由一个电磁铁来控制，电磁铁则可以用继电器来控制电流的开闭，继电器的接线如图流的开闭，继电器的接
44、线如图16-15所示。所示。图16-15 电磁铁及继电器连接图 电控锁电源正极接入电控锁电源正极接入12V直流电源，负极与继电器相连直流电源，负极与继电器相连继电器由直流电源供电并且继电器由直流电源供电并且IN端接到单片机端接到单片机P3.5引脚，引脚，IN无信号输入时继电器公共端（无信号输入时继电器公共端（COM）与常闭端（）与常闭端（NC）相）相连，电磁锁无电流流过。如图连，电磁锁无电流流过。如图16-16所示。所示。NO常开端NC常闭端COM公共端继电器线圈供电端图16-16 IN端无输入时继电器状态图当当IN端接收到来自单片机的信号时继电器公共端端接收到来自单片机的信号时继电器公共端（
45、COM）与常开端相连，电磁锁通电打开。如图）与常开端相连，电磁锁通电打开。如图16-17所所示。示。NO常开端NC常闭端COM公共端继电器线圈供电端图16-17 IN端有输入时继电器状态图继电器与设备（电磁锁）连接方式如图继电器与设备（电磁锁）连接方式如图16-18所示。所示。图16-18 继电器连接方式16.4 系统软件设计系统软件设计本系统采用本系统采用C语言编程，软件使用语言编程，软件使用KEIL C51版本，将程序模版本，将程序模块化，便于功能的进一步扩展，模块化还有利于错误的检查块化，便于功能的进一步扩展，模块化还有利于错误的检查和后期的优化。和后期的优化。软件系统主要分为以下几个模
46、块：软件系统主要分为以下几个模块：IAP15W4K58S4单片机模单片机模块、块、GSM模块、指纹模块（包括添加指纹、识别指纹、删除模块、指纹模块（包括添加指纹、识别指纹、删除指纹）、指纹）、OLED显示屏、继电器和语音模块。下面针对各个显示屏、继电器和语音模块。下面针对各个模块分别介绍了程序流程。模块分别介绍了程序流程。16.4.1 单片机控制程序设计单片机控制程序设计单片机采用单片机采用IAP15W4K58S4核心板核心板,单片机的主程序主要是完单片机的主程序主要是完成上位机与下位机通信、单片机与模块通信的任务，首先要成上位机与下位机通信、单片机与模块通信的任务，首先要将波特率设置为将波特
47、率设置为9600bps（与模块相对应），然后在根据模（与模块相对应），然后在根据模块的指令包格式，来发送命令。软件使用块的指令包格式，来发送命令。软件使用Keil C51版本，主版本，主程序采用程序采用C语言编写。单片机对指纹识别模块发送命令，得语言编写。单片机对指纹识别模块发送命令，得到识别结果，在根据这个结果来控制显示模块、语音模块和到识别结果，在根据这个结果来控制显示模块、语音模块和电子锁模块。电子锁模块。程序的主流程图如图程序的主流程图如图16-19所示。所示。单片机的初始化主要包括波特率的设置、定时的设置以及中单片机的初始化主要包括波特率的设置、定时的设置以及中断的设置，如下所示：断
48、的设置，如下所示：void main（void）ET0=1;/定时器定时器0开中断开中断 TL0=0 x97;/设定定时器的初始值设定定时器的初始值 TH0=0 xBD;SCON=0 x50;/设置串行通讯控制寄存器设置串行通讯控制寄存器 PCON=0 x00;/设置波特率，当设置波特率，当SMOD=0时，波特率保持时，波特率保持 TMOD=0 x21;/设置定时器设置定时器T1的相关属性的相关属性 TH1=0 xFD;TL1=0 xFD;/设置波特率，此处设置波特率为设置波特率，此处设置波特率为9600 TR1=1;TR0=1;/开定时器开定时器0 IT0=0;/中断中断0低电平中断低电平中
49、断图16-19 总系统程序流程完成单片机的初始化后，根据按键来触发子程序，完成单片机的初始化后，根据按键来触发子程序，比如按键选择指纹录入，就调用采集指纹子程序，再比如按键选择指纹录入，就调用采集指纹子程序，再调用生成特征文件的子程序，再调用储存指纹子程序，调用生成特征文件的子程序，再调用储存指纹子程序，这样一连串下来便完成了整个的指纹录入过程；如果这样一连串下来便完成了整个的指纹录入过程；如果按键选择指纹识别，就先调用采集指纹子程序，进而按键选择指纹识别，就先调用采集指纹子程序，进而调用特征文件生成子程序，最后调用指纹对比子程序，调用特征文件生成子程序，最后调用指纹对比子程序，返回对比结果，
50、完成指纹识别功能；如果按键选择删返回对比结果，完成指纹识别功能；如果按键选择删除功能，就调用删除子程序，并返回删除结果。除功能，就调用删除子程序，并返回删除结果。16.4.2 系统初始化程序设计系统初始化程序设计串口初始化程序主要包括初始化和中断服务程序两个串口初始化程序主要包括初始化和中断服务程序两个部分。下面为具体程序。在本系统中串口设置方式：部分。下面为具体程序。在本系统中串口设置方式：8位数据位，位数据位，1位停止位，定时器选用的工作方式即位停止位，定时器选用的工作方式即16位位自动重装定时器、波特率设置为自动重装定时器、波特率设置为9600bit（晶振频率为（晶振频率为18.432M
