一、前言
指纹识别技术是一种常见的生物识别技术，利用每个人指纹的唯一性进行身份认证。相比于传统的密码锁或者钥匙锁，指纹锁具有更高的安全性和便利性，以及防止钥匙丢失或密码泄露的优势。
基于单片机设计的指纹锁项目是利用STC89C52作为主控芯片，结合AS608光学指纹识别模块和LCD1602显示屏，实现了指纹的读取、录入和验证功能。用户可以通过按键来进行指纹的录入和删除操作，并通过LCD显示屏来查看指纹识别的状态。
在该项目中，AS608光学指纹识别模块是核心部件。它使用光学传感器采集指纹图像，然后通过算法进行特征提取和比对，最终判断指纹是否匹配。AS608模块具有高精度和高速的指纹识别能力，并且支持多种功能指令，如添加指纹、删除指纹和验证指纹等。
另外，LCD1602显示屏提供了可视化的界面，能够直观地显示指纹识别的状态信息。用户可以通过观察LCD显示屏上的提示信息，了解指纹录入、删除和验证的结果。
步进电机是用于模拟开锁操作的部件，通过正反转来实现门锁的解锁和上锁。当指纹验证成功时，步进电机会进行适当的旋转，使门锁打开，允许用户进入。
该项目的背景是为了满足人们对安全性和便利性的需求，提供一种高效且可靠的门禁系统。通过指纹识别技术，可以确保只有授权的人员才能够进入特定区域，避免了传统钥匙的遗失和密码的泄露问题。同时，单片机作为主控芯片，具有低功耗、稳定性强等特点，非常适合用于嵌入式系统的设计与开发。
这个项目的实施背景可以是家庭门禁系统、办公场所门禁系统、学校宿舍门禁系统等各种需要实现安全控制的场景。
二、项目整体设计思路
2.1 硬件设计思路
（1）主控芯片：选择STC89C52作为主控芯片，它是一款功能强大且广泛使用的单片机。它具有丰富的GPIO口、中断和定时器等功能，能够满足指纹锁项目的需求。
（2）光学指纹识别模块：采用AS608光学指纹识别模块作为指纹识别设备，该模块具有高精度的指纹识别能力。它通过光学传感器采集指纹图像，并通过算法进行特征提取和比对，最终实现指纹的识别和验证。
（3）显示屏：选用LCD1602液晶显示屏作为人机交互的界面，该显示屏可以直观地显示指纹识别的状态信息，提供用户友好的操作界面。
（4）按键：通过按键实现指纹的录入、删除和管理等操作。按键可以设置为添加指纹、删除指纹和确认等功能，方便用户进行指纹的管理。
（5）步进电机：使用28BYJ-48步进电机来模拟开锁操作，根据指纹识别结果控制步进电机的正反转。当指纹验证成功时，步进电机会旋转，使门锁打开。
2.2 软件设计思路：
（1）初始化：在系统启动时，进行相关硬件的初始化操作，包括主控芯片、指纹识别模块、显示屏和步进电机等。
（2）指纹录入功能：当用户选择指纹录入操作时，系统会提示用户按下指纹，然后通过光学传感器采集指纹图像，并提取特征信息。将提取的指纹特征存储在芯片的存储器中，以备后续的指纹验证使用。
（3）指纹删除功能：用户可以选择删除已录入的指纹，系统会提示用户选择要删除的指纹，并进行相应的删除操作。
（4）指纹验证功能：当用户选择指纹验证操作时，系统会提示用户按下指纹，然后通过光学传感器采集指纹图像，并提取特征信息。将提取的特征信息与存储在芯片存储器中的指纹特征进行比对，判断指纹是否匹配。如果匹配成功，则触发步进电机旋转，打开门锁；否则，提示验证失败。
（5）显示功能：通过LCD1602显示屏展示指纹验证的状态信息，包括录入、删除和验证等操作的结果。例如，显示指纹录入成功、删除成功或验证成功等信息。
（6）错误处理：在系统运行过程中，需要对各种可能出现的错误进行处理，如指纹录入失败、删除失败或验证失败等情况。系统需要及时给出相应的提示信息，以便用户了解具体的错误原因。
硬件设计上，主要选用适合的单片机、指纹识别模块、显示屏和步进电机等组件，搭建起指纹锁的硬件平台；软件设计上，利用主控芯片进行指纹录入、删除和验证的功能实现，并通过显示屏展示相关信息，实现一个完整的指纹锁系统。
三、硬件连线说明
以下是指纹识别模块、显示屏、按键和步进电机的引脚连接：
模块 | 引脚 | 连接到单片机的IO口 |
|---|---|---|
指纹识别模块 AS608 | VCC | 5V |
GND | GND | |
TXD | P1.0 (串口发送) | |
RXD | P1.1 (串口接收) | |
液晶显示屏 LCD1602 | VCC | 5V |
GND | GND | |
SDA | P2.0 (I2C总线数据) | |
SCL | P2.1 (I2C总线时钟) | |
RS | P3.0 | |
RW | P3.1 | |
E | P3.2 | |
D4-D7 | P4.0-P4.3 | |
按键 | 添加指纹 | P0.0 |
删除指纹 | P0.1 | |
确认 | P0.2 | |
步进电机 28BYJ-48 | IN1 | P5.0 |
IN2 | P5.1 | |
IN3 | P5.2 | |
IN4 | P5.3 |
四、项目代码设计
代码语言：javascript复制#include <reg52.h>
#include <stdio.h>
#include <intrins.h>
#include "lcd1602.h"
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
// 指纹识别相关定义
#define FINGERPRINT_ADD 0x01 // 添加指纹命令
#define FINGERPRINT_DEL 0x02 // 删除指纹命令
#define FINGERPRINT_VERIFY 0x03 // 验证指纹命令
#define FINGERPRINT_SUCCESS 0x00 // 指纹验证成功返回值
#define FINGERPRINT_FAIL 0x01 // 指纹验证失败返回值
// 步进电机相关定义
sbit IN1 = P2^0;
sbit IN2 = P2^1;
sbit IN3 = P2^2;
sbit IN4 = P2^3;
// 按键相关定义
sbit Key1 = P1^0; // 录入指纹按键
sbit Key2 = P1^1; // 删除指纹按键
uchar comdata[19] = {0}; // 串口接收数据缓冲区
uchar fingerStatus = 0; // 指纹识别状态，0：未识别，1：已识别
uchar fingerprintIndex = 1; // 指纹索引
void delay(uint ms) {
while(ms--) {
uint xms = 120; // 延时大概1ms
while(xms--);
}
}
void uartInit() {
TMOD = 0x20; // 设置T1工作在方式2，8位定时/计数器
SCON = 0x50; // 设置串口工作在模式1，波特率9600
TH1 = 0xFD; // 波特率为9600时的T1重装值
TL1 = 0xFD;
TR1 = 1; // 启动T1
}
void uartSendByte(uchar dat) {
SBUF = dat; // 将数据送入UART发送缓冲区
while(!TI); // 等待UART发送完毕
TI = 0; // 清除发送完成标志位
}
void uartSendString(uchar *str) {
while(*str) {
uartSendByte(*str);
str ;
}
}
void uartInterrupt() interrupt 4 using 1 {
uchar c;
if (RI) { // 接收到了数据
RI = 0; // 清除接收中断标志位
c = SBUF; // 读取接收到的数据
if (c == 0xEF && comdata[0] != 0xEF) { // 接收到帧头
comdata[0] = 0xEF;
comdata[1] = c;
}
else if (comdata[1] == 0x01 && comdata[2] == 0xF5) { // 接收到返回数据长度
comdata[2] = c;
}
else if (comdata[2] != 0) { // 接收到数据
comdata[comdata[2]] = c;
if (comdata[2] == 18) { // 数据接收完毕
fingerStatus = comdata[9];
}
}
}
}
void fingerPrintAdd(uchar index) {
uchar temp[] = {0xEF, 0x01, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x01, 0x00, 0x07, 0x09, index, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x10, 0x1E, 0x00, 0x2C};
uchar checkSum = 0;
for (uint i = 2; i < 19; i ) {
checkSum = temp[i];
uartSendByte(temp[i]);
}
temp[19] = (~checkSum) 1;
uartSendByte(temp[19]);
}
void fingerPrintDelete(uchar index) {
uchar temp[] = {0xEF, 0x01, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x02, 0x00, 0x03, 0x0C, index, 0x00, 0x10};
uchar checkSum = 0;
for (uint i = 2; i < 13; i ) {
checkSum = temp[i];
uartSendByte(temp[i]);
}
temp[13] = (~checkSum) 1;
uartSendByte(temp[13]);
}
void fingerPrintVerify() {
uchar temp[] = {0xEF, 0x01, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x03, 0x00, 0x03, 0x03, 0x00, 0x07};
uchar checkSum = 0;
for (uint i = 2; i < 12; i ) {
checkSum = temp[i];
uartSendByte(temp[i]);
}
temp[12] = (~checkSum) 1;
uartSendByte(temp[12]);
}
void stepperMotorRotate(uint steps, uchar direction) {
uint i;
for (i = 0; i < steps; i ) {
IN1 = 1;
delay(1);
IN1 = 0;
IN2 = 1;
delay(1);
IN2 = 0;
IN3 = 1;
delay(1);
IN3 = 0;
IN4 = 1;
delay(1);
IN4 = 0;
}
delay(1000);
if (direction == 1) { // 正转
for (i = 0; i < 512; i ) {
IN4 = 1;
delay(1);
IN4 = 0;
IN3 = 1;
delay(1);
IN3 = 0;
IN2 = 1;
delay(1);
IN2 = 0;
IN1 = 1;
delay(1);
IN1 = 0;
}
} else { // 反转
for (i = 0; i < 512; i ) {
IN1 = 1;
delay(1);
IN1 = 0;
IN2 = 1;
delay(1);
IN2 = 0;
IN3 = 1;
delay(1);
IN3 = 0;
IN4 = 1;
delay(1);
IN4 = 0;
}
}
}
void main() {
lcdInit();
uartInit();
EA = 1; // 开启总中断
ES = 1; // 开启串口中断
while (1) {
if (Key1 == 0) { // 录入指纹按键按下
fingerPrintAdd(fingerprintIndex);
lcdClear();
lcdSetCursor(0, 0);
lcdPrint("Add Finger");
delay(1000);
if (fingerStatus == FINGERPRINT_SUCCESS) { // 指纹录入成功
lcdClear();
lcdSetCursor(0, 0);
lcdPrint("Add Success");
delay(1000);
fingerprintIndex ;
} else { // 指纹录入失败
lcdClear();
lcdSetCursor(0, 0);
lcdPrint("Add Fail");
delay(1000);
}
while (Key1 == 0); // 等待按键释放
}
if (Key2 == 0) { // 删除指纹按键按下
fingerPrintDelete(fingerprintIndex - 1);
lcdClear();
lcdSetCursor(0, 0);
lcdPrint("Del Finger");
delay(1000);
if (fingerStatus == FINGERPRINT_SUCCESS) { // 指纹删除成功
lcdClear();
lcdSetCursor(0, 0);
lcdPrint("Del Success");
delay(1000);
if (fingerprintIndex > 1) {
fingerprintIndex--;
}
} else { // 指纹删除失败
lcdClear();
lcdSetCursor(0, 0);
lcdPrint("Del Fail");
delay(1000);
}
while (Key2 == 0); // 等待按键释放
}
fingerPrintVerify();
if (fingerStatus == FINGERPRINT_SUCCESS) { // 指纹验证成功
lcdClear();
lcdSetCursor(0, 0);
lcdPrint("Success");
delay(500);
stepperMotorRotate(64, 1); // 正转开锁
} else if (fingerStatus == FINGERPRINT_FAIL) { // 指纹验证失败
lcdClear();
lcdSetCursor(0, 0);
lcdPrint("Fail");
delay(500);
}
}
}五、总结
项目基于STC89C52单片机设计了一款指纹锁，能够实现指纹的读取、录入和验证等功能。AS608光学指纹识别模块提供了高精度的指纹识别能力，而LCD1602显示屏和按键配合完成了人机交互的功能设计。门锁则通过28BYJ-48步进电机实现正反转模拟开锁的操作。该项目完全自主设计制造，具有较高的实用性和创新性。
