论文总字数：21204字

目 录

1 绪论 1

1.1 研究内容 1

1.2 研究目的与意义 1

1.3 论文安排 1

2系统设计方案 2

2.1 总体设计方案 2

2.2 单片机的选择 3

2.3 指纹识别模块的选择 4

2.4 显示模块的选择 5

2.5 短信报警模块的选择 6

3 硬件设计 8

3.1 电源电路设计 8

3.2 单片最小系统 8

3.2.1 时钟电路 9

3.2.2 复位电路 9

3.2.3 程序下载与调试电路 10

3.3 指纹模块电路设计 10

3.4 TFT触摸屏电路设计 11

3.4.1 FPC接口电路 11

3.4.2 触摸电路 12

3.4.3 IO扩展电路 12

3.4.4 SD卡接口电路 13

3.4.5 输入输出接口电路 13

3.5 SIM800C模块电路设计 15

3.6 开关电路 16

3.7 蜂鸣器与LED电路 17

4 软件设计 17

4.1 开发环境 17

4.2 主程序 18

4.3 显示与输入程序的设计 19

4.3.1 命令/数据的读写 19

4.3.2 显示程序设计 19

4.3.3 数字的输入 20

4.4 指纹处理程序的设计 20

4.4.2 添加指纹 21

4.4.3 搜索指纹 23

4.4.4 清空指纹库 24

4.5 短信报警程序设计 25

5测试与分析 25

5.1 系统实物图 25

5.2 操作流程 26

5.3 预期效果 28

5.4 存在的不足与展望 28

6总结 29

参考文献： 29

致谢 31

附录 32

一种多功能指纹门禁系统

王玉

，China

Abstract：Because of its unique security and stability, biometric identification technology has gradually become the mainstream of identity recognition. Among them, fingerprint recognition is one of the most mature biometric identification technologies. This article mainly discusses a multi-function access control system based on MSP430F169 single-chip microcomputer. The system uses AS608 optical fingerprint identification module to record and compare the user's fingerprints. The user can unlock the system through TFT touch screen to select the verification digital password or fingerprint. According to the verification result, the acousto-optic prompt can be given. After the continuous verification failure, the SIM800C GSM module can send an alarm message to the preset mobile phone number. System has a simple structure, easy to use, high safety factor.

Key words：Access Control System；MP430F169；AS608；TFT touch screen；SIM800C

1 绪论

1.1 研究内容

在日常生活中，我们经常要进行各种身份和密码认证，对于不同的认证系统可能需要配备不同的钥匙或解锁密码，然而科技的进步使得传统的安全系统的安全系数越发不足，抵御能力越来越薄弱，生物特征认证技术因其独特的安全性与稳定性逐渐得到了各类身份认证领域的广泛应用。

本文就身份认证这一领域设计了一种实用的多功能指纹门禁系统，系统使用MSP430F169单片机作为主控芯片，采用ATK – AS608光学指纹识别模块作为指纹采集与处理的核心，通过二者的串口数据通信能够实现对指纹图像的采集、提取特征数据、指纹数据录入、比对等功能。用户可通过3.2寸TFT触摸屏选择验证数字密码或指纹的方式对系统进行解锁，系统并能够根据数字密码或指纹的验证结果给出声光提示，当多次验证失败后系统还可以通过GSM模块给用户设定的手机号码发送报警短信。

1.2 研究目的与意义

在当今这个信息时代，每个人都拥有着大量的各类身份认密码，这些密码有的采用纯数字的方式，有点采用图像的方式，例如手机的解锁密码、邮箱密码、各类网站论坛登录密码等，光就这些移动端的各类密码就可以有很多个，更不必说诸如银行卡密码等一些更为重要的密码。还有其它一些较为传统的机械防盗系统，如保险柜，机械门锁等。但是随着科技水平的不断提高，很多传统的安全系统变得越发脆弱，因此，一些更为高级的生物特征识别技术逐步得到了更大范围的推广，诸如人脸识别技术、指纹识别、虹膜辨别等。在这其中，指纹识别较之其他生物特征识别技术具备很多的独到之处，应用起来也更为实用与方便，得到了各个行业的认可，目前已经发展成为一个相当成熟的技术。

指纹是几乎所有人都具备的天然密码，其具备很多特性：

1. 广泛性：我们每个人自身都具备自己的指纹。
2. 唯一性：不同的人指纹不同，因而能够作为身份识别的依据。
3. 终身不变性：除特殊情况外，一个人的指纹一生不会改变。

现如今电子指纹认证已成为人们进行身份认证的首选，所以了解指纹识别的原理，并利用指纹识别技术设计一种实用的身份认证系统显得很有必要。

1.3论文安排

本文旨在介绍一种具备指纹识别功能的多功能门禁系统，文章以系统的方案选择、软硬件设计与制作、系统实物的测试为主体，具体的章节安排以及各章主体内容如下：

第一章介绍本课题的选题意义与背景，简单介绍指纹识别技术的研究对象与发展现状，确定系统设计的主要工作。

第二章详细介绍了系多功能指纹解锁系统的方案设计，给出系统所用到的各个模块的参数特点。

第三章为硬件设计部分，详细介绍了系多功能指纹解锁系统所用各个模块的硬件电路设计。

第四章位软件设计部分，介绍了系统各个模块的程序设计流程以及指纹识别过程所用到的一些指令。

第五章给出系统设计的实物图，说明设计实物的操作流程，并对本系统做出分析与展望。

第六章对本次毕业设计做一个简单的总结。

2系统设计方案

2.1 总体设计方案

本系统设计主要是一种基于MSP430F169单片机的多功能门禁系统，系统由以下几个模块构成：

• 电源模块
• MSP4630F169单片机
• AS608指纹识别模块
• 3.2寸TFT触摸屏
• SIM800C GSM/GPRS模块
• 发光二极管/蜂鸣器

用户通过3.2寸彩色触摸屏实现对系统整体功能的选择与控制。对系统进行初始化的配置后，用户可选择通过输入数字密码或验证指纹的方式对系统进行解锁，系统能够通过AS608模块实现对用户指纹的采集与比对，并能够根据数字密码或指纹的验证结果给出声光提示，当多次验证失败后系统能够通过GSM模块给用户设定的手机号码发送报警短信。

由于MSP430F169单片机具备两组UART串口，单片机可以通过UART0与AS608指纹模块进行串行通信，通过UART1给SIM800C模块发送报警命令。系统的整体框架图如图1所示。

图1 系统整体框架图

2.2 单片机的选择

本文叙述的多功能门禁系统采用了MSP430F169单片机作为本系统的核心控制与数据处理芯片。MSP430系列的单片机是由美国德州仪器公司于1996年开始向市场推广的一种具备精简指令集、超低功耗的16位混合处理器。MSP430系列单片机针对实际应用的需要，将不同功能的数字信号运算电路、模拟电路、微处理器等集成在一个芯片上，为各种不同需求的场合提供了便携的解决方案。由于MSP430系列单片机功耗很低，故广泛应用于各类电池供电的一系列便携式设备中。

MSP430F169单片机采用了“冯 诺依曼”式结构，即RAM、ROM和全部的外围模块均位于同一地址空间内，它具备60kB大小的Flash与2kB大小的RAM，能够满足复杂程序的需要；单片机采用了外部晶振作为时钟源，频率为8MHz，保证了系统的运行效率。MSP430F169内部还集成了一个硬件乘法器、两个定时器、一个模拟比较器、12位ADC、2组UART口以及48个双向I/O口。与外部设备进行串口通信时，仅需改变几组寄存器的值便可自由设定通信波特率。

MSP430F169芯片引脚图如图2所示。

图2 MSP430F169引脚图

2.3指纹识别模块的选择

本设计中指纹模块选用了ATK – AS608型指纹识别模块，ATK – AS608型指纹识别模块是由ALIENTEK推出的一款具备高性能的光学指纹识别模块，模块采用了国内著名的指纹识别技术公司 - 杭州晟元芯片技术有限公司(Synoch1ip)的推出的 AS608 指纹处理芯片。芯片内部具备数字信号处理运算单元，并集成了指纹特征识别算法，能够高效快速的完成图像图像，并识别指纹的特征信息。模块能够通过UART串口或USB接口与上位机进行数据通信，用户在使用时不需要掌握复杂的指纹识别算法，只需简便的利用UART串口或是USB数据接口， 按照通讯协议编写程序便可实现对模块的控制与使用。

系统内具备一个图像缓冲区，大小为72k字节，两个特征文件缓冲区，大小为512比特，其名字分别称为： ImageBuffer,CharBuffer1 和 CharBuffer2。用户能够通过串口发送特定指令读写这些数据缓冲区。其中，CharBuffer1 或 CharBuffer2 能够用来存放普通的指纹特征文件也能够用于存放模板特征文件。用户通过 UART 口上传或是下载图像时，为了加快速度，只用到像素字节的高 4 位，也就是把两个像素数据合并成一个字节进行传送。通过 USB 口通信时则是传送完整的 8 位像素。指纹库容量可以根据外部挂接的不同大小的 FLASH而做出相应改变，系统能够自动辨识。指纹模板按照序号有序存放与FLASH内，序号为：0—（N-1）（其中N 为指纹库的容量）。用户只可以根据序号来访问指纹库的数据。

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