基于STM32的指纹识别门禁系统设计

论文总字数：20247字

目 录

摘要 4

Abstract 5

1.绪论 6

1.1选题的目的和意义 6

1.2 指纹识别技术国内外研究现状 6

1.3本设计的主要章节内容介绍 7

2.系统方案 7

2.1 系统方案设计 7

2.2 微型控制器的选择 8

2.2.1 STM32F103性能特点介绍 8

2.2.2 ARM核心体系结构发展史 8

2.3指纹采集识别模块的选择 9

2.3.1指纹采集方式 9

2.3.2指纹识别技术的分类及选择 9

3.系统硬件电路设计 10

3.1系统硬件设计模块组成 10

3.2 STM32最小系统相关模块介绍 11

3.2.1电源电路供电模块 11

3.2.2 按键复位模块 11

3.2.3 USB调试接口模块 12

3.3指纹采集模块设计 13

3.3.1 ATK-AS608指纹识别模块的技术指标 13

3.3.2指纹识别模块的特点 13

3.4红外线传感器模块 14

3.5直流电机模块 15

3.5.1电机驱动模块性能特点及参数 15

3.5.2直流电机转速计算 16

3.5.3 H桥式电路的结构及其原理 16

4.系统的软件设计 18

4.1 系统软件组成 18

4.1.1 Keil软件介绍 18

4.1.2 串口调试助手 19

4.2系统软件流程 19

4.3 系统模块驱动程序 20

4.3.1 指纹采集模块 20

4.3.2 直流电机模块 23

4.3.3 红外模块 24

5.系统的调试与焊接 25

5.1指纹模块串口通信调测 25

5.2红外模块调测 27

5.3直流电机调试 28

5.4 硬件的搭建 29

6总结 30

参考文献 31

致谢 32

基于STM32的指纹识别门禁系统设计

王力波

, China

Abstract:People are increasingly concerned about the security issues, as well as personal information crisis awareness, absolute safe and reliable access control system, has gradually been favored by people. Fingerprint recognition based on the access control system, because of its high reliability, stability, high safety factor, and the fingerprint as a unique human body, unique biological characteristics, has been a very good market response. This paper mainly studies the application of fingerprint recognition in the field of security access control. In order to increase its practicability, this design also incorporates two infrared sensor modules. At the same time, a DC motor is installed to simulate the opening and closing of the access control system The Integrated microprocessor performance, the design based on STM32 for processing control, while the use of optical fingerprint sensor for fingerprint collection.

Key words: biometrics; fingerprint recognition; embedded system; STM32; optical fingerprint sensor

1 绪论

1.1选题的目的和意义

指纹信息的应用已有很长的历史，据考古发现，在公元前6000年左右，古叙利亚和中国便已将指纹用于身份的鉴别[^[1]]。而指纹身份鉴别作为一种传统的可靠方式，在当今社会，依旧应用于许多新兴的领域。指纹识别技术的应用极大地保障了我们的信息安全和生活便利性，而安全可靠的门禁系统更是受到了很多公司和保密单位的青睐。比较常见的有指纹打卡系统、电子商务支付系统等，在一些保密部门的门禁系统中也很常见，尤其是政府机关部门。这些系统简化了政府、公司的日常运营管理和人工费用，可以这么说，作为80年代兴起的技术，指纹识别技术正处于其技术完善发展的壮年时期，在目前还有着广泛的市场应用前景。

本文基于STM32门禁系统的研究，与往常的基于个人电脑的指纹识别系统处理模式有所不同，其对于指纹识别技术应用于嵌入式硬件系统大有裨益，能够很好地提高系统的实时性和灵活性，并且我们还能从研究过程当中深刻理解其各个模块的工作原理，对于我们学习软硬件知识及其应用于日常生活中也是很有帮助的。经过30多年的发展，虽然现在对于指纹识别的研究已经比较成熟，技术的不断更新发展，使得产品的性价比逐步提高，但是对于该技术的拓展研究还是非常有必要的，尤其是嵌入式领域内的应用。

1.2 指纹式门禁系统国内外研究现状

在指纹信息的运用上，古老的中国是走在世界前列的，而一些传统的使用方式如按指纹手印等现在仍然普遍存在，其通常是作为对个体身份的确认。不过对于指纹的现代技术研究应用，当代中国晚于国外将近20年，这也是种种历史原因造成的。不过进入21世纪，中国的各项研究领域都呈现出井喷式发展态势，指纹识别的应用也不例外。

除了一些身份认证上的应用，指纹式门禁系统的应用也发展的非常迅速。普通的门禁系统通常应用于智能化小区系统和一些智能家居、智能建筑方面^[4]。高级型的感应式门禁系统则更常见于政府部门。国外的门禁系统知识品牌主要有美国的罗太克NTK、西屋WSE和修斯HID，英国的主流品牌主要是集宝，以色列的是DDS。据相关统计，美国市场上的生物认证市场逐年扩大，利润率也非常可观，并在相当长的一个周期内呈现一个上升的趋势。较之于国内，由于生产力成本、研发成本较高，国外的生物门禁系统的价格都比较昂贵，但是其可靠性也更稳定，后期的维护成本较低。

国内对于门禁系统的研究主要集中在指纹门禁系统和感应式门禁系统的两大块方向上。行业内比较有名的公司主要有北京青云、吉利等。市场也处于稳步增长时期，且产品的价格相对国外低得多，但是其系统的稳定性和可靠性还是有较大差距的，应用于民用系统没问题，但是对于一些高要求的国防军事领域的需求还是显得捉襟见肘。对此，国内的相关公司更应该将重点放在技术的研发更新方面，逐步缩小技术层面上的差距。

1.3本设计的主要章节内容介绍

第一章主要讲了绪论部分，详细介绍了本次课题的目的、意义和国内外发展研究现状。

第二章论述了系统的方案选择，先是整体系统的方案设计，包括各型微处理器的对比介绍及选择，两种不同指纹采集方式的优缺点说明及比较，各种指纹传感器的介绍和选择。

第三章论述了系统的电路设计，包括本文系统方案的框图和各模块工作的流程及设计框图，系统的硬件模块功能介绍，主要包括指纹采集识别模块、红外模块和电机模块等部分的性能和工作原理简介。

第四章先是讲述了系统的软件构成，其中包括Keil软件介绍和串口调试助手的使用特点分析。其次设计了模块的系统流程及各模块驱动控制程序的详细介绍。

第五章介绍了各个模块的调试过程和整个硬件系统的焊接搭建。

第六章论述了本次毕设设计工作的展望及结果分析总结。

2 系统方案

2.1 系统方案设计

本系统的方案主要是以Cortex处理器为核心，外接指纹采集模块、红外传感器模块、LED显示模块以及直流电机模块，构成了本系统的工作硬件。

图2.1 系统方案框图

方案进行步骤：

1、行人通过第一排红外传感器，指纹采集识别模块进入系统初始化模式。

2、指纹采集传感器采集指纹并进行匹配后返回一个参数给电机驱动电路（如果识别成功了，电机被驱动，识别不成功，电机不工作）。

3、驱动电路配置直流电机电源、步数等参数并进行驱动。

4、行人通过门禁系统后触发另一排红外传感器，红外传感器接收到信息后返回参数，驱动电机驱动电路做反向运转，模拟门禁系统的闭合。

2.2 微型控制器的选择

目前我们通常用到的微型处理器主要有51/52单片机，MSP430，STM32等，其中51系列的单片机，价格比较便宜，容易上手，但是功能受限较大，容易被解密。MSP430为16位单片机，功耗低。STM32是32位的，性能更加优秀，本次毕设选用的是STM32。

2.2.1 STM32F103性能特点介绍

STM32系列芯片一共有三种容量的内存，分别是：16K和32K的小容量内存，64K和128K的中等容量内存，256K、384K和512K的大容量内存。STM32微处理器在整个ARM家族中属于中低档的层次，Cortex-M3是它的内核，其速度比ARM7更快，且功耗更低，集成度更高。其内核采用哈佛结构，表现出更为优异的性能，其采用先进的工艺，使得中断性能大幅提升，且其内部芯片性能达1.2DMIPS/MHZ并且同时能够达到100MHz的时钟频率。

STM32F103作为ST旗下的一款增强型系列微控制处理器，应用于我们日常生活的方方面面：医疗设备、GPS导航系统、军用电子、变频器、电机驱动、打印扫描仪、传真机、预警、报警系统、智能家居系统、游戏外设等。

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