论文总字数：40444字

目 录

1 系统方案 3

1.1 系统设计背景及意义 3

1.2 方案论证 3

1.3 光学指纹模块原理 4

1.4 总体方案设计 5

2 硬件设计 6

2.1 主从机最小系统 6

2.2 FM-70光学指纹模块 6

2.3 蓝牙模块 8

2.3.1 HC-05主机蓝牙模块 8

2.3.2 HC-06从机蓝牙模块 9

2.4 步进电机28BYJ48 10

2.5 存储芯片AT24C02 11

2.6 矩阵键盘 12

2.7 液晶LCD12864 12

3 软件设计 14

3.1 软件流程图 14

3.2 主机部分程序 15

3.3 从机部分程序 17

4 系统调试 18

4.1 软硬件调试 18

4.2 功能调试 19

5 总结 21

参考文献 22

致谢 23

附录1：电路连接图 24

附录2：程序主函数 25

基于MSP430的指纹门禁系统

侯永杭

, China

Abstract: Due to the low cost and high stability, optical fingerprint recognition is widely used in attendance and entrance guard system. Optical fingerprint recognition has a high practical and research value. This graduation design is based on MSP430F169 minimum system. Through the FM-70 optical fingerprint recognition module, we realize the function of input and recognition of fingerprint. Through the matrix keyboard, we are able to enter the administrator mode by inputting the password correctly. It is convenient to add or delete fingerprints. We can open the door directly when we are in the administrator mode, in the meantime, we can also modify the administrator password which is stored in AT24C02. If the fingerprint or administrator password is wrong, the buzzer will alarm, otherwise, we will use HC-05 Bluetooth to communicate with STC89C52. If the password is right, the microprocessor will rotate a stepping motor to open the door. After entering the door, you can close the door by operating a key.

Key words: MSP430F169; HC-05 Bluetooth module; FM-70 optical fingerprint module; AT24C02;Stepping motor

1 系统方案

1.1 系统设计背景及意义

人的身体具有不可复制的特点。每一个人都有独一无二的身体特征。因此，通过识别不同的人体特征来确定个人的身份信息非常安全而且具有隐蔽性。于是在门禁、保险部门以及国家部门都希望使用这种非常方便的措施来保障安全^[1]。越来越多的人开始研究生物识别技术。由于所有人的体貌特征不尽相同，因此识别身体特征的技术得以大力发展。从门禁和手机中的光电指纹识别，微软系列手机的眼睛虹膜识别，微信软件中的声音解锁，再到阿里巴巴的支付宝中的面部识别。这些都说明，安全在我们的日常生活中担任着极其重要的角色。而个人身份的识别技术便具有越来越广泛的应用^[2]。这些技术基本上都是采集个人的图像信息，然后通过图像处理技术，建立特征代码，设计算法，从而区分个人特征。本毕业设计便研究光学指纹模块在门禁中的应用^[3]。

指纹是人们手指上的纹路，我们生来就具有各自不同的指纹。没有人的指纹是相同的。指纹的获取和识别由来已久。通过墨水涂满手指，然后按在白纸上，便可以非常方便快捷地采集到每个人的指纹。而通过指纹的比对就可以认定该指纹^[4]。到了21世纪，光电子学和生物技术的飞速发展，催生了更加先进的指纹获取方法，而且指纹的存储和识别技术得到了进一步强化。美国联邦调查局采集的几乎全美国公民的指纹数据，这对于刑事案件的侦破带来了极大的便利。如今，指纹识别鉴定部门和犯罪分子的指纹数据库在全世界建立起来，极大的方便了查询和识别指纹的效率。这些都使得指纹识别成为在公安司法机构所采用的有效身份鉴别手段。公安人员可以通过指纹的特征作为认定作案分子的强有力证据^[5]。

随着微电子和可靠性算法的研究，光学指纹识别技术得以进一步发展。指纹识别仪采集到的指纹图像很小，但是其中蕴含的数据量比较大，所有在算法中需要运算的数据量很大，所以我们如果要把指纹识别技术推广到生活的各个领域必须建立微小的设备来读取指纹图像，同时设计大容量数据来提高指纹对比效率和匹配算法的真实性^[6]。互联网大数据的飞速发展为指纹识别提供了更加精准的算法和更有效的识别模式，指纹识别的速度和准度得以提高，大大提高了指纹识别在日常生活中的应用。

本毕业设计通过使用MSP430单片机和FM-70光学指纹识别模块作为门禁的主控部分，实现指纹识别的功能，把课程所学的知识和实际应用联系在一起，起到活学活用的效果。

1.2 方案论证

在个人信息安全和保密工作中，指纹识别起到了巨大作用。现在获取指纹图像的技术主要分下面四种：光学技术、温差感应技术、硅感技术和超声波技术。

方案一、光学技术应用最为广泛，将光投到手指上，然后穿过棱镜，在接收端产生黑白相间的数字化图像，手指脊线会呈黑色，手指谷线会呈白色，得到的图像便可以被设备接收并处理。潜在指纹和手指表面的洁净程度将在一定程度影响识别效果，光学传感器体积比较大，但成本很低，具有一定优势。在考勤机、门禁系统应用广泛^[7]。

方案二、温差感应式技术的原理是根据手指在按压时，由于谷线和脊线的缝隙在接收端产生了不同的温度差这种情况设计而成。该技术受制于手指表面温度限制，在温度差别不大时会有较大的误判，优点是识别所需时间短。目前滑动式指纹识别采用该技术。

方案三、硅感技术最近几年迅速发展成熟，该技术利用硅电容效应，即手机的脊线和谷线在平面硅传感器上接触并形成电压差，信号可以直达皮肤真皮层。该技术安全性较高，成像质量好，但技术含量高，目前只有极少数公司具备制作该传感器的能力，技术受制造工艺等限制。该传感器也会受到指纹表面静电干扰，影响实际识别效果。

方案四、当超声波穿过不同电导率材料时，会在接收到收到大小不同的回波。超声波识别技术即利用该原理制作而成。由于空气和皮肤阻抗不同，超声波发射到手指上，反射回来的超声波便不同，由此便可以区别手指脊线和谷线的不同位置。超声波对手指和采集面的洁净程度要求不高，但采集时间会较前者有所延长，而且制作成本比较高。目前使用很少。

通过成本，成熟性等因素综合考虑，温差式感应识别技术现在已经不是科技发展的趋势，而电容和超声波识别技术门槛都比较高，光学识别发展比较成熟，识别方案效果理想，各项模块性能也比较稳定，而且价格比较低，故决定使用光学指纹识别模块作为门禁系统的指纹识别部分。

1.3 光学指纹模块原理

指纹指的是手指表面凹凸不平的纹路。为了准确地识别指纹，我们希望获得的是白黑相间的二值灰度图像。在过去的时候，采集指纹时常采用按压式，这种采集方式往往会因纸张油墨等外界因素的变化使获得的图像产生一定的形变，从而对指纹识别造成一定的误差。此外，即使我们采用最新的扫描仪或摄像机来采集指纹，在拍摄时不同的光照和人为因素的影响，也会给指纹图像带来不确定的误差。这些因素无法避免，所以无法直接使用灰度图像来匹配识别指纹^[8]。因此，我们必须通过比较指纹特征来识别指纹，提高系统的可行性和可靠性。

常见的有2种特征：

（1）全局特征。在全局纹路结构中找到特征点，并利用计算机处理^[9]。

（2）局部特征。最常采用的局部特征是断点和分叉，利用细节-坐标模型，通过采集到的指纹图像中的细节点和坐标以及其他等特征来描述指纹。当指纹现场比较模糊时，这种方式的优点便体现出来，我们可以仅仅根据细节特征点来识别指纹^[10]。这些特征点有端点、三角点、分差点和环等。局部特征总计约150多种。假如同时提取并且区别他们，数据量和算法的压力很大，所以我们便只提取其中的两种主要特征，分别是断点和分叉点^[11]。其他的特征都可以基于这两种细节特征点的排列组合来表示。这样便极大的减小了数据吞吐量，使得提取指纹特征并匹配识别的速度得到极大提升，可以方便快捷地实现指纹识别的功能^[12]。

1.4 总体方案设计

毕业设计系统的总体分为两个部分，分别为主机指纹识别系统和从机门禁电机驱动系统。两个部分单独供电，单独工作，各部分功能互不影响，便于分开进行调试。

（1）主机部分

主机指纹识别部分主控芯片为MSP430F169，FM-70光学指纹模块作为指纹采集端，采用绿光作为光源，4*4矩阵键盘为人机交互通道，便于在紧急情况进入管理员模式。LCD12864作为当前的系统状态显示，HC-05蓝牙主机模块作为和从机的信号串口传输通道。如下图1.1所示，主机部分系统框图由六部分组成。

图1.1 主机部分系统框图

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