【基于物聯(lián)網(wǎng)的智能門禁管理系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計（論文）6100字】

第第IV頁基于物聯(lián)網(wǎng)的智能門禁管理系統(tǒng)開發(fā)與設(shè)計摘要隨著物聯(lián)網(wǎng)在我國各行各業(yè)的高速發(fā)展，生活中大部分的實物都開始運用到了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。由于人們生活水平日漸提高，對于安全方面的需求就會越來越高，生活中的安全方面還是有很多值得大家留心注意的，與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合的門禁系統(tǒng)就會為人們提供簡便安全的門鎖。本設(shè)計的主要目的是指紋識別的門禁系統(tǒng)，由單片機、按鍵、蜂鳴器、指紋模塊組成的系統(tǒng)。通過指紋模塊注冊指紋到系統(tǒng)中，使用按鍵板顯示屏?xí)邢鄳?yīng)的操作，設(shè)置密碼，儲存指紋，清除指紋，通過藍牙傳到手機上，可以用手機端來解鎖門禁鎖。通過每人獨有指紋來提高門禁的安全性。關(guān)鍵詞：安全門禁系統(tǒng)，液晶，指紋門禁，單片機目錄TOC\o"1-3"\h\u1緒論 11.1研究的背景和意義 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3本設(shè)計主要工作 12相關(guān)技術(shù)介紹 32.1ProteusISIS介紹 32.2C語言介紹 32.3JAVA語言介紹 32.4DPS介紹 33系統(tǒng)的需求分析和設(shè)計 43.1設(shè)計目標 43.2設(shè)計可行性分析 43.3功能需求概述 43.4設(shè)計規(guī)則概述 53.5系統(tǒng)功能性需求分析 54系統(tǒng)的組成 64.1工作條件 64.2系統(tǒng)硬件組成 64.2.1萬用板 64.2.2LCD12864顯示屏 74.2.3蜂鳴器 74.2.4存儲芯片24C02 84.2.5STC89C52RC 84.2.6JDY-31藍牙模塊 94.2.7按鍵104.3系統(tǒng)軟件模塊組成 105系統(tǒng)的功能與設(shè)計 125.1系統(tǒng)的主要功能125.2系統(tǒng)功能模塊設(shè)計 125.2.1指紋注冊 125.2.2指紋清除 135.2.3單片機程序 145.2.4液晶顯示屏程序156系統(tǒng)的實現(xiàn) 176.1實現(xiàn)結(jié)果 176.1.1手機端APP實現(xiàn)結(jié)果 176.1.2硬件實物連線結(jié)果 176.2程序源代碼 186.2.1指紋識別源碼186.2.2刪除指紋源碼196.2.3修改密碼源碼216.2.4串口接收中斷源碼227系統(tǒng)測試 247.1測試方法247.2測試用例247.2.1指紋注冊測試 247.2.2指紋清除測試 247.2.3修改密碼測試 257.2.4手機APP測試 257.3測試結(jié)果分析25結(jié)論 26參考文獻 28附錄A:認識各種元器件 291緒論1.1研究的背景及意義隨著科技的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，人們的收入水平逐漸提高，生活質(zhì)量也開始越來越受到影響。人們開始考慮各種安全的問題，與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的先進門禁系統(tǒng)為人們提供了更加安全的門鎖。指紋識別是目前各個場所運用到最多的門禁系統(tǒng)。作為一種新型的、現(xiàn)代化的安全系統(tǒng)，把自動識別技術(shù)運用到了門禁系統(tǒng)中。在全國GDP、科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的現(xiàn)代社會，主要管理的地方主要有出入?yún)^(qū)、設(shè)備管理控制中心、財務(wù)處等，這些地方都是需要加強保護措施的，所以需要開發(fā)出與他相對應(yīng)的智能門禁系統(tǒng)，用來識別出入人員的身份，對出口入口進行控制。目前我國門禁系統(tǒng)已經(jīng)大量應(yīng)用到了小區(qū)、公司、庫房、等需要安全保護的方面。但是更加安全先進的門禁系統(tǒng)還在大力研發(fā)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，我國對門禁系統(tǒng)的研究已經(jīng)從認識了解和試驗階段進入到了深入研發(fā)階段，但是在門禁系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)過程中還有以下幾點不足的地方，主要表現(xiàn)為:

(1)用外來研發(fā)的集成模塊；模仿制造國外已經(jīng)有的系統(tǒng)；

(3)產(chǎn)品單一、開發(fā)成本較高。

目前，隨著國內(nèi)外科學(xué)技術(shù)市場不斷發(fā)展變化，競爭也越來越激烈，對于門禁市場及技術(shù)發(fā)展已呈多樣化、集成化的發(fā)展趨勢，對于門禁系統(tǒng)的應(yīng)用來說已不再是一個單一的功能了，門禁技術(shù)也需要適應(yīng)市場需求得到進步、創(chuàng)新。

生物識別技術(shù)的主要應(yīng)用于門禁系統(tǒng)和考勤，有人臉識別、指紋識別、虹膜識別、掌形識別以及最新的DNA識別。人體固定的是有且僅有獨一份的，這種生物密鑰是無法復(fù)制、失竊或被遺忘，利用生物識別技術(shù)進行身份認定，是一種安全、可靠、準確的門禁解決方案。1.3本設(shè)計主要工作為了做好本次設(shè)計，需要進行查閱大量的相關(guān)資料，進行市場調(diào)查研究，數(shù)據(jù)采集，主要還是針對智能門禁系統(tǒng)的發(fā)展以及設(shè)計簡單的實物。通過查找資料來確定本次設(shè)計需要用到的硬件模塊有電源開關(guān)、復(fù)位按鍵、顯示屏、蜂鳴器、指紋模塊、藍牙模塊等，開發(fā)環(huán)境有Windows系統(tǒng)下的Eclipse。Eclipse是基于JAVA和C語言編程的軟件。本設(shè)計以單片機、液晶屏、按鍵、蜂鳴器、指紋模塊、藍牙、銅板等主要元件組成的指紋門禁系統(tǒng)。通過指紋模塊將指紋錄入到系統(tǒng)中并在液晶屏上顯示相應(yīng)的操作指示，如注冊指紋、清空指紋、設(shè)置密碼、密碼修改等操作。將手機藍牙與設(shè)備相連接可以在APP上進行密碼開鎖。2相關(guān)技術(shù)介紹2.1ProteusISIS介紹本畢業(yè)設(shè)計最重要的就是電路板的制作與調(diào)試，ProteusISIS是一個把實物的仿真和電路分析結(jié)合在一起的軟件。具有仿真、分析各種模擬器件和集成電路的功能。它有著非常強勢的繪畫制作原理圖的功能，還能把單片機的仿真和SPICE的電路仿真結(jié)合到一起，還有提供軟件的調(diào)試功能，支持主要單片機系統(tǒng)來進行仿真。Proteus軟件主要由兩部分構(gòu)成，ARES和ISIS。其中ARES軟件是用來繪制PCB布線的，ISIS是一個可以智能輸入原理圖的系統(tǒng)，是一個可以實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計和仿真的平臺。這個軟件是把電路仿真軟件、虛擬模型仿真軟件和PCB設(shè)計軟件合為一體的設(shè)計平臺。2.2C語言介紹C語言是一門面向過程、抽象化的通用程序設(shè)計語言，現(xiàn)在的C語言被廣泛的應(yīng)用和開發(fā)。C語言是所有計算機語言的基礎(chǔ)，一般只要完全掌握C語言就可以看懂很多其他語言。C語言是唯一一個使用少量的機器語言以及不需要任何運行環(huán)境支持便能運行的高效率程序設(shè)計語言。2.3JAVA語言介紹Java是一種簡單的，跨平臺的，面向?qū)ο蟮?，分布式的，解釋的，健壯的安全的，結(jié)構(gòu)的中立的，可移植的，性能很優(yōu)異的多線程的，動態(tài)的語言。2.4DPS介紹DPS將數(shù)值計算、統(tǒng)計分析、模型模擬以及畫線制表等功能融為一體。因此，DPS系統(tǒng)主要是作為數(shù)據(jù)處理和分析工具而面向廣大用戶。DPS系統(tǒng)兼有如Excel等流行電子表格軟件系統(tǒng)和若干專業(yè)統(tǒng)計分析軟件系統(tǒng)的功能。與流行的電子表格系統(tǒng)比較，DPS平臺具有強大得多的統(tǒng)計分析和數(shù)學(xué)模型模擬分析功能。3系統(tǒng)的需求分析和設(shè)計3.1設(shè)計目標此設(shè)計的主要目的是：實現(xiàn)對出入人員身份檢測；實現(xiàn)對安全的保護措施；實現(xiàn)更智能的門禁；實現(xiàn)手機短的便捷操作；3.2設(shè)計可行性分析隨著5G時代的到來，互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能也在飛速的發(fā)展和創(chuàng)新。我國現(xiàn)階段的目標就是要減少勞動力，將人工智能發(fā)展到各個行業(yè)，甚至是每家每戶，實現(xiàn)智慧型城市。例如現(xiàn)在的一線城市北京、上海、廣州、深圳等都已經(jīng)基本實現(xiàn)城市的智能化，有無人酒店、無人超市等，幾乎家里都會有智能家居，指紋門鎖。其中最常應(yīng)用到的是指紋門鎖，它關(guān)乎著所有家庭，行業(yè)的安全問題，最受到人們的重視。指紋門鎖取代了傳統(tǒng)的鑰匙，使用時只需要將手指接觸到采集面上，并與指紋庫里的指紋相對應(yīng)就可以輕松地打開門鎖，還可以自己設(shè)置密碼，像是冬天指紋采集不清時也可以用密碼來打開門鎖，就不用擔(dān)心自己沒帶鑰匙該怎么辦了。目前我國對于指紋門鎖的技術(shù)已經(jīng)非常的成熟了，并且應(yīng)用范圍十分廣泛，像是居民樓、辦公室、學(xué)校、保險箱等需要安全保護的場所。3.3功能需求概述本設(shè)計的系統(tǒng)是指紋模塊與藍牙模塊與單片機雙串口相連接，根據(jù)液晶顯示屏的指示，使用矩陣按鍵板完成注冊指紋，清除指紋，設(shè)置密碼，修改密碼等功能，通過藍牙模塊與手機端APP相連接，在手機上完成密碼開鎖功能。通過這些功能來完成本設(shè)計的目的。3.4設(shè)計規(guī)則概述在完成本設(shè)計的一些基本功能上，盡可能的簡便，降低成本，在保證指紋模塊、藍牙模塊、單片機能正常并且有效的工作；保證程序的正常燒寫與錄入；保證可以廣泛應(yīng)用即可。3.5系統(tǒng)功能性需求分析指紋傳感器采集指紋獲得數(shù)據(jù)，并與指紋庫里的指紋進行匹配，通過信號燈與蜂鳴器顯示結(jié)果，通過藍牙模塊與手機端連接，通過手機上的數(shù)據(jù)信息進行智能門禁的開鎖。4系統(tǒng)的組成4.1工作條件1）操作系統(tǒng)：Windows操作系統(tǒng)2）連接設(shè)備：藍牙3）開發(fā)環(huán)境：Eclipse、Keil4）硬件設(shè)備：萬用板、液晶顯示屏、蜂鳴器、存儲芯片、單片機、指紋模塊、按鍵等5）軟件設(shè)備：PC端、手機端6）開發(fā)語言：JAVA、C語言4.2系統(tǒng)硬件組成硬件模塊整體組成：手機APP手機APP指紋模塊STC89C52RC存儲芯片24C02按鍵蜂鳴器LCD12864顯示屏LCD12864顯示屏LCD12864顯示屏萬用板藍牙模塊指紋模塊STC89C52RC存儲芯片24C02按鍵蜂鳴器LCD12864顯示屏LCD12864顯示屏LCD12864顯示屏萬用板藍牙模塊圖4.1硬件模塊組成4.2.1萬用板萬用板是一種按照標準IC間距、全是焊盤繪制路線、可按自已的想法插裝元器件及連線的印制電路板。與專業(yè)的PCB制版相比較的話，萬用板（全是洞洞）板具有以下優(yōu)勢：操作簡便，成本價格低，方便擴展。萬用板在本設(shè)計重視最基本的也是最不可缺少的。4.2.2LCD12864顯示屏12864C-1是利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示8×4行16×16點陣的漢字，也可完成圖形顯示低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。本設(shè)計中LCD12864顯示屏主要是用來顯示操作指令。下面是引腳功能的介紹表：表4.1引腳介紹表管腳號名稱LEVEL功能1VSS0V電源地2VDD+5V電源正（3.0V--5.5V）3V0-對比度（亮度）調(diào)整4CSH/L模組片選端，高電平有效5SIDH/L串行數(shù)據(jù)輸入端6CLKH/L串行同步時鐘：上升沿時讀取SID數(shù)據(jù)15PSBLL：串口方式17/RESETH/L復(fù)位端，低電平有效19AVDD背光源電壓+5V20KVSS背光源負端0V4.2.3蜂鳴器蜂鳴器是一種電子信息報警器，是一體化的結(jié)構(gòu)。它采用的是直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算機、打印機、復(fù)印機、各類電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中作為發(fā)聲器件。在本設(shè)計中，蜂鳴器主要是用于提醒指紋與數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)不匹配或者是輸入錯誤密碼，是一種警報的功能。圖4.2蜂鳴器驅(qū)動電路4.2.4存儲芯片24C02AT24C01/02/04/08/16是低工作電壓的1K/2K/4K/8K/16K位串行電可擦除只讀存儲器，內(nèi)部組織為128/256/512/1024/2048個字節(jié)，每個字節(jié)8位，該芯片被廣泛應(yīng)用于低電壓及低功耗的工商業(yè)領(lǐng)域。在本設(shè)計中芯片的主要功能是存儲數(shù)據(jù)，式指紋錄入到系統(tǒng)中會被存儲記住。表4.2存儲芯片24C02引腳介紹表引腳名稱引腳功能A0-A2器件地址輸入SDA串行數(shù)據(jù)輸入輸出SCL串行時鐘輸入WP寫保護VCC電源GND地4.2.5STC89C52RCSTC89C52RC單片機是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可以任意選擇。在本設(shè)計中單片機是連接指紋模塊藍牙模塊與PC端程序存儲，數(shù)據(jù)存儲的重要硬件之一。圖4.3STC89C52RC引腳圖4.2.6JDY-31藍牙模塊JDY-31藍牙是在藍牙3.0SPP基礎(chǔ)上優(yōu)化的設(shè)計，這樣可以支持Windows、Linux、android等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)透傳，工作頻段一般是2.4GHZ，調(diào)制方式GFSK，最大發(fā)射功率8db，最遠發(fā)射距離有30米之遠，支持用戶通過AT命令修改設(shè)備名、波特率等各項指令，方便快捷使用靈活。JDY-31為經(jīng)典藍牙協(xié)議、可以與支持藍牙的電腦（臺式、筆記本）、手機（android）等各種電子設(shè)備通信。表4.3JDY-31藍牙模塊引腳介紹表引腳名稱引腳功能STATE連接狀態(tài)引腳（未連接低電平，連接后高電平）RXD串口輸入引腳（TTL電平）TXD串口輸出引腳（TTL電平GND電源地VCC電源（支持3.6-6V）EN空4.2.7按鍵通常的按鍵所用開關(guān)為機械彈性開關(guān)，當(dāng)機械觸點斷開、閉合時，由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關(guān)在閉合時不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時也不會一下子斷開。因而在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，為了不產(chǎn)生這種現(xiàn)象而作的措施就是按鍵消抖。

抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為5ms～10ms。這是一個很重要的時間參數(shù)，在很多場合都要用到。按鍵穩(wěn)定閉合時間的長短則是由操作人員的按鍵動作決定的，一般為零點幾秒至數(shù)秒。鍵抖動會引起一次按鍵被誤讀多次。為確保CPU對鍵的一次閉合僅作一次處理，必須去除鍵抖動。在鍵閉合穩(wěn)定時讀取鍵的狀態(tài)，并且必須判別到鍵釋放穩(wěn)定后再作處理。

4.3系統(tǒng)軟件模塊組成系統(tǒng)軟件部分包括手機端APP的設(shè)計和硬件程序代碼的設(shè)計，當(dāng)系統(tǒng)上電之后，指紋模塊通過采集指紋數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)存儲到系統(tǒng)中，然后根據(jù)算法將收集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成需要的數(shù)據(jù)。通過藍牙連接到手機端APP，手機將會顯示按鍵，輸入正確密碼即可打開門鎖4.7手機端流程圖5系統(tǒng)的功能與設(shè)計5.1系統(tǒng)的主要功能指紋門禁系統(tǒng)分為四個部分，指紋注冊，指紋清除，單片機程序，液晶顯示屏程序設(shè)計等功能模塊。通過四個功能模塊共同實現(xiàn)系統(tǒng)的功能和設(shè)計。圖5.1指紋門禁系統(tǒng)功能模塊圖5.2系統(tǒng)功能模塊設(shè)計5.2.1指紋注冊當(dāng)新用戶需要注冊指紋時，只要將手指放到在指紋模塊上，就會獲得指紋圖像的采集，生成一個指紋模板，然后通過存儲芯片儲存到系統(tǒng)中。這樣一個新的指紋就注冊成功了。圖5.2指紋注冊5.2.2指紋清除當(dāng)用戶需要清除指紋時，通過液晶顯示屏的指示用按鍵來操作，清除系統(tǒng)中指定清除的指紋，當(dāng)蜂鳴器梁旭響兩聲，就證明指定的指紋被清除了。圖5.3指紋清除5.2.3單片機程序本設(shè)計采用的是STC89C52單片機，單片機的主要功能是完成上位機與下位機、各個模塊的通信，根據(jù)模塊的指令來發(fā)送命令，得到識別結(jié)果后，根據(jù)結(jié)果控制液晶顯示屏、蜂鳴器、電子鎖。圖5.4單片機程序5.2.4液晶顯示屏程序本設(shè)計使用的是LCD12864顯示屏，用戶根據(jù)操作說明的指令系統(tǒng)，給模塊發(fā)送指令，系統(tǒng)來完成相對應(yīng)的功能。因為顯示屏模塊自帶文字庫，不需要用戶自己去定義。圖5.5液晶顯示屏程序6系統(tǒng)的實現(xiàn)6.1實現(xiàn)結(jié)果6.1.1手機端APP實現(xiàn)結(jié)果圖6.1手機APP界面6.1.2硬件實物連線結(jié)果圖6.2實物圖6.2程序源代碼6.2.1指紋識別源碼指紋識別主要是用戶將指紋放到指紋模塊上，與指紋庫進行對比，如果不能匹配則將返回輸入指紋界面。6.2.2刪除指紋源碼刪除一個指紋先輸入刪除的指紋編號，然后系統(tǒng)會將存儲的信息清空，指紋就從存儲系統(tǒng)中刪除了。6.2.3修改密碼源碼輸入當(dāng)前的密碼，然后再將新密碼連續(xù)輸入兩次，若兩次密碼匹配則修改成功，若兩次密碼不同則修改失敗。6.2.4串口接收中斷源碼單片機用到了雙串口來控制指紋模塊與電子鎖模塊，當(dāng)雙串口與外部有鏈接時，是無法燒寫程序的，需要將串口中斷。7系統(tǒng)測試7.1測試方法首先對指紋模塊、藍牙模塊、電子鎖分別進行測試，將指紋模塊、電子鎖與單片機連接好，然后通電將代碼燒寫進程序，通過顯示屏確認接線是否正確，數(shù)據(jù)信息是否準確，當(dāng)所有模塊測試完畢，進行統(tǒng)一測試。7.2測試用例7.2.1指紋注冊測試當(dāng)有新用戶需要注冊一個指紋時，液晶顯示屏?xí)@示指紋注冊，將要注冊的手指放到指紋模塊上，等待幾秒鐘，當(dāng)蜂鳴器響起液晶顯示屏?xí)霈F(xiàn)注冊成功的字樣。圖7.1指紋注冊7.2.2指紋清除測