頁共32頁1緒論1.1研究背景及意義從原始社會(huì)到封建社會(huì)再到現(xiàn)代社會(huì)，人們對(duì)生活的要求從解決溫飽問題轉(zhuǎn)變到了生活好不好的問題，在公共場(chǎng)所人們對(duì)于私人物品的保管設(shè)備的要求也越來越高。目前市面上使用的儲(chǔ)物柜大多還停留在原始方法中，比如說使用鑰匙的儲(chǔ)物柜，不知道有多少人因?yàn)閬G失儲(chǔ)物柜的鑰匙而煩惱焦急。當(dāng)人們存好貴重物品后，總有一些不法分子會(huì)通過“萬用鑰匙”將儲(chǔ)物柜打開偷走里面的東西。又比如說隨機(jī)密碼儲(chǔ)物柜，當(dāng)用戶使用時(shí)，忘記密碼是常有的事，太簡(jiǎn)單的密碼容易被有心之人破譯，太復(fù)雜的密碼又會(huì)讓人轉(zhuǎn)頭就忘記，忘記密碼的后果就是在儲(chǔ)物柜前焦慮的嘗試各種密碼，最后還是灰溜溜的呼叫儲(chǔ)物柜管理員來解決問題。以上兩種傳統(tǒng)儲(chǔ)物柜在使用時(shí)具有操作比較復(fù)雜、安全性差、不利于管理等缺點(diǎn)。超市一直以來都是人流量比較大的一個(gè)場(chǎng)所，隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，對(duì)于客戶的私人物品的保管方式也在不停的發(fā)生變化，從以前的人工看管，到出現(xiàn)隨機(jī)密碼儲(chǔ)物柜，再到出現(xiàn)掃描條形碼或二維碼的儲(chǔ)物柜。由于紙質(zhì)的條形碼容易被毀壞和丟失，而且老式儲(chǔ)物柜系統(tǒng)內(nèi)的單片機(jī)型號(hào)比較老舊，其控制性和靈敏度大大下降，在穩(wěn)定性和功能性也不如其它的電子儲(chǔ)物柜，也會(huì)受到外界的干擾，使得條形碼不易掃描成功，所以客戶在使用時(shí)有不便的地方，并且每天需要的紙張量很大，有些不文明的客戶會(huì)隨地丟棄紙質(zhì)條形碼，這很容易引起資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。為了避免以上情況的發(fā)生，本設(shè)計(jì)是將指紋識(shí)別技術(shù)融入到儲(chǔ)物柜中，這樣不僅方便了用戶的使用，還節(jié)約了成本。因此，設(shè)計(jì)了擁有指紋識(shí)別技術(shù)的超市儲(chǔ)物柜系統(tǒng)，就這樣完成了從傳統(tǒng)儲(chǔ)物柜系統(tǒng)到智能儲(chǔ)物柜系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，與其它儲(chǔ)物柜相比，它擁有高安全性，高穩(wěn)定性，高靈活性，低成本等特點(diǎn)，是能夠滿足用戶所需要的佳品。從另一方面講，對(duì)指紋的應(yīng)用還可以出現(xiàn)在其它的方面，比如說：智能家居的門鎖、手機(jī)的移動(dòng)支付、打卡工具等，對(duì)于用戶來說，在傳統(tǒng)儲(chǔ)物柜功能中添加了指紋識(shí)別技術(shù)不僅節(jié)約了輸入密碼的時(shí)間，還避免了忘記密碼時(shí)的窘迫。指紋識(shí)別技術(shù)是現(xiàn)在中國(guó)生物識(shí)別技術(shù)市場(chǎng)中，應(yīng)用最成熟，最廣泛REF_Ref24543\r\h[6]的技術(shù)。在信息安全領(lǐng)域，推廣基于人體生物特征識(shí)別認(rèn)證的主要原因是密碼認(rèn)證的不安全性和可破譯性，所以使用人體生物特征認(rèn)證來代替?zhèn)鹘y(tǒng)密碼認(rèn)證的結(jié)果是大勢(shì)所趨，指紋解鎖更適合作為儲(chǔ)物柜防盜方式REF_Ref24543\r\h[6]。1.2指紋識(shí)別技術(shù)1.2.1指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展優(yōu)勢(shì)指紋識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用范圍很廣，因?yàn)閆FM-60的指紋識(shí)別模塊能夠全面覆蓋授權(quán)、管理開關(guān)控制等場(chǎng)景，所以它可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的IC卡、密碼輸入以及硬件開關(guān)等。指紋識(shí)別技術(shù)是一種基于被檢測(cè)對(duì)象的指紋生物特征進(jìn)行身份識(shí)別的生物識(shí)別技術(shù)。在近些年，由于現(xiàn)在的人們生活水平的提高，對(duì)高質(zhì)量生活和對(duì)生活高效性的追求，使得指紋識(shí)別技術(shù)的發(fā)展迅速，在各種場(chǎng)景下得以使用。指紋識(shí)別的流程主要是：圖像采取、特征提取、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和對(duì)比匹配四個(gè)環(huán)節(jié)。獨(dú)特性、可靠性、高效性、低成本是指紋識(shí)別技術(shù)的四個(gè)重要優(yōu)勢(shì)。1.指紋具有特殊唯一性，世界上每個(gè)人的每一根手指上的指紋都有著不同的特征的，沒有一個(gè)指紋是完全相同的，指紋具有超高復(fù)雜度，具備每個(gè)人都擁有完全不重復(fù)的生物特征，2.指紋識(shí)別具有優(yōu)良的可靠性，只需登記收錄住夠體量的指紋數(shù)據(jù)，就可以高效而準(zhǔn)確的檢測(cè)識(shí)別出被檢測(cè)對(duì)象，3.指紋識(shí)別具有高效性，當(dāng)被收錄數(shù)據(jù)庫(kù)樣本體量住夠龐大時(shí)，任何一個(gè)人都只需要輕輕一按，即可在毫秒間檢測(cè)出被檢測(cè)人身份信息，4.指紋識(shí)別具備隱秘安全性，指紋識(shí)別的過程省去了輸入密碼這個(gè)繁瑣的過程，很好的實(shí)現(xiàn)了防窺效果。1.2.2指紋識(shí)別技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀自唐朝以來，我國(guó)在身份確認(rèn)、簽訂契約、斷案當(dāng)中就運(yùn)用到了指紋。在2024年自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)的全球市場(chǎng)規(guī)模為11.71億美元，預(yù)計(jì)在2029年全球市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到41.35億美元。當(dāng)前，指紋技術(shù)的研發(fā)得到突破性發(fā)展，其市場(chǎng)規(guī)模也得到了增長(zhǎng)，隨著智能手機(jī)迭代、智能家居爆發(fā)、金融支付爆發(fā)，指紋識(shí)別的應(yīng)用領(lǐng)域也在逐漸擴(kuò)大，光學(xué)式技術(shù)主要應(yīng)用在中低端手機(jī)和智能門鎖；超聲波式技術(shù)主要應(yīng)用在高端手機(jī)和金融支付終端；半導(dǎo)體電容式技術(shù)主要應(yīng)用在車載系統(tǒng)和工業(yè)控制。國(guó)家政策的支持是企業(yè)加快指紋技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力，《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確提出兩大目標(biāo)：在技術(shù)方面，實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別錯(cuò)誤率低于0.001%；在應(yīng)用方面，指紋識(shí)別技術(shù)在智慧城市建設(shè)中的滲透率超85%。指紋識(shí)別技術(shù)趨勢(shì)：從單點(diǎn)識(shí)別到多維感知。全屏覆蓋：對(duì)比于2020年的20%屏幕區(qū)域識(shí)別，2025年量產(chǎn)的屏下指紋方案支持100%。3D生物識(shí)別：電容和超聲波融合方案實(shí)現(xiàn)真皮層特征提取，安全性提升了3個(gè)數(shù)量級(jí)。功耗優(yōu)化：新一代傳感器待機(jī)功耗相比較于傳統(tǒng)方案降至10-7A。軟件算法的突破，可以通過用戶行為學(xué)習(xí)，自動(dòng)優(yōu)化識(shí)別閾值，將誤識(shí)率降低82%，又可以多模態(tài)融合，通過指紋、靜脈和心率進(jìn)行復(fù)合認(rèn)證，此認(rèn)證方式已在金融領(lǐng)域試點(diǎn)。指紋應(yīng)用的新興場(chǎng)景有可穿戴設(shè)備和車載交互，柔性指紋傳感器在智能手表中的滲透率預(yù)計(jì)達(dá)到65%；方向盤集成式指紋模塊將在2026年量產(chǎn)車型中出現(xiàn)。2025年，指紋識(shí)別行業(yè)正站在技術(shù)革新與場(chǎng)景爆發(fā)的臨界點(diǎn)，隨著人工智能與物聯(lián)網(wǎng)的深度融合，指紋識(shí)別將持續(xù)創(chuàng)造新價(jià)值。1.3系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)基于超市儲(chǔ)物柜系統(tǒng)的操作比較簡(jiǎn)單，無需復(fù)雜的操作?？蛻敉ㄟ^按鍵進(jìn)入管理系統(tǒng)，使用指紋識(shí)別模塊錄入自己的指紋并綁定一個(gè)空的儲(chǔ)物柜，點(diǎn)擊確認(rèn)按鍵，這樣就可以用指紋打開儲(chǔ)物柜了。系統(tǒng)的功能模塊主要有指紋識(shí)別模塊、按鍵控制模塊以及液晶顯示模塊構(gòu)成。其中指紋識(shí)別模塊由ZFM-60的串口指紋識(shí)別模塊實(shí)現(xiàn)，采集和識(shí)別用戶的指紋；按鍵控制模塊由控制板上的矩陣鍵盤實(shí)現(xiàn)，用矩陣鍵盤上的按鍵發(fā)出接下來的指令和輸入密碼；液晶顯示模塊通過安裝LCD12864液晶顯示屏來顯示界面。該系統(tǒng)要完成的最關(guān)鍵技術(shù)在于指紋識(shí)別技術(shù)和儲(chǔ)物柜程序。

2系統(tǒng)硬件介紹2.1ZFM-60系列指紋識(shí)別模塊簡(jiǎn)介ZFM-60系列指紋識(shí)別模塊是一款集合了指紋采集、特征生成和比對(duì)功能的智能型模塊，在需要身份驗(yàn)證的重要場(chǎng)合中具有關(guān)鍵的作用。該模塊由高精度光學(xué)指紋采集頭、DSP芯片、CMOS芯片、穩(wěn)壓芯片、FLASH芯片等組成REF_Ref5220\r\h[18]。光學(xué)采集頭利用光的折射和反射原理收集指紋圖像；CMOS芯片負(fù)責(zé)將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并進(jìn)行初步處理，生成指紋特征；DSP芯片則對(duì)指紋特征進(jìn)一步分析運(yùn)算，完成指紋的特征提取、比對(duì)以及模板生成和存儲(chǔ)等關(guān)鍵任務(wù)。本次設(shè)計(jì)的指紋識(shí)別模塊里面所使用的DSP芯片為國(guó)產(chǎn)中低端型號(hào)AS608,加上外面的CMOS芯片。如圖2-1就可以看見指紋識(shí)別模塊實(shí)物圖。圖2-1AS608指紋識(shí)別模塊實(shí)物圖ZFM-60系列指紋識(shí)別模塊的特點(diǎn)見表2-1：表2-1指紋識(shí)別模塊特點(diǎn)序號(hào)特點(diǎn)1觸摸感應(yīng)智能化，工作耗能低，操作更方便。3指紋比對(duì)支持在±45°范圍內(nèi)比對(duì)。4反應(yīng)迅速，適合大部分人使用，可以根據(jù)不同的情況自動(dòng)調(diào)整參數(shù)。5采用特定的綠色光源，可以使得使用更長(zhǎng)。6符合國(guó)家安全防范系統(tǒng)產(chǎn)品的最高標(biāo)準(zhǔn)。7二次開發(fā)應(yīng)用起來簡(jiǎn)單。8可以靈活的設(shè)置安全等級(jí)。9應(yīng)用范圍廣。2.1.1指紋識(shí)別方式指紋識(shí)別技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式主要有兩種：一種是光學(xué)生物指紋識(shí)別技術(shù)，另一種是生物射頻指紋識(shí)別技術(shù)。2.1.2指紋識(shí)別原理因?yàn)槊總€(gè)人的手指的指紋都是各有其特征，所以通過指紋來驗(yàn)證身份是最合適不過的選擇。由于指紋大部分情況都是通過按壓的方式得到，所以手指是否干凈和手指按壓方式都會(huì)影響最后得到的指紋質(zhì)量。此外，掃描儀或者攝像機(jī)的工作環(huán)境和工作狀態(tài)都會(huì)對(duì)指紋圖像進(jìn)行數(shù)字化的過程產(chǎn)生干擾，外界的干擾因素會(huì)影響灰度圖像不能和指紋相配對(duì)，所以就需要找到合適的指紋特征來幫助指紋和圖像進(jìn)行匹配。如圖2-2所示的指紋基本圖案圖2-2指紋的基本紋路圖案細(xì)節(jié)特征點(diǎn)的類型,即端點(diǎn)或者分叉點(diǎn)，因?yàn)樘卣鼽c(diǎn)匹配是在模板特征與輸入特征之間進(jìn)行的,因此,需要分別建立模板點(diǎn)集與輸入點(diǎn)集,他們的指紋圖像采集、預(yù)處理以及特征提取過程完全一致,通常,將模板特征點(diǎn)存儲(chǔ),新獲取的輸入特征點(diǎn)與之相比對(duì),對(duì)指紋進(jìn)行識(shí)別REF_Ref368\r\h[3]。當(dāng)進(jìn)行指紋鑒定身份時(shí)，進(jìn)行指紋識(shí)別的信息就是指紋的細(xì)節(jié)特征，根據(jù)指紋的特征，如果2張指紋圖案有5個(gè)以上的特征點(diǎn)完全相同，基本上就可以認(rèn)為這2張指紋圖案是相同的指紋REF_Ref11137\r\h[16]。如圖2-3中所示的指紋特征。圖2-3指紋特征圖像光學(xué)生物指紋識(shí)別技術(shù)的原理是利用光學(xué)成像、特征提取、算法對(duì)比這三種方法實(shí)現(xiàn)的，利用光學(xué)傳感器發(fā)射的光線照射到指腹，通過反射、折射或透射光捕獲指紋的紋理圖像，之后便分析指紋的端點(diǎn)、分叉點(diǎn)、環(huán)等指紋特征進(jìn)行數(shù)字化，然后將它與預(yù)存的指紋模板進(jìn)行對(duì)比識(shí)別，實(shí)現(xiàn)身份驗(yàn)證。關(guān)鍵的硬件組件由光源、光學(xué)透鏡組、圖像傳感器、濾光層組成，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)是非接觸式采集，避免了物理磨損；支持活體檢測(cè)，防偽性較高；半導(dǎo)體膜技術(shù)可減少指紋的殘留干擾，提升圖像的清晰度。生物射頻指紋識(shí)別技術(shù)的原理是射頻信號(hào)發(fā)射與接收、信號(hào)處理與特征提取、動(dòng)態(tài)優(yōu)化與匹配這三種方式實(shí)現(xiàn)的，利用系統(tǒng)發(fā)射的微弱射頻信號(hào)穿透手指的表皮層到達(dá)真皮層，通過反射信號(hào)攜帶指紋的脊線與谷線結(jié)構(gòu)信息，當(dāng)傳感器接收到反射信號(hào)后，分析信號(hào)的強(qiáng)度和分布狀況，重建指紋的三維樣貌，提取其中的脊線、分叉點(diǎn)等指紋特征，然后根據(jù)信號(hào)反饋，實(shí)時(shí)調(diào)整射頻頻率和強(qiáng)度，優(yōu)化圖像質(zhì)量，最后使其與預(yù)存模板進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證身份。其技術(shù)優(yōu)勢(shì)是僅對(duì)真皮層的生物活性組織產(chǎn)生響應(yīng)的防高偽性，擁有可以同時(shí)適應(yīng)濕手、油污等復(fù)雜使用場(chǎng)景的非接觸式操作，在嚴(yán)寒或高溫環(huán)境下依然可以穩(wěn)定運(yùn)行。2.1.3AS608指紋識(shí)別模塊引腳Zfm-60系列的AS608指紋識(shí)別模塊的引腳共有8個(gè)引腳，但一般有用的引腳只有前6個(gè)，這些引腳各有其相應(yīng)的功能。AS608指紋識(shí)別模塊引腳功能介紹，見表2-2：表2-2AS608指紋識(shí)別模塊引腳功能介紹引腳號(hào)名稱功能描述1Vi模塊電源正輸入端2Tx串行數(shù)據(jù)輸出，TTL邏輯電平3Rx串行數(shù)據(jù)輸入，TTL邏輯電平4GND信號(hào)地，內(nèi)部與電源地連接5WAK感應(yīng)信號(hào)輸出，默認(rèn)高電平有效6Vt觸摸感應(yīng)電源輸出端，3V供電7U+USBD+8U-USBD-AS608指紋模塊電路如圖2-4所示：圖2-4AS608指紋模塊接口圖2.1.4AS608指紋識(shí)別模塊指令當(dāng)我們進(jìn)行指紋模塊的操作時(shí)，是通過單片機(jī)的串口發(fā)送和接收命令完成的，先通過串口給指紋模塊發(fā)送命令，之后等待指紋模塊傳回指紋數(shù)據(jù)，然后再通過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，從而判斷命令是否執(zhí)行REF_Ref22926\r\h[19]。指紋模塊的指令格式有三種：命令包格式、數(shù)據(jù)包格式和結(jié)束包格式REF_Ref32459\r\h[13]。命令包格式見表2-3：表2-3命令包命令格式字節(jié)數(shù)2bytes4bytes1byte2bytes1byte2bytes名稱包頭芯片地址包標(biāo)識(shí)包長(zhǎng)度指令校驗(yàn)和內(nèi)容0xEF01XXXX01HxxHNSUM數(shù)據(jù)包格式見表2-4：表2-4數(shù)據(jù)包命令格式字節(jié)數(shù)2bytes4bytes1byte2bytesNbytes2bytes名稱包頭芯片地址包標(biāo)識(shí)包長(zhǎng)度數(shù)據(jù)校驗(yàn)和內(nèi)容0xEF01XXXX02HxxHNSUM結(jié)束包格式見表2-5：表2-5結(jié)束包命令格式字節(jié)數(shù)2bytes4bytes1byte2bytesNbytes2bytes名稱包頭芯片地址包標(biāo)識(shí)包長(zhǎng)度數(shù)據(jù)校驗(yàn)和內(nèi)容0xEF01XXXX08HxxHNSUM指令格式的包長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)的內(nèi)容，會(huì)根據(jù)不同的指令而發(fā)出不同的內(nèi)容，從而給單片機(jī)發(fā)送不同的數(shù)據(jù)信息。應(yīng)答包格式見表2-6：表2-6應(yīng)答包指令格式字節(jié)數(shù)2bytes4bytes1byte2bytes1byte2bytes名稱包頭模塊地址包標(biāo)識(shí)包長(zhǎng)度確認(rèn)碼校驗(yàn)和內(nèi)容0xEF01XXXX07H03HxxHSUM指紋模塊的應(yīng)答包格式中的確認(rèn)碼內(nèi)容，是用來回復(fù)指令格式中發(fā)出的不同的指令信息，從而將發(fā)出指令后的結(jié)果傳送到單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以便進(jìn)行下一步指令。開機(jī)時(shí)候先握手的應(yīng)答包確認(rèn)碼有以下內(nèi)容，見表2-7：表2-7開機(jī)時(shí)應(yīng)答包確認(rèn)碼確認(rèn)碼意義00H表示口令驗(yàn)證正確01H表示收包有錯(cuò)13H表示口令不正確錄入指紋圖像的應(yīng)答包確認(rèn)碼有以下內(nèi)容，見表2-8：表2-8錄入指紋圖像應(yīng)答包確認(rèn)碼確認(rèn)碼意義00H表示錄入成功01H表示收包有錯(cuò)02H表示傳感器上無手指03H表示圖像錄入不成功圖像生成特征Img2TZ指令的應(yīng)答包確認(rèn)碼有以下內(nèi)容，見表2-9：表2-9圖像生成特征指令應(yīng)答包確認(rèn)碼確認(rèn)碼意義00H表示生成特征成功01H表示收包有錯(cuò)06H表示指紋圖像太亂而沒法生成特征07H表示指紋圖像正常，但特征點(diǎn)太少，沒法生成特征15H表示圖像緩沖區(qū)內(nèi)的有效原始圖不完全而沒法生成圖像特征合成模板RegModel指令的應(yīng)答包確認(rèn)碼有以下內(nèi)容，見表2-10：表2-10特征合成模板指令應(yīng)答包確認(rèn)碼確認(rèn)碼意義00H表示合并成功01H表示收包有錯(cuò)0aH表示特征合并失敗存儲(chǔ)模板Store指令的應(yīng)答包確認(rèn)碼有以下內(nèi)容，見表2-11：表2-11存儲(chǔ)模板應(yīng)答包確認(rèn)碼確認(rèn)碼意義00H表示儲(chǔ)存成功01H表示收包有錯(cuò)搜索指紋Search指令的應(yīng)答包確認(rèn)碼有以內(nèi)容，見表2-12：表2-12搜索指紋應(yīng)答包確認(rèn)碼確認(rèn)碼意義00H表示搜索到09H表示沒有搜索到指紋刪除模板DeleChar指令的應(yīng)答包確認(rèn)碼有以下內(nèi)容，見表2-13：表2-13刪除模板應(yīng)答包確認(rèn)碼確認(rèn)碼意義00H表示刪除模板成功01H表示收包有錯(cuò)10H表示刪除模板失敗2.1.5ZFM-60指紋識(shí)別模塊主要技術(shù)指標(biāo)指紋識(shí)別模塊主要技術(shù)指標(biāo)見表2-14：表2-14指紋識(shí)別模塊主要技術(shù)指標(biāo)序號(hào)技術(shù)內(nèi)容指標(biāo)1供電電壓3.8~7.0V2背光顏色綠色3亮燈方式長(zhǎng)亮/閃爍4工作電流<65mA（峰值電流<95mA）5指紋圖像錄入時(shí)間＜0.5秒6窗口面積14.5×19.4mm7匹配方式比對(duì)方式1:1搜索方式1:N8特征文件大小256字節(jié)9模板文件大小512字節(jié)10存儲(chǔ)容量1000枚指紋11安全等級(jí)5級(jí)（從低到高：1、2、3、4、5）12認(rèn)假率(FAR)＜0.001%（安全等級(jí)為3時(shí)）13拒真率(FRR)＜1.0%（安全等級(jí)為3時(shí)）14搜索時(shí)間＜1.0秒（1:500時(shí)，均值）15上位機(jī)接口UART（TTL邏輯電平）16通訊波特率（9600×N）bps其中N=1～12（默認(rèn)值N=6，即57600bps）17工作環(huán)境溫度-20℃~+60℃，相對(duì)濕度40%RH2.2STC89C52單片機(jī)簡(jiǎn)介本次選用的主控芯片是宏晶科技研發(fā)的8位單片機(jī)STC89C52，STC89C52是經(jīng)典的CMOS8位單片機(jī)代表，它憑借著低成本和易用性這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)成為入門學(xué)習(xí)和小型項(xiàng)目的最佳選擇。STC89C52單片機(jī)基于經(jīng)典的8051內(nèi)核，兼容傳統(tǒng)51單片機(jī)指令集，支持C語言和匯編語言開發(fā)。具有8KB的程序存儲(chǔ)器（FLASH），支持ISP，不需要專用的編譯器，通過串口就可以燒錄程序。具有512B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），可以用來存放運(yùn)行時(shí)的變量和臨時(shí)數(shù)據(jù)。具有32KB的EEPROM，當(dāng)?shù)綦姇r(shí)可以保存數(shù)據(jù)，支持10萬次以上撰寫。其標(biāo)準(zhǔn)功能如下表2-15所示：表2-15單片機(jī)標(biāo)準(zhǔn)功能內(nèi)容功能描述存儲(chǔ)方面有8K字節(jié)的FALSH，256字節(jié)的RAM,4K字節(jié)的EEPROMI/O口線擁有32位I/O口，用于連接外部設(shè)備定時(shí)器/計(jì)數(shù)器有3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，可以用來定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能中斷結(jié)構(gòu)采用的是一個(gè)6向量二級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，可以及時(shí)響應(yīng)外部事件串口擁有全雙工串行口，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行傳輸其他具備看門狗定時(shí)器，可以提高系統(tǒng)的可靠性，有2個(gè)數(shù)據(jù)指針2.2.1STC89C52單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)STC89C52單片機(jī)是屬于STC89C51RC/RD+系列的單片機(jī)，其內(nèi)部包含有中央處理器、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、UART串口、I/O借口、EEPROM、看門狗等模塊REF_Ref12976\r\h[17]。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2-5所示。圖2-5STC89C51RC/RD+系列內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖2.2.2STC89C52單片機(jī)引腳STC89C52單片機(jī)共有40個(gè)引腳，以下為單片機(jī)引腳的功能說明，見表2-16：表2-16單片機(jī)引腳功能名稱引腳功能VCC40腳電源電壓GND20腳接地XTAL119腳內(nèi)部振蕩電路輸入端，接晶振一端或外部時(shí)鐘源XTAL218腳內(nèi)部振蕩電路輸出端，接晶振另一端RST/VPD9腳復(fù)位輸入端，外界復(fù)位電路；掉電模式下可接備用電源ALE/PROG30腳地址鎖存使能信號(hào)；編輯模式下用于輸入編程脈沖PSEN29腳外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)EA/VPP31腳內(nèi)部/外部程序存儲(chǔ)器選擇；編程模式下接高壓編程電源P0口39~32腳雙向I/O口，可作為通用輸入輸出或地址/數(shù)據(jù)總線P1口1~8腳準(zhǔn)雙向I/O口，內(nèi)部自帶上拉電阻，可作為通用輸入輸出P2口21~28腳準(zhǔn)雙向I/O口，可作為通用輸入輸出或外接存儲(chǔ)器時(shí)傳送高8位地址P3口10~17腳準(zhǔn)雙向I/O口，除了通用功能之外，各引腳還有第二功能STC89C52單片機(jī)引腳如圖2-6所示：圖2-6STC89C52單片機(jī)引腳圖2.3LCD12864液晶顯示屏簡(jiǎn)介?液晶顯示器即是通過電場(chǎng)控制液晶分子排列改變光線透射率，結(jié)合背光源實(shí)現(xiàn)圖像顯示。雖然液晶具備體積小、能耗低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但它仍然存在一個(gè)明顯的致命弱點(diǎn)，使用溫度的范圍狹窄，一般通用型的液晶適合的工作溫度范圍在0℃到+55℃，儲(chǔ)存溫度常年保持在-20℃到+60℃的范圍，所以在開發(fā)設(shè)計(jì)相應(yīng)的產(chǎn)品時(shí)，一定要考慮完全，選擇適合的液晶材料，確保產(chǎn)品能夠穩(wěn)定運(yùn)行。其優(yōu)勢(shì)是可以顯示豐富的內(nèi)容，能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求；多種接口方式可以使其與各種微控制器或處理器輕松連接；低電壓低功耗的特性，有助于延長(zhǎng)設(shè)備的使用時(shí)間；與其它顯示模塊相比，LCD12864液晶顯示屏的價(jià)格較低，具有較高的性價(jià)比。如圖2-7所示為L(zhǎng)CD12864液晶屏的電路圖。圖2-7LCD12864液晶屏電路圖如圖2-8所示為L(zhǎng)CD12864液晶顯示屏實(shí)物圖。圖2-8LCD12864液晶屏實(shí)物圖

3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要分三個(gè)部分，第一部分是指令控制系統(tǒng)模塊，它用的是4乘4的矩陣按鍵用來控制輸入密碼、確認(rèn)等指令；第二部分是指紋識(shí)別模塊，用來采集并識(shí)別指紋；第三部分是液晶屏顯示模塊，用來顯示要展現(xiàn)的界面內(nèi)容，如圖3-1所示為設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖3-1設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2指令控制模塊在本次的設(shè)計(jì)中，通過矩陣鍵盤可以使得指令控制功能能夠?qū)崿F(xiàn)，其能夠發(fā)出指令進(jìn)入下一步。矩陣鍵盤具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，其每條水平線和垂直線在交叉處不直接相連，而是借用按鍵才建立起連接。憑著這個(gè)設(shè)計(jì)，僅僅只需要一個(gè)端口，就能建立出4*4=16個(gè)按鍵，相比較起來直接用端口線連接鍵盤的方法，按鍵的數(shù)量多了一倍。矩陣按鍵電路圖如圖3-2所示：圖3-2矩陣按鍵電路圖矩陣式鍵盤是由行線和列線交織而成的，每個(gè)按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)處，當(dāng)某一個(gè)按鍵被按下時(shí)，其交點(diǎn)處的行線和列線會(huì)形成通路，從而導(dǎo)致相應(yīng)的行線或列線上的電平狀態(tài)發(fā)生變化，單片機(jī)可以通過實(shí)時(shí)檢測(cè)電平的變化可以準(zhǔn)確識(shí)別出被按下的具體按鍵REF_Ref2138\r\h[5]。指令控制模塊是我們使用覆銅板焊接上4*4的矩陣鍵盤而實(shí)現(xiàn)的，這樣使用起來方便又牢靠，還很美觀，實(shí)矩陣按鍵物圖如圖3-3所示。圖3-3矩陣按鍵實(shí)物圖3.3指紋識(shí)別模塊在本次的設(shè)計(jì)中，AS608指紋識(shí)別模塊的優(yōu)勢(shì)是采用先進(jìn)的指紋識(shí)別算法，可以在干擾性不同的環(huán)境下穩(wěn)定的識(shí)別指紋特征；識(shí)別速度快，采集的速度通常在1秒鐘之內(nèi)，平均識(shí)別的時(shí)間小于1秒，能快速完成指紋圖像的采集與識(shí)別，適用于需要頻繁驗(yàn)證的場(chǎng)景；易于集成，支持UART或ISP通信接口，方便與各類微控制器或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連，降低了開發(fā)難度；有多功能引腳，引腳的設(shè)計(jì)考慮到了多種應(yīng)用場(chǎng)景，可以滿足不同應(yīng)用的需求；高可靠性，具備良好的穩(wěn)定性和抗干擾能力，適用于各種環(huán)境下的指紋識(shí)別；具有大容量存儲(chǔ)空間，可以存儲(chǔ)3000枚以上的指紋模板；模塊尺寸小巧，便于嵌入各種設(shè)備中，且功耗量低；通信接口豐富，支持UART和USB通信接口，用戶可以根據(jù)需求選擇合適的接口進(jìn)行傳輸。鑒于此模塊的優(yōu)勢(shì)，所以本次設(shè)計(jì)選用的是AS608指紋識(shí)別模塊，AS608在本次設(shè)計(jì)實(shí)物圖的位置如圖3-4所示。圖3-4AS608指紋識(shí)別模塊在本次設(shè)計(jì)的實(shí)物圖單片機(jī)是在指令控制板上，用按鍵和指紋識(shí)別模塊發(fā)送指令信息，通過單片機(jī)將數(shù)據(jù)處理后，然后在液晶顯示屏上顯示對(duì)儲(chǔ)物柜操作的指令，這樣就可以完成對(duì)儲(chǔ)物柜的打開和關(guān)閉。在進(jìn)行指紋采集時(shí)，需要輸入兩次指紋，以防指紋特征收集出錯(cuò)，之后便能及時(shí)又快速的進(jìn)行指紋識(shí)別，這可以提高儲(chǔ)物柜的使用效率。3.4液晶顯示模塊LCD12864液晶屏是可以顯示漢字和圖形的，本次設(shè)計(jì)的超市儲(chǔ)物柜主要顯示的是漢字，需要將要用的漢字庫(kù)連接起來，才可以使用相應(yīng)的漢字，否則，液晶屏上就會(huì)顯示亂碼。這樣就可以通過液晶屏上顯示的內(nèi)容來達(dá)到可以控制儲(chǔ)物柜開和關(guān)的目的。液晶顯示屏在本次設(shè)計(jì)的實(shí)物圖如3-5所示。圖3-5液晶顯示屏在本次設(shè)計(jì)的實(shí)物圖

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的是基于單片機(jī)的超市儲(chǔ)物柜系統(tǒng)，特殊的創(chuàng)新點(diǎn)在于我們?cè)黾恿酥讣y識(shí)別模塊，這可以有效的提高儲(chǔ)物柜的安全性，降低了使用儲(chǔ)物柜時(shí)的成本，也方便了客戶的使用，更加高效。在程序的巡檢過程中，先對(duì)個(gè)模塊執(zhí)行初始化操作，隨時(shí)監(jiān)測(cè)按鍵的狀態(tài)。一旦有按鍵被檢測(cè)到按下，系統(tǒng)將會(huì)立即識(shí)別出是哪一個(gè)按鍵，并按照按鍵功能判斷應(yīng)用到了其它子系統(tǒng)。主程序包括液晶顯示、指紋采集識(shí)別和按鍵處理三個(gè)子程序。有啟動(dòng)階段，先對(duì)液晶顯示模塊、鍵盤掃描模塊、指紋模塊等硬件功能模塊進(jìn)行初始化，建立正常的連接通信，之后就是各子系統(tǒng)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)程序的全部的功能。根據(jù)分析，制定了超市儲(chǔ)物柜的程序流程圖，如圖4-1所示：圖4-1程序運(yùn)行流程圖4.1指紋程序ZFM-60指紋識(shí)別，需要先進(jìn)行初始化，然后將液晶顯示器，按鍵控制模塊還有儲(chǔ)物柜與指紋模塊相連接。本系統(tǒng)需要用按鍵發(fā)出添加指紋、清除指紋庫(kù)等指令?？梢酝ㄟ^指紋模塊，采集并識(shí)別指紋，這樣就可以通過指紋打開相應(yīng)的儲(chǔ)物柜并在顯示器上顯示。ZFM-60指紋程序的實(shí)現(xiàn)：1.發(fā)送包頭voidFPM10A_Cmd_Send_Pack_Head(void){ inti; for(i=0;i<6;i++){Uart_Send_Byte(FPM10A_Pack_Head[i]);} }2.發(fā)送指令voidFPM10A_Cmd_Check(void){ inti=0; FPM10A_Cmd_Send_Pack_Head(); for(i=0;i<10;i++) { Uart_Send_Byte(FPM10A_Get_Device[i]); }}3.接收反饋數(shù)據(jù)緩沖voidFPM10A_Receive_Data(unsignedcharucLength){unsignedchari;for(i=0;i<ucLength;i++)FPM10A_RECEICE_BUFFER[i]=Uart_Receive_Byte();}4.獲得指紋圖像命令voidFPM10A_Cmd_Get_Img(void){unsignedchari;FPM10A_Cmd_Send_Pack_Head();for(i=0;i<6;i++)//發(fā)送命令0x1d {Uart_Send_Byte(FPM10A_Get_Img[i]); }}5.將圖像轉(zhuǎn)換成特征碼存放在Buffer1中voidFINGERPRINT_Cmd_Img_To_Buffer1(void){ unsignedchari; FPM10A_Cmd_Send_Pack_Head(); for(i=0;i<7;i++){Uart_Send_Byte(FPM10A_Img_To_Buffer1[i]); }}6.將圖像轉(zhuǎn)換成特征碼存放在Buffer2中voidFINGERPRINT_Cmd_Img_To_Buffer2(void){unsignedchari;for(i=0;i<6;i++) { Uart_Send_Byte(FPM10A_Pack_Head[i]); }for(i=0;i<7;i++){ Uart_Send_Byte(FPM10A_Img_To_Buffer2[i]); }}7.刪除指紋模塊里的所有指紋模版voidFINGERPRINT_Cmd_Delete_All_Model(void){unsignedchari;for(i=0;i<6;i++)Uart_Send_Byte(FPM10A_Pack_Head[i]);for(i=0;i<6;i++) {Uart_Send_Byte(FPM10A_Delete_All_Model[i]); } }8.保存指紋voidFPM10A_Cmd_Save_Finger(unsignedintstoreID){unsignedlongtemp=0; unsignedchari;FPM10A_Save_Finger[5]=(storeID&0xFF00)>>8;FPM10A_Save_Finger[6]=(storeID&0x00FF); for(i=0;i<7;i++) temp=temp+FPM10A_Save_Finger[i]; FPM10A_Save_Finger[7]=(temp&0x00FF00)>>8; FPM10A_Save_Finger[8]=temp&0x0000FF; FPM10A_Cmd_Send_Pack_Head();for(i=0;i<9;i++) Uart_Send_Byte(FPM10A_Save_Finger[i]);}4.2矩陣鍵盤程序?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)儲(chǔ)物柜正常運(yùn)行，將命名為字母的鍵盤設(shè)置為特殊指令，比如說：進(jìn)入管理界面、確認(rèn)等。借助單片機(jī)對(duì)按鍵進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)相應(yīng)的按鍵被按下時(shí)單片機(jī)就會(huì)立刻識(shí)別該按鍵對(duì)應(yīng)的是什么指令，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能夠順利的進(jìn)行下去。按鍵掃描函數(shù)，判斷哪個(gè)按鍵被按下：voidKey_Scan(void){ unsignedcharKEY_Buffer; unsignedcharKeyRead=0; staticunsignedcharTrg=0;staticunsignedcharCnt=0;P1=0xF0; _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); KEY_Buffer=P1&0xF0;P1=0x0F; _nop_();_nop_(); _nop_(); _nop_(); _nop_(); KEY_Buffer|=P1&0x0F; KeyRead=~KEY_Buffer; Trg=KeyRead^(KeyRead&Cnt); Cnt= KeyRead; if(Trg) { KeyDeal(Trg); }}4.3液晶顯示程序LCD12864液晶顯示模塊是我們?cè)诰幊痰念I(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的器件。根據(jù)命名規(guī)則可知，在水平的方向，它有128個(gè)像素點(diǎn)，而在豎直方向，它只有64個(gè)像素點(diǎn)。單片機(jī)可以控制每一個(gè)像素點(diǎn)的亮和滅，從而可以顯示漢字、數(shù)字、自定義圖形等。LCD12864顯示屏程序如下：1.發(fā)送一個(gè)字節(jié)voidSendByte(unsignedcharDbyte){ unsignedchari; for(i=0;i<8;i++) { SCK=0; Dbyte=Dbyte<<1; SID=CY; SCK=1; SCK=0; }}2.接收一個(gè)字節(jié)unsignedcharReceiveByte(void){ unsignedchari,temp1,temp2; temp1=temp2=0; for(i=0;i<8;i++) { temp1=temp1<<1; SCK=0; SCK=1; SCK=0; if(SID)temp1++; } for(i=0;i<8;i++) { temp2=temp2<<1; SCK=0; SCK=1; SCK=0; if(SID)temp2++; } return((0xf0&temp1)+(0x0f&temp2));}3.寫一個(gè)字節(jié)命令voidWrite_Cmd(unsignedcharCbyte){ CS=1; Check_Busy(); SendByte(0xf8); SendByte(0xf0&Cbyte); SendByte(0xf0&Cbyte<<4); CS=0;}寫一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)voidWrite_Data(unsignedcharDbyte){ CS=1; Check_Busy(); SendByte(0xfa); SendByte(0xf0&Dbyte); SendByte(0xf0&Dbyte<<4); CS=0;}LCD初始化函數(shù)voidLcmInit(void){Write_Cmd(0x30);Write_Cmd(0x03);Write_Cmd(0x0c);Write_Cmd(0x01);Write_Cmd(0x06);}

5系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果5.1系統(tǒng)實(shí)物圖如圖5-1所示的是本次設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的超市儲(chǔ)物柜系統(tǒng)的實(shí)物圖，該設(shè)計(jì)可以讓人們可以實(shí)現(xiàn)將指紋用進(jìn)儲(chǔ)物柜以達(dá)到高安全、高效性的特點(diǎn)。通過按鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)指紋的添加和清除操作，也可以通過按鍵輸入密碼進(jìn)入管理界面或打開全部?jī)?chǔ)物柜。圖5-1系統(tǒng)實(shí)物圖5.2系統(tǒng)界面圖如圖5-2、圖5-3所示，將系統(tǒng)通電開啟后，12864液晶會(huì)顯示“歡迎來到——CTGU設(shè)備加載成功”，顯示完后又自動(dòng)顯示“歡迎使用！自動(dòng)儲(chǔ)物柜系統(tǒng)初始化中********”，前面的再顯示完后再自動(dòng)顯示“請(qǐng)輸入指紋或密碼”，這就是系統(tǒng)頁面的初始顯示效果。圖5-2液晶正在加載界面圖圖5-3液晶初始化界面圖當(dāng)用指紋打開儲(chǔ)物柜時(shí)的效果如圖5-4所示：圖5-4用指紋打開柜子效果圖5.3使用指紋儲(chǔ)物柜系統(tǒng)過程當(dāng)系統(tǒng)與電源連接后，打開開關(guān)后進(jìn)入系統(tǒng)。先按按鍵A，輸入初始管理密碼后點(diǎn)擊D鍵確認(rèn)鍵進(jìn)入管理界面，再點(diǎn)擊D鍵進(jìn)入添加指紋界面，添加指紋后，將指紋和一個(gè)儲(chǔ)物柜綁定在一起，一個(gè)指紋只能綁定一個(gè)儲(chǔ)物柜，之后輸入指紋打開相對(duì)應(yīng)的那個(gè)儲(chǔ)物柜。第二次進(jìn)入管理界面，按下#鍵，三角形指向“修改密碼”，點(diǎn)擊D鍵進(jìn)入修改密碼界面，密碼修改完畢后，再次輸入修改前的初始密碼，液晶屏上將會(huì)顯示密碼錯(cuò)誤界面。第三次進(jìn)入管理界面，按兩下#鍵，三角形指向“清空指紋庫(kù)”，點(diǎn)擊D鍵進(jìn)入清空指紋庫(kù)界面，指紋清空完畢后，再次輸入指紋就會(huì)出現(xiàn)未找到指紋界面。最后，直接輸入管理密碼，儲(chǔ)物柜全部打開。用戶如何使用基于單片機(jī)的超市儲(chǔ)物柜系統(tǒng)的過程如圖5-5等所示。圖5-5初始界面圖5-6點(diǎn)擊A鍵后圖5-7輸入初始管理密碼后進(jìn)入管理系統(tǒng)界面圖5-8進(jìn)入添加指紋界面圖5-9輸入兩次指紋圖5-10指紋輸入成功后選擇綁定的儲(chǔ)物柜圖5-11再次輸入指紋打開相對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)物柜圖5-12指紋搜索成功打開儲(chǔ)物柜圖5-13第二次進(jìn)入管理系統(tǒng)界面圖5-14點(diǎn)擊修改密碼界面，輸入新的管理密碼圖5-15密碼修改成功圖5-16輸入初始管理密碼后顯示密碼錯(cuò)誤圖5-17再次返回管理系統(tǒng)界面圖5-18點(diǎn)擊清空指紋庫(kù)圖5-19清空指紋庫(kù)成功圖5-20再次輸入指紋，顯示為找到指紋信息圖5-21最后輸入管理密碼后，儲(chǔ)物柜全部打開

6總結(jié)與展望6.1總結(jié)這次設(shè)計(jì)的是基于單片機(jī)的超市儲(chǔ)物柜系統(tǒng)，經(jīng)過我們的不懈努力，終于是完成了這個(gè)作品，它是傳統(tǒng)儲(chǔ)物柜和現(xiàn)代科技相結(jié)合的產(chǎn)物。在老師的指導(dǎo)下，我們?cè)诤棋闹R(shí)海洋中搜集資料，經(jīng)過深入的學(xué)習(xí)，也學(xué)到了不少的知識(shí)。在功能方面，指紋識(shí)別的功能是本次設(shè)計(jì)的核心亮點(diǎn)，將ZFM-60指紋識(shí)別模塊加入傳統(tǒng)儲(chǔ)物柜中，這不僅提高了用戶儲(chǔ)物時(shí)的安全性，還降低了超市老板的經(jīng)營(yíng)成本，大大提升了對(duì)儲(chǔ)物柜使用的便捷性。在硬件方面，單片機(jī)是常用的可靠的硬件，它能夠高效的處理來自指紋識(shí)別模塊的信號(hào)，這樣就能準(zhǔn)確的對(duì)儲(chǔ)物柜進(jìn)行控制?？偟膩碚f，在智能化儲(chǔ)物柜發(fā)展的浪潮中，以單片機(jī)作為核心，添加了指紋模塊的指紋識(shí)別儲(chǔ)物柜具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。之后將會(huì)持續(xù)的開展技術(shù)的更新迭代和功能的拓寬，這樣就可以更有效、精準(zhǔn)的適應(yīng)市場(chǎng)的多種需求，為儲(chǔ)物柜系統(tǒng)帶來新的變革。6.2展望指紋識(shí)別技術(shù)目前在生活中廣泛運(yùn)用在家庭門鎖中，比較特殊的場(chǎng)所就是需要用到身份認(rèn)證的地方，每個(gè)人包括每一根手指的指紋都是獨(dú)一無二的REF_Ref25180\r\h[7]?？墒窃谖磥懋?dāng)中我們對(duì)此系統(tǒng)仍有一些有待解決和優(yōu)化的問題：(1).提高指紋識(shí)別的準(zhǔn)確性。本文設(shè)計(jì)完成的節(jié)點(diǎn)是指紋識(shí)別技術(shù)的便捷性和安全性。但是，世界上有著各種各樣的極端氣候，外界條件的變化容易引起指紋識(shí)別技術(shù)的準(zhǔn)確率，所以，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該及時(shí)優(yōu)化儲(chǔ)物柜，將儲(chǔ)物柜設(shè)計(jì)成為恒溫的儲(chǔ)物柜。(2).優(yōu)化儲(chǔ)物柜的功能。本文設(shè)計(jì)完成的是基于單片機(jī)的超市儲(chǔ)物柜，在今后的發(fā)展中，可以將瞳孔識(shí)別、面部識(shí)別、掌紋識(shí)別等技術(shù)應(yīng)用進(jìn)儲(chǔ)物柜中，這可以大大的提高我們生活中的科技運(yùn)用，讓更多的人可以體驗(yàn)到科技帶