基于ATMEGA32的指纹识别防盗门锁的设计

0 前言

　　　人体生物特征是人体所固有的生理特征与行为特征，如指纹、掌纹、面像、眼虹膜、视网膜、声音、签字、步态等。这些特征具有随身性，因而使用方便，不易遗忘或丢失；人体的生物特征与人体又是唯一绑定的，且具有人人不同的唯一性，因而防伪性好，不易伪造或被盗。所以，用人体生物特征来代替传统的以物识人的方法来鉴定个人的身份是一种认人不认物的直接验证方法，显然是最为安全可靠的，这也是现代社会发展的需要。
　　随着光电等科学技术的发展，人体生物特征识别这一实用性很强的高新技术也获得很大的发展与应用。其中以指纹识别技术发展最成熟，应用最早、也最广泛。由于每一个人的指纹的纹路在图案、断点和交叉点上各不相同，因而其指纹特征是唯一的，并且终身不变。依靠这种唯一性和稳定性，我们就可以把一个人同他的指纹对应起来。出现很多指纹识别传感器模块，本文设计了一款基于ATMEGA32作为核心处理器，采用上海一维公司的MRB200指纹识别模块，此指纹识别模块可以独立运行（脱离PC机运行），整个系统具有成本低，应用简单、易于开发等优点。

1、 控制方案设计

系统功能框图如图1

图1系统功能框图

本指纹识别门锁设计以单片机作为核心，通过MRB200指纹模块的采集系统采集指纹数据，具体方案为：接触指纹传感器时启动系统进入指纹对比状态，由CPU通过串口发对比命令给指纹识别模块，指纹识别模块收到CPU发来命令便开始采集用户指纹，并将采集到的指纹数据与指纹库里的所有指纹进行一一对比，如有相同则返回对比成功报文给CPU，指纹识别模块采集过程需进行三次，指纹识别模块将返回每次采样结果，CPU记录下三次的采集成功次数，如三次都采集成功，CPU便驱动蜂鸣器响一声，告诉来宾的指纹通过对比，同时CPU通过驱动电路控制电控锁打开门锁。按键和显示用来进行指纹管理。

2、系统硬件设计

本系统采用ATMEGA32单片机作为控制核心，控制系统主要包括MRB200指纹识别模块、液晶显示、设置按键、电子锁、蜂鸣器等部件。

系统硬件设计如图2

图2 系统硬件设计图

本设计采用了Atmel公司的AVR单片机Atmega32作为控制核心。AVR单片机的单周期指令能够保证高的执行效率和低成本，是精简指令集 CPU中的高性能器件。AVR单片机可以提供高达16MIPS的执行时间，具有32K字节的可编程Flash存储器，同时具备2K字节的静态RAM。 AVR单片机自带看门狗定时器，在强烈的电磁干扰条件下可以防止程序跑飞。本设计中采用的Atmega32还具有以下特点：
(1)内部包含有硬件乘法器，加快乘法运算速度；I/O端口引脚数多达23根；
(2)支持在线可编程功能，不需要频繁从电路板插拔芯片；带有可编程的支持同步传输的UART端口；
(3)支持三线传输SPI端口；具有方便的I²C总线端口；
(4)支持JTAG边界扫描电路；具有BOD低电压检测功能；
(5)内部有8路10位的A/D变换器；具有4个PMW，可以协同或单独工作；
(6) 内部带有实时时钟电路；工作频率最高可达16MHz。

CPU与 MRB200指纹识别模块的通讯接口说明

MRB200的VIN脚电源正输入端接4~6.5V，500mA；SLEEP脚睡眠状态控制（Low：关闭模块电源，High使模块处于正常上电状态，上电600ms后进入正常工作状态）与CPU的O脚相连；FINGERON脚采集状态标志（Low：不进行指纹采集，High指纹采集进行中）与 CPU的I脚相连；TX脚异步串行输出（3.3V逻辑电平）与CPU的RX脚相连；RX（3.3V逻辑电平）脚异步串行输入与CPU的TX脚相连；两芯片的GND直接相连。

CPU与指纹模块通讯为半双工异步串口通讯，CPU 通过串口与指纹识别模块进行通讯，完成对指纹的录入、删除、身份确认，通过验证后去驱动电路控制门锁执行开关门的动作。

为适应不同CPU的通讯速率，本指纹识别模块的通讯速率默认为19200bt/s，也可设置为(9600 bt/s 19200 bt/s 38400 bt/s 57600 bt/s 115200 bt/s )，传输帧格式为10位，1位起始位，8位数据位，1位停止位，无奇偶效验位。

指纹识别模块分为光电感应式和压电感应式两钟，光电感应式基本工作原理：光源发出一组光线，经过全反射棱镜一直角边照到压有手指指纹的玻璃表面，其反射光线经棱镜另一直角边投射到了CCD或CMOS半导体光电成像器件上。由于手指指纹的脊和谷对光线的反射不同，因而CCD或CMOS光电成像器件输出随手指指纹图像明暗变化而改变的电信号，经视频放大、A/D转换，输出数字指纹图像信息。压电感应式工作机理是基于对手指指纹的凹凸的不同压力感，利用半导体压敏传感器阵列的顶层的表面是具有弹性的压敏介质材料，当手指按压其上时，根据手指指纹的外表脊纹线