原標題：畢設-基于51單片機的指紋識別電子密碼鎖-LCD1602顯示（程序+原理圖+BOM+論文）

畢設-基于51單片機的指紋識別電子密碼鎖-LCD1602顯示

摘要：本文設計了一款基于51單片機的指紋識別電子密碼鎖，采用STC89C52單片機作為主控單元，結合AS608指紋模塊、AT24C02存儲芯片、矩陣按鍵、LCD1602液晶顯示屏、蜂鳴器、繼電器和LED燈等組件，實現了指紋和密碼雙重解鎖功能。系統支持指紋錄入、刪除、修改及密碼保存、錯誤報警等功能，并通過LCD1602實時顯示操作信息。設計詳細闡述了各元器件的選型依據、功能作用及電路連接，并提供了原理圖、BOM清單和關鍵程序代碼。

一、引言

隨著科技的飛速發展，人們對安全性的要求越來越高。傳統的機械鎖由于其安全性低、易被破解等缺點，已經逐漸無法滿足現代社會的需求。而指紋識別技術作為一種生物識別技術，具有唯一性、不可復制性等優點，被廣泛應用于門禁系統、考勤系統等領域。本文設計了一款基于51單片機的指紋識別電子密碼鎖，旨在通過指紋識別和密碼輸入雙重驗證方式，為用戶提供更加安全、便捷的解鎖體驗。

二、系統總體設計

2.1 系統功能需求

本系統旨在實現以下功能：

1. 指紋解鎖：用戶可以通過指紋進行解鎖，系統能夠準確識別指紋并控制鎖的開關。

2. 密碼解鎖：用戶也可以通過輸入密碼進行解鎖，密碼可以保存、修改和刪除。

3. 錯誤報警：當密碼輸入錯誤或指紋識別失敗時，系統會觸發報警功能，如蜂鳴器響、LED燈閃爍等。

4. 信息顯示：系統通過LCD1602液晶顯示屏實時顯示操作信息，如指紋錄入成功、密碼錯誤等。

5. 指紋管理：用戶可以錄入新指紋、刪除已錄入的指紋。

2.2 系統總體框圖

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|    電源模塊       |

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		v

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|    STC89C52單片機  |---(數據通信)---|  AS608指紋模塊 |

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		|

		v

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|   矩陣按鍵模塊   |---(輸入控制)---|  AT24C02存儲芯片 |

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		|

		v

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|   LCD1602顯示屏   |---(信息顯示)---|   蜂鳴器模塊   |

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		|

		v

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|    繼電器模塊     |---(鎖控制)-----|    LED燈模塊   |

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三、硬件設計

3.1 主控單元——STC89C52單片機

選型依據：

STC89C52單片機是一款增強型8051單片機，具有高速、低功耗、超強抗干擾等優點。它擁有8K字節的可編程Flash存儲器，512字節的RAM，32個I/O口線，3個16位定時器/計數器，4個外部中斷，全雙工串行口等豐富資源。這些特性使得STC89C52單片機能夠輕松勝任本系統的主控任務。

功能作用：

STC89C52單片機作為系統的核心控制單元，負責接收來自矩陣按鍵的密碼輸入信號、與AS608指紋模塊進行通信、控制LCD1602顯示屏顯示信息、驅動蜂鳴器和LED燈進行報警提示、以及控制繼電器實現鎖的開關等功能。

3.2 指紋識別模塊——AS608指紋模塊

選型依據：

AS608指紋模塊是一款基于光學原理的指紋識別模塊，具有高精度、高速度、低功耗等特點。它支持指紋錄入、刪除、比對等功能，并且可以通過UART接口與單片機進行通信。此外，AS608指紋模塊還具有體積小、易于集成等優點，非常適合應用于本系統中。

功能作用：

AS608指紋模塊負責采集用戶的指紋圖像，并進行特征提取和比對。當用戶將手指放在指紋模塊上時，模塊會采集指紋圖像并提取特征值，然后與存儲的指紋模板進行比對。如果比對成功，則向單片機發送解鎖信號；如果比對失敗，則發送失敗信號。

3.3 存儲芯片——AT24C02

選型依據：

AT24C02是一款2K位的串行EEPROM存儲器，具有I2C接口，支持頁寫操作，并且具有掉電數據保護功能。它的體積小、功耗低、價格便宜，非常適合用于存儲系統中的一些重要數據，如密碼、指紋模板等。

功能作用：

AT24C02存儲芯片用于存儲用戶的密碼和指紋模板。當系統啟動時，單片機可以從AT24C02中讀取存儲的密碼和指紋模板，以便進行后續的解鎖操作。同時，當用戶修改密碼或錄入新指紋時，單片機也會將新的數據寫入AT24C02中。

3.4 輸入模塊——矩陣按鍵

選型依據：

矩陣按鍵是一種常用的輸入設備，它通過將多個按鍵排列成矩陣形式，可以大大減少所需的I/O口線數量。在本系統中，由于需要輸入6位密碼，因此選擇4x4矩陣按鍵作為輸入模塊是合適的。

功能作用：

矩陣按鍵模塊用于輸入用戶密碼。當用戶按下按鍵時，矩陣按鍵會通過行列掃描的方式將按鍵信息傳遞給單片機。單片機接收到按鍵信息后，會將其轉換為對應的數字密碼，并進行后續的處理。

3.5 顯示模塊——LCD1602液晶顯示屏

選型依據：

LCD1602是一款常用的字符型液晶顯示屏，它可以顯示2行16個字符。它具有體積小、功耗低、顯示內容豐富等優點，并且不需要外加驅動電路，非常適合用于本系統中的信息顯示。

功能作用：

LCD1602液晶顯示屏用于顯示系統的操作信息，如指紋錄入成功、密碼錯誤、解鎖成功等。通過LCD1602顯示屏，用戶可以直觀地了解系統的運行狀態和操作結果。

3.6 報警模塊——蜂鳴器和LED燈

選型依據：

蜂鳴器是一種常用的聲音報警設備，它可以發出清脆的響聲以提示用戶。LED燈則是一種常用的光指示設備，它可以通過閃爍或常亮來指示系統的狀態。在本系統中，選擇有源蜂鳴器和普通LED燈作為報警模塊是合適的。

功能作用：

當密碼輸入錯誤或指紋識別失敗時，蜂鳴器會發出響聲以提示用戶。同時，LED燈也會閃爍以進一步提醒用戶。當用戶成功解鎖時，LED燈會常亮以表示解鎖成功。

3.7 控制模塊——繼電器

選型依據：

繼電器是一種常用的電控制器件，它可以通過小電流控制大電流的通斷。在本系統中，選擇小型電磁繼電器作為控制模塊是合適的，因為它可以承受較大的負載電流，并且具有較長的使用壽命。

功能作用：

繼電器模塊用于控制鎖的開關。當單片機接收到解鎖信號時，它會驅動繼電器吸合，從而使鎖打開。當用戶關閉鎖時，單片機也會驅動繼電器斷開，從而使鎖關閉。

四、軟件設計

4.1 主程序設計

主程序是系統的核心部分，它負責初始化各個模塊、處理用戶輸入、控制各個模塊的工作狀態等。以下是主程序的基本流程：

1. 系統初始化：初始化單片機、LCD1602顯示屏、矩陣按鍵、指紋模塊、存儲芯片等各個模塊。

2. 等待用戶操作：通過循環等待用戶按下按鍵或放置手指進行指紋識別。

3. 處理用戶輸入：根據用戶輸入的類型（密碼或指紋），調用相應的處理函數進行處理。

4. 顯示操作結果：將處理結果通過LCD1602顯示屏顯示給用戶。

5. 控制鎖開關：根據處理結果控制繼電器的通斷，從而實現鎖的開關。

4.2 關鍵子程序設計

4.2.1 指紋處理子程序

指紋處理子程序負責處理指紋模塊的輸入信號，包括指紋錄入、刪除、比對等操作。以下是指紋處理子程序的基本流程：

1. 初始化指紋模塊：通過UART接口向指紋模塊發送初始化命令，使其進入工作狀態。

2. 接收指紋圖像：當用戶將手指放在指紋模塊上時，模塊會采集指紋圖像并發送給單片機。

3. 提取指紋特征：單片機接收到指紋圖像后，會調用指紋算法提取指紋特征值。

4. 比對指紋特征：將提取的指紋特征值與存儲的指紋模板進行比對，判斷是否匹配。

5. 返回比對結果：將比對結果返回給主程序，以便進行后續的處理。

4.2.2 密碼處理子程序

密碼處理子程序負責處理矩陣按鍵的輸入信號，包括密碼輸入、修改、刪除等操作。以下是密碼處理子程序的基本流程：

1. 初始化矩陣按鍵：設置矩陣按鍵的行列掃描方式，并初始化相關變量。

2. 等待用戶輸入：通過循環等待用戶按下按鍵輸入密碼。

3. 處理用戶輸入：將用戶輸入的密碼與存儲的密碼進行比對，判斷是否匹配。

4. 返回比對結果：將比對結果返回給主程序，以便進行后續的處理。

4.2.3 LCD1602顯示子程序

LCD1602顯示子程序負責將系統的操作信息顯示在LCD1602液晶屏上。以下是LCD1602顯示子程序的基本流程：

1. 初始化LCD1602：設置LCD1602的工作模式、顯示模式等參數。

2. 接收顯示數據：接收來自主程序或其他子程序的顯示數據。

3. 顯示數據：將接收到的顯示數據轉換為LCD1602能夠識別的格式，并顯示在液晶屏上。

五、原理圖設計

由于篇幅限制，這里無法直接給出完整的原理圖設計。但可以根據上述系統總體框圖和各元器件的連接關系，使用專業的電路設計軟件（如Proteus、Altium Designer等）進行原理圖設計。在設計原理圖時，需要注意各個元器件之間的電氣連接關系、信號流向以及電源和地的分配等。

六、BOM清單

BOM（Bill of Materials）清單是系統中所有元器件的列表，包括元器件的名稱、型號、數量、供應商等信息。以下是本系統的BOM清單示例：

七、論文撰寫

在撰寫論文時，需要按照學術論文的格式和要求進行撰寫。論文應包括摘要、引言、系統總體設計、硬件設計、軟件設計、原理圖設計、BOM清單、系統調試與測試、結論與展望等部分。在撰寫過程中，需要詳細描述系統的設計思路、實現方法、測試結果等內容，并附上相關的圖表和數據以支持論文的論述。

八、系統調試與測試

在系統調試與測試階段，需要對系統的各個模塊進行單獨調試和整體測試。通過調試工具（如Keil、Proteus等）對程序進行調試，確保程序的正確性和穩定性。通過測試設備（如萬用表、示波器等）對硬件電路進行測試，確保電路的連接正確、信號傳輸正常。在測試過程中，需要記錄測試數據和結果，并對出現的問題進行分析和解決。

九、結論與展望

本系統成功實現了基于51單片機的指紋識別電子密碼鎖的設計與開發。通過指紋識別和密碼輸入雙重驗證方式，為用戶提供了更加安全、便捷的解鎖體驗。系統具有指紋錄入、刪除、修改及密碼保存、錯誤報警等功能，并通過LCD1602實時顯示操作信息。在未來的研究中，可以進一步優化系統的性能，如提高指紋識別的準確率、增加更多的解鎖方式（如IC卡、藍牙、WiFi等）等，以滿足不同用戶的需求。