指紋識別智能鎖系統設計方案2.1總體設計本系統使用嵌入式技術，基于STM32單片機并結合各類傳感器設計一款指紋識別智能鎖系統。本系統使用模塊化的設計思想，整體系統可以分為如下5個模塊：分別是電源模塊，STM3敦心控制器模塊，指紋識別傳感器模塊，GSh數據通信模塊，舵機。各個模塊在核心控制芯片STM32的管理下，協調統一完成指紋識別智能鎖系統的全部功能。系統的總體設計框圖如下圖1所示，核心控制芯片STM32?過串口連接指紋識別模塊與GSM通信模塊，蜂鳴器的輸出連接到STM32的內部10口上，可以通過改變10口的輸出來實現蜂鳴器的功能，電源模塊為整個系統供電，下載電路通過SWD勺方式將編寫好的程序燒寫到芯片中。STM22MCU衍體式指紋傳感器圖2.1STM22MCU衍體式指紋傳感器系統各部分功能如下：（1）電源模塊：電源模塊為整個系統進行供電，在整個系統中，分別有5V（指紋傳感器模塊，GSM通信模塊），3.3V（STM32核心控制器模塊）的電源需求，為了滿足指紋識別智能鎖系統，本系統采用外部電源對整個系統供電，通過LM2596S-ADI降壓芯片將12V外部電源降壓成為5V電源，以滿足系統對5V電源的需求，再通過AMS1117-3.3降壓芯片將12V外部電源轉化成為3.3V電源，為需求3.3V電源的模塊供電。STM32核心控制芯片模塊：該模塊連接各個傳感器塊，對各模塊進行控制以實現預計功能。本設計使用STM32F103ZET作為核心控制芯片，該單片機的工作晶振頻率為8MHz此部分電路包括一個啟動方式選擇電路和一個由電容和電阻構成的復位電路。指紋識別傳感器模塊：該模塊由電容式指紋傳感器與DSP運算芯片組成，可以實現對指紋圖像的對比，存儲等系統功能。GSM數據通信模塊：該模塊用于構建通信網絡，實現下位機與上位機之間的通信。舵機：該模塊實現了系統對滑塊的控制，使得隱藏的鎖芯得以實現。2.2方案論證本方案論證主要討論在本設計中，關鍵性器件的型號的選用，并將選擇芯片與其他同類芯片進行比較。在本設計中，關鍵器件有核心控制器芯片、電源芯片以及指紋識別傳感器。2.2.1主控芯片選擇核心控制芯片我們有兩種選擇，一是AT89C51核心控制芯片，二是STM32芯片，雖然AT89C51芯片我們曾經學習過，但是考慮到該芯片速度太低，該芯片的晶振速度只有12MHz10口資源過于少，4組共計32個10口，串口資源過于單一，還需要設計外部ADC轉換電路，中斷源只有5個，而STM32芯片是ST公司為了滿足，高性能，低成本，低功耗的嵌入式系統要求而專門設計的基于ARMCortex-M3內核的32位單片機芯片，有F101/F102/F103等系列。其中F103系列的最高工作頻率為72MHz是同系列中速度最高的。SM32F103ZET片上集成512KB的FLASH存儲器，可以滿足視頻傳感器的緩存要求。48KB的SRAM存儲器，支持JTAG調試模式和SWD調試模式：片上有4組串口，81個IO口，完全滿足本設計的需求。故在本設計中，我們使用STM32F103ZET芯片作為核心控制芯片。2.2.2電源芯片的選擇電源，是整個系統的能量來源，在電路板設計過程中，電源的穩定性一定是所有設計者優先考慮的一件事情，在電子線路板設計中，電源的設計一定是重中之重，如果要設計一個穩定的電源系統，必須要一個或者多個性能穩定優良的電源芯片作為保證。本系統有5V供電和3.3V供電的電源需求，所以需要DCDC電源芯片將9V外接電源分別轉換成為5V與3.3V電源，整個系統的電源設計將在本模塊中為大家詳細介紹。在工程應用中，常見的DCDO電源芯片有以下幾種LM7805LM2596S-AD]AMS1117-3.3,BL8092,我們將分別介紹各個芯片的優缺點，并指明在本設計中使用的電源芯片及選取理由。LM7805和LM2596S-ADI芯片都是將外部電源電壓轉換成為5V電源電壓的DCDCfe源芯片，三端集成穩壓電路LM7805可輸出+5V0.5A的穩定電源電壓，LM2596開關電壓調節器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出3A的驅動電流，同時具有很好的線性和負載調節特性。由于本系統中5V電源電壓需要驅動步進電機，故LM7805輸出的0.5A驅動電流不能產生足夠的驅動力，故在本系統設計中我們采用LM2596S-ADI這款芯片為固定輸出電壓為5V的DCD（芯片，并且驅動電流可高達3A,完全可以滿足本系統的設計需求。AMS1117-3.3和BL8092芯片都是將外部電源電壓轉換成為3.3V電源電壓的DCDCS片，BL8092是高效率電流同步模式，18V/2.5A降壓轉換器。其輸入電壓范圍為3.5V至18V,并提供可調穩壓輸出電壓0.923V至15V,同時輸出高達2A的輸出電流。AMS1117系列可調和固定穩壓器設計用于提供800mA俞出電流和1V輸入到輸出差分。器件的壓差電壓在最大輸出電流下保證最大為1.3V，在較低的負載電流下降低。片上微調將參考電壓調整為1%。電流限制也被修剪，最小化穩壓器和電源電路的過載條件下的應力。AMS1117器件與其他三端SCSI調節器引腳兼容，并采用薄型表面安裝SOT-223封裝和TO-252（DPAK塑料封裝。由于本系統設計中，3.3V電源主要為核心處理器供電，故無需特別大的驅動電流，AMS1117芯片由于外部電路簡單，輸出電壓電流穩定性高，且成本較低，故在本系統設計中，我們采用AMS117-3.3作為12V外部電源轉3.3V電源的驅動芯片。2.2.3指紋傳感器的選擇指紋傳感器作為本設計的核心傳感器部分，對于系統的性能有著至關重要的決定作用，市面上常見的傳感器有兩種，光學指紋傳感器和半導體式指紋傳感器，在本設計中，采用半導體式指紋傳感器，并在下文中詳細介紹兩種傳感器的優缺點.光學指紋傳感器是歷史最久遠，使用最廣泛的一種傳感器技術，其原理也很簡單：利用內置光源對放在識別區的手指進行照射，當光線照射在手指表面凹凸不平的線紋上時，由于紋路具有任意性，決定了反射光線的明暗度產生差異，這樣覺可以采集到指紋的圖片，從而進行指紋識別。半導體試指紋傳感器是最近新開發出來的指紋識別技術，現在市面上有的只能手機中使用的指紋識別均使用這種指紋傳感器，無論是電感式還是電容式，當手指放到由萬千半導體集成的“平面”上時，由于手指表面凹凸不平，手指哥哥部分與接觸平板的距離大小不一樣，形成的電容（電感）數值也就不一樣，傳感器將采集到不同的數據進行匯總，就完成了對指紋的采集。由于光學指紋傳感器擁有一個很強的局限性：潛在指印方面，不但會降低指紋圖像的質量，嚴重時，還可能導致兩