基于物聯網技術的智能門禁系統設計TOC\o"1-2"\h\u一、緒論 2（一）研究的背景及意義 2（二）國內外研究現狀 2二、相關技術介紹 4（一）ProteusISIS介紹 4（二）C語言介紹 4（三）JAVA語言介紹 4（四）DPS介紹 4三、系統的需求分析和設計 5（一）設計目標 5（二）設計可行性分析 5（三）功能需求概述 5（四）設計規則概述 5（五）系統功能性需求分析 5四、系統的組成 6（一）工作條件 6（二）系統硬件組成 6（三）系統軟件模塊組成 9五、系統的功能與設計 9（一）系統的主要功能 9（二）系統功能模塊設計 10六、系統的實現 12（一）實現結果 12（二）程序源代碼 12七、系統測試 16（一）測試方法 16（二）測試用例 16（三）測試結果分析 17八、總結 18參考文獻 19[摘要]隨著物聯網在我國各行各業的高速發展，生活中大部分的實物都開始運用到了物聯網技術。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，與物聯網技術結合的門禁系統就會為人們提供簡便安全的門鎖。本設計的主要目的是指紋識別的門禁系統，由單片機、按鍵、蜂鳴器、指紋模塊組成的系統。通過指紋模塊注冊指紋到系統中，使用按鍵板顯示屏會有相應的操作，設置密碼，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。[關鍵詞]安全門禁系統指紋門禁單片機一、緒論（一）研究的背景及意義科技的不斷發展，以及人們的收入水平逐漸提高。人們開始考慮各種安全的問題，與物聯網相結合的先進門禁系統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。門禁系統作為一種新型的現代安全系統，采用了自動識別技術。在全國GDP、科學技術不斷發展的現代社會，主要管理的地方主要有出入區、設備管理控制中心、財務處等，這些地方都是需要加強保護措施的，因此，有必要開發一個與他相匹配的智能門禁系統，利用該系統來識別進出人員的身份，從而進一步控制出入口。目前我國門禁系統已經大量應用到了小區、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還在大力研發。（二）國內外研究現狀目前，我國對門禁系統的研究已經從認識了解和試驗階段進入到了深入研發階段，但是在門禁系統的設計與開發過程中還有以下幾點不足的地方，主要表現為:（1）用外來研發的集成模塊；（2）模仿制造國外已經有的系統；（3）產品單一、開發成本較高。目前，國內外技術市場的不斷發展和變化，以及競爭的日益激烈，使得門禁市場和技術的發展呈現出多樣化的趨勢。對于門禁系統的應用來說已不再是一個單一的功能了，門禁技術也需要適應市場需求得到進步、創新。生物識別技術主要用于門禁系統和考勤，它包括面部識別以及最新的DNA識別。人體有且只有一個一份。這個生物識別密鑰不能被復制或遺忘。使用生物識別技術是一種安全、可靠的解決方案。（三）本設計主要工作要想做好本次設計，不但需要查閱大量的相關資料，還必須做好市場調研知識，數據采集，主要還是針對智能門禁系統的發展以及設計簡單的實物。通過查找資料來確定本次設計需要用到的硬件模塊有電源開關、復位按鍵、顯示屏、蜂鳴器、指紋模塊、藍牙模塊等，開發環境有Windows系統下的Eclipse。Eclipse是基于JAVA和C語言編程的軟件。本設計以單片機、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。通過指紋模塊將指紋錄入到系統中并在液晶屏上顯示相應的操作指示，如注冊指紋、清空指紋、設置密碼、密碼修改等操作。將手機藍牙與設備相連接可以在APP上進行密碼開鎖。二、相關技術介紹（一）ProteusISIS介紹本畢業設計最重要的就是電路板的制作與調試，ProteusISIS是一款結合了物理仿真和電路分析的軟件。它的工作是模擬和分析各種模擬設備和集成電路，具有強大的圖形繪制和創建功能，還可以將單片機仿真與SPICE電路仿真相結合。Proteus軟件主要由ARES和ISIS兩部分組成。其中ARES軟件用于繪制PCB布線，ISIS是一個能夠智能輸入圖的系統，是一個能夠實現系統設計和仿真的平臺。這個軟件是把電路仿真軟件、虛擬模型仿真軟件和PCB設計軟件合為一體的設計平臺。（二）C語言介紹C語言是一種面向過程的抽象通用編程語言，目前C語言已經得到了廣泛的應用和發展。此外，C語言是計算機語言的基礎。通常來說，只要很好地掌握了C語言，就能理解很多其他語言。C語言是一種有效的編程語言，它只使用很少的機器語言，而且不需要任何環境支持就可以運行。（三）JAVA語言介紹Java是一種簡單的、多平臺的、面向對象的語言，同時它也是分散的、結構中立的動態語言。（四）DPS介紹DPS集數值計算、統計分析、模型模擬等功能于一體。所以，DPS主要用于大量用戶的數據處理和分析工具。此外，DPS系統還結合了電子表格軟件系統和許多專業統計分析軟件的特點。相比流行的電子表格系統，DPS平臺的統計分析和數學模型仿真分析功能更強大一點。三、系統的需求分析和設計（一）設計目標此設計的主要目的是：實現對出入人員身份檢測；實現對安全的保護措施；實現更智能的門禁；實現手機短的便捷操作；（二）設計可行性分析隨著5G時代的到來，互聯網、物聯網、人工智能也在飛速的發展和創新。我國現階段的目標就是要減少勞動力，將人工智能發展到各個行業，甚至是每家每戶，實現智慧型城市。例如現在的一線城市北京、上海、廣州、深圳等都已經基本實現城市的智能化，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。其中最常應用到的是指紋門鎖，它關乎著所有家庭，行業的安全問題，最受到人們的重視。指紋門鎖取代了傳統的鑰匙，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就可以輕松地打開門鎖，還可以自己設置密碼，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已經非常的成熟了，并且應用范圍十分廣泛，像是居民樓、辦公室、學校、保險箱等需要安全保護的場所。（三）功能需求概述本設計的系統是指紋模塊與藍牙模塊與單片機雙串口相連接，根據液晶顯示屏的指示，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計的目的。（四）設計規則概述在完成本設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；保證可以廣泛應用即可。（五）系統功能性需求分析指紋傳感器采集指紋獲得數據，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果，通過藍牙模塊與手機端連接，通過手機上的數據信息進行智能門禁的開鎖。四、系統的組成（一）工作條件1.操作系統：Windows操作系統2.連接設備：藍牙3.開發環境：Eclipse、Keil4.硬件設備：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.軟件設備：PC端、手機端6.開發語言：JAVA、C語言（二）系統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1.萬用板萬用板是一個電路板，它以標準IC間隔繪制線路，帶有完整的襯墊，用戶可以根據自己的想法添加組件和接口。與專業PCB墨盒制造相比，萬用板具有以下優勢：操作簡便，成本價格低，方便擴展。萬用板在本設計重視最基本的也是最不可缺少的。2.LCD12864顯示屏12864C-1使用該模塊靈活的操作指令，可以形成完整的中文人機交互圖形用戶界面。它可以顯示8×4行、16×16點陣的漢字，還可以補充圖形。低電壓和低功耗是另一個顯著特點。與同類圖形光柵液晶顯示模塊相比，由該模塊組裝的液晶顯示系統在硬件電路結構和顯示程序上要簡單得多，價格也略低于圖形液晶顯示模塊。本設計中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）調整4CSH/L模組片選端，高電平有效5SIDH/L串行數據輸入端6CLKH/L串行同步時鐘：上升沿時讀取SID數據15PSBLL：串口方式17/RESETH/L復位端，低電平有效19AVDD背光源電壓+5V20KVSS背光源負端0V3.蜂鳴器蜂鳴器是一種電子信息報警器，是一體化的結構。它采用的是直流電壓供電，廣泛應用于電腦、打印機、復印機等電子產品作為音響設備。在本設計中，蜂鳴器的作用是：提醒指紋與數據庫中的數據不匹配或密碼輸入錯誤，是一種警報的功能。圖4.2蜂鳴器驅動電路4.存儲芯片24C02AT24C01/02/04/08/16是一種低工作電壓1K/2K/4K/8K/16K位系列電可擦只讀存儲器，內部組織為128/256/512/1024/2048字節，而且每個字節8位芯片被廣泛應用于以低電壓、低功耗的工業和商業領域。本設計中芯片主要是為了存儲數據，式指紋錄入到系統中會被存儲記住。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串行數據輸入輸出SCL串行時鐘輸入WP寫保護VCC電源GND地5.STC89C52RCSTC89C52RC單片機是宏晶科技推出的新一代快速/低功耗/超強抗干擾的單片機，指令代碼兼容傳統的8051單片機，有兩個選擇：12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期。在本設計中單片機是連接指紋模塊藍牙模塊與PC端程序存儲，數據存儲的重要硬件之一。圖4.3STC89C52RC引腳圖6.JDY-31藍牙模塊JDY-31藍牙基于藍牙3.0SPP，支持通過Windows、Linux、Android等系統進行透明數據傳輸。一般情況下，工作頻率為2.4GHz，調制方式是GFSK，最大傳輸功率為8db，最大傳輸距離為30m。它支持用戶修改設備名稱、波特率等命令。JDY-31為經典藍牙協議、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7.按鍵常用的按鍵開關是機械彈簧開關。當機械觸點開啟和關閉時，因為機械觸點的彈性操作，在關閉和不打開時，鍵開關不會立即穩定地打開。因此，在關閉和開啟時，會發生一系列的振動，為防止這種現象，相應的按鍵消抖措施就被采用了。振動時間的長短是由按鍵的機械性能決定的，通常在5ms-10ms，這是一個非常重要的時間參數，被多次使用。按鈕穩定到關閉的時間長短取決于用戶對按鈕的操作，通常從零點幾秒到幾秒不等。鍵抖動會導致多次誤擊。為了保證CPU只處理一個按鍵，必須去除鍵抖動。當密鑰被關閉并且穩定時，鍵的狀態被讀取，就必須判別到鍵釋放穩定后再作處理。（三）系統軟件模塊組成系統軟件部分包括手機端APP的設計和硬件程序代碼的設計，當系統上電之后，指紋模塊通過采集指紋數據并將數據存儲到系統中，然后根據算法將收集到的數據轉換成需要的數據。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手機端流程圖五、系統的功能與設計（一）系統的主要功能指紋門禁系統分為四個部分，指紋注冊，指紋清除等功能模塊。系統的運行和設計主要通過四個功能模塊來實現。圖5.1指紋門禁系統功能模塊圖（二）系統功能模塊設計1.指紋注冊新用戶需要注冊指紋的時候，只需把手指插入指紋模塊，采集指紋圖像，并創建指紋模型，然后通過存儲芯片儲存到系統中。這樣一個新的指紋就注冊成功了。圖5.2指紋注冊2.指紋清除當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，清除系統中指定清除的指紋，當蜂鳴器梁旭響兩聲，就證明指定的指紋被清除了。圖5.3指紋清除3.單片機程序本設計采用的是STC89C52單片機，單片機的主要任務是完成上位機與下位機以及各模塊之間的通信。此外，根據各模塊的指令發送相應的命令。得到識別結果后，根據結果控制液晶顯示屏、蜂鳴器、電子鎖。圖5.4單片機程序4.液晶顯示屏程序本設計使用的是LCD12864顯示屏，用戶根據操作說明的指令系統，給模塊發送指令，系統來完成相對應的功能。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液晶顯示屏程序六、系統的實現（一）實現結果1.手機端APP實現結果圖6.1手機APP界面2.硬件實物連線結果圖6.2實物圖（二）程序源代碼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。2.刪除指紋源碼刪除一個指紋先輸入刪除的指紋編號，然后系統會將存儲的信息清空，指紋就從存儲系統中刪除了。3.修改密碼源碼輸入當前的密碼，然后再將新密碼連續輸入兩次，若兩次密碼匹配則修改成功，若兩次密碼不同則修改失敗。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。七、系統測試（一）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，數據信息是否準確，當所有模塊測試完畢，進行統一測試。（二）測試用例1.指紋注冊測試當有新用戶需要注冊一個指紋時，液晶顯示屏會顯示指紋注冊，將要注冊的手指放到指紋模塊上，等待幾秒鐘，當蜂鳴器響起液晶顯示屏會出現注冊成功的字樣。圖7.1指紋注冊2.指紋清除測試當用戶要清除指紋時，使用按鍵刪除，將要清除的指紋編號輸入，等蜂鳴器連續響應兩聲之后，再將手指放到指紋模塊上，液晶顯示屏會出現指紋識別失敗，即說明指紋清除成功。圖7.2清除指紋3.修改密碼測試當用戶修改密碼時，先將就密碼輸入，然后顯示屏就會出現修改密碼的字樣，將新密碼連續輸入兩次之后，即修改密碼成功。圖7.3修改密碼4.手機APP測試通過藍牙連接，手機APP會顯示輸入密碼解鎖，當輸入正確的密碼時，電子鎖會自動解開。圖7.4手機APP開鎖（三）測試結果分析通過測試，本系統實際運行與設計要求想符合，滿足設計目標。在進行測試時，由于受到手指出汗、干燥等因素影響，需要將手指多次放到指紋模塊上去識別信息。當指紋與存儲信息庫中相匹配，門鎖就會自動打開。八、總結物聯網的發展在我國的前景是非常客觀的，雖然現在基于物聯網的門禁系統功能還不是很全面，但是隨著人工智能的發展，門禁系統還有更多功能被研發出來。本設計是基于單片機做的一個指紋門禁系統。經過4個月左右的時間，我的畢業設計基本上已經完成了，在制作畢業設計的這段時間我遇到了很多的問題，從剛開始制作實物，需要自己去上網查閱資料，觀看視頻，然后動手去做，像制作途中電路的設計，各個模塊的位置都是需要提前準備好的。通過這次的畢業設計也更加了解了自己的專業知識掌握的還不夠全面，動手能力也幾乎是實驗小白，也正是因為有了畢業設計才能更好的去完善自己在專業方面的不足，提高了做實驗的能力，為以后工作打好基礎。畢業設計是對我們大學四年專業知識的考核，檢驗我們能力的一種測驗，完成了畢業設計也就代表我們大學四年的學習生涯結束了。即將面對的是社會對我們專業知識的考驗。相信這次的畢業設計也會對我在未來工作有一定的幫助，期待在未來成為更好的自己參考文獻[1]林俊強,唐艷鳳,鄭煥坡,馬振豐.基于物聯網云平臺的智能門禁系統設計[J].物聯網技術,2022,12(01):95-98.DOI:10.16667/j.issn.2095-1302.2022.01.027.[2]張慈杭,高明亮,許崇耀,逯勝建,高麒,閆靖,高際惟.基于物聯網技術的配電站室