基于指纹检测识别的开放式实验室管理系统设计

基于指纹检测识别的开放式实验室管理系统设计

姜宝华 刘培学 刘昱

青岛黄海学院 智能制造学院

摘要：指纹识别技术已成为应用广泛且安全高效的身份识别技术，有着广阔的应用前景和市场价值。基于指纹识别技术设计了一个简单的指纹签到管理系统，完成对开放式实验室的管理任务。概述了指纹识别技术在国内外的发展现状，结合该系统要实现的功能综合对比给出了设计方案，系统具有十分重要的应用价值。

关键词：STC12C5A60S2；LCD12864；指纹模块；串口通信；上位机控制

0 引言

学校的电子实验室作为电子专业实践验证平台，拥有现代化的电子仪器设备，为师生提供了学习交流的场所。因此很受同学们的欢迎，每年都会有一批同学踊跃报名成为实验室的一员，开始他们忙碌而充实的大学生活。但是实验室作为一个开放场所管理比较自由，而且实验室各成员来自不同班级作息活动时间不同，这给实验室的管理带来了很大的麻烦。基于指纹识别的开放式实验室管理系统设计，通过采集进出人员的指纹信息完成签到登记实现开放式实验室的管理具有十分重要的意义。

1 指纹管理系统的总体设计

1.1系统结构

单片机指纹签到管理系统主要由：指纹模块，显示模块，2×4键盘，管理系统四部分组成，系统框图如图1所示。

Fig.1 System overall design block diagram

通过双USB口电脑给整个系统供电，控制中心控制显示模块实时显示信息，指纹模块、上位机管理系统和电脑之间实现串口通信，2×4键盘控制单片机实现录入、删除、查询功能，通过串口通信帮助单片机和上位机实现数据传输。

1.2系统硬件设计

系统外围设备的核心是指纹采集模块，采用了FM-7光学感应指纹图像装置，其本身自带数字信号处理装置性能好、速度快，接收头是指纹传感器，该装置不需要软件系统控制，装置本身可以实现指纹录入、整理采集图库、对比图像还有检测和保存等功能，与单片机通过串口连接。

2系统软件设计

2.1系统软件设计分析

应用程序的开发分为指纹识别模块的应用开发、LCD显示的开发、按键程序、上位机控制开发等。在硬件设计中，使用Keil来作为单片机软件开发环境，由于C语言方便模块化编程，所以可以将源程序分为几个模块，然后由编译器生成最终文档。调试工具用于程序编写和模拟调试，所以能够轻松编写和测试，最后下载到单片机寄存器中进行测试。首先单片机上电初始化单片机,同时主程序中还必须初始化液晶、按键模块、指纹模块、上位机通信串口。当有一个功能按键被手动启动，那么控制中心就控制液晶显示功能提示，控制芯片也利用串行接口管理指纹模块。

2.2上位机管理系统设计

指纹签到管理系统是用VB编写的，其中用到了串口控件、单选钮控件、图像控件、文本框控件。软件系统的操作：打开实验室考勤签到系统→输入密码→（123456）→登录

Fig.2 host computer management flow chart

→打开串口并调试成功→输入个人ID、学号、姓名并保存→按下按键签到→放置手指签到→接收‘ID’→点击签到确认→数据储存。数据管理，可以添加请假、旷课，可以查询、删除信息。流程图见上图2。

3 系统测试

该装置分为硬件装置和软件控制系统两部分。硬件装置是由单片机控制实现指纹的录入和签到。上位机则主要实现指纹签到的信息管理和查询。系统的调试通过各个模块逐一调试。

3.1 硬件装置的调试

调试控制芯片基本系统：STC12C5A60S2单片机、时钟源电路、初始化复位电路，焊接好基本电路后，使用万用表测试基本系统是否满足基本工作，写入一段简短的小程序，观察各引脚电平变化是否对应，如果对应则时钟信号电路和控制芯片能够正常工作。手动复位按键测试外部复位是否能够正常初始化。

调试指纹模块：首先参考FM-70指纹模块数据手册，将指纹模块引脚与相应要控制的单片机引脚连接，使用万用表测试连接确保硬件电路连接正确。给单片机上电，观察指纹模块的初始化是否正确，然后按下功能按键查看指纹模块是否执行相应的功能，是否能够实现简单的指纹录入、对比控制。重复调试程序直到指纹模块能够正确运行。

调试液晶模块：首先显示模块与相应的单片机引脚连接好，并使用万用表测试引脚是否连接正确。上电观察该液晶的显示是否清晰，如果太暗则需要通过电位器调节到合适亮度。然后将LCD12864程序导入单片机，看显示屏的显示结果是否正确，如果不正确则需要调试程序直到显示结果与所期望的显示相同，液晶调试完成。

3.2 管理系统的运行分析

上位机系统操作：首先打开实验室考勤签到系统，出现登录界面输入密码进入管理界面；接着选择适合的串口，串口的选择可以通过查询计算机设备管理器查看；通过硬件装

Fig.3PC software management system

置先录入需要存储的指纹，然后在管理界面输入相应的身份信息包括：ID、学号、姓名，然后点击添加按键；当按下‘签到’按键时，如果该指纹已储存在单片机中则上位机系统就会通过串口反馈指纹ID，点击‘签到确认’，便会签到成功。上图3为管理系统界面。

4 结束语

本课题设计的是一个能够用于开放式实验管理的系统，系统硬件设备完成的功能：指纹信息采集、信息比对并将结果显示在液晶屏上，上位机主要用于方便整体的信息查询和管理。截至目前，本控制系统能够满足基本的使用功能，可以进行测试使用，但是系统仍存在很多不完善的地方，例如指纹模块有时录入指纹不灵敏，上位机系统有时会卡顿。下一段时间的工作就是继续完善以上功能、查找和调试本设计所出现的故障并进一步提高系统的稳定性。

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