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指纹防盗门控制系统设计论文

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2

个人收集整理 勿做商业用途

攀枝花学院本科毕业设计（论文）

[指纹防盗门控制系统设计］

学生姓名： 陈胤龙
学生学号： 200510601203
院（系）： 机电工程学院
年级专业： 2005级机械设计制造及其自动化
指导教师： 谢永春 教授

二〇〇九年六月

目 录

摘 要 I
ABSTRACT II
1 绪论 1
1。1 指纹识别的历史与发展前景 1
1。2 指纹识别中的基本概念与发展现状 1
1.3 系统总体设计方案和论文结构 2
1.4。1 基本组成 3
1.4.2 FSC7002基本性能参数 3
1。4.3 FSC7002主要功能特性简介 3
1.4.5 FSC7002 64 封装管脚分布图: 5
1。4。6 FSC7002 64 封装管脚描述： 5
1。5 开发环境简介 7
2 方案设计与论证 8
2.1设计要求 8
2。1。1基本要求 8
2。2 总体设计概论 8
2。3 各基本模块的方案设计与论证 8
2。3。1指纹传感器 8
2。3。2 锁具驱动电机 9
2。3.3数据的传输方处理方式 10
2.3。4 提示输出模块 11
2。4 系统各模块的最终方案 11
3 系统的硬件设计与实现 12
3.1 系统硬件的基本组成部分 12
3。2 各单元电路的设计 12
3。2。1 FSC7002芯片结构电路 12
3。2.2 直流电机控制电路 13
3。2。3 指纹传感器接口电路 13
3.2。4 片外SPI FLASH数据存储器电路 15
3。2。5 启动按键电路 15
3.2。6 注册按键电路 15
3.2。7 删除按键电路 16
3。2.8 声音输出电路 16
3。2.9 电源管理电路 16
3。2 锁具驱动机构设计 17
4 系统软件设计 18
4。1 编程思路 18
4。2 主程序流程图 18
4。3 子程序说明 19
4。3。1 系统初始化 19
4。3。8 指纹识别 40
4。3.9 动力电机控制 50
4。3.10 语音播报 52
5 系统的测试 56
5。1 动力电机测试 56
5。2 光电传感器测试 56
5.3 语音测试 56
5.4 读取键值测试 56
总 结 58
参考文献 59
附录A 控制板块接口介绍及操作说明 60
附录B 主要元器件清单表 63
附录C 程序清单 64
附录D 服务程序 75
附录E 实物图片 81
致 谢 83

摘 要

指纹识别技是一项利用了生物技术，电子技术等的综合技术。随着科学技术的日益发展,指纹识别技术也不断成熟并广泛应用于社会各个行业,收到了良好效果.
指纹防盗门控制系统打破了传统意义上防盗门的技术特性,它是集成了光学、机械、电子及指纹核心算法技术于一身。
本文首先在绪论介绍了指纹识别技术发展状况及指纹识别专用芯片相关知识。在第二章论述了总体的方案设计与论证, 确定了技术指标及器件的型号；第三章是硬件设计与实现，着重描述了系统硬件电路设计及电路功能；第四章重点剖析了软件的结构设计和软件功能的实现;最后在第五章中具体论述了系统的调试.

关键词: 指纹识别技术,指纹芯片,指纹采集器，锁具

ABSTRACT

Fingerprint identification technology is a use of bio-technology, electronics technology， integrated technology。 With the increasing development of science and technology， fingerprint recognition technology has been mature and widely used in various industries， with good results.
Fingerprint security door control system to break the traditional sense of the technical characteristics of anti-theft door, which is integrated optical， mechanical, electronic and fingerprint technology in a core algorithm。
     Introduction to this paper， we first introduced the development of fingerprint recognition technology and fingerprint recognition knowledge ASIC。 In the second chapter on the overall program design and demonstration of technical indicators and to identify the device type； third chapter is the hardware design and implementation, focusing on description of the system hardware circuit design and circuit function; fourth chapter focuses on the structural analysis software design and realization of software; the final in the fifth chapter discusses the specific debugging systems。本文为互联网收集,请勿用作商业用途本文为互联网收集，请勿用作商业用途

Keywords: Fingerprint recognition technology, Fingerprint chip, Fingerprint collector, Lock

II

1 绪论

1.1 指纹识别的历史与发展前景
19世纪初，科学研究发现了至今仍然承认的指纹的两个重要特征，一是两个不同手指的指纹纹脊的式样(radge pattern）不同,另外一个是指纹纹脊的式样终生不改变。这个研究成果使得指纹在犯罪鉴别中得以正式应用。主要代表性的事件有：1896年阿根廷首次应用，然后是1901年的苏格兰，20世纪初其他国家也相继应用到犯罪鉴别中.20世纪60年代，由于计算机可以有效的处理图形，人们开始着手研究利用计算机来处理指纹。从那时起，自动指纹识别系统AFIS (Automated Fingerprint Identification System)在法律实施方面的研究和应用在世界许多国家展开。
20世纪80年代,个人电脑、光学扫描这两项技术的革新，使得它们作为指纹取像的工具成为现实,从而使指纹识别可以在其他领域中得以应用，比如代替IC卡.现在(90年代后期），低价位取像设备的引入及其飞速发展，可靠的比对算法的发现为个人身份识别应用的增长提供了舞台。
相对于其他身份鉴定技术，指纹识别技术之所以优于其他身份鉴定技术而被广泛采用的原因：
1．指纹是独一无二的,两人之间不存在着相同的指纹:
2．指纹是相当固定的，不会随年龄、健康状况的变化而改变；
3．指纹样本易于采集，难以伪造，便于开发，实用性强；
4．每个人十指的指纹皆不相同，可以利用多个指纹构成多重口令，提高系统的安全性；
5．指纹识别中使用的模板并非最初的指纹图像，而是由图像提取的关键特征，使所需存储的信息量减小，而且在实现异地确认时,可以大大减少网络传输负担，支持网络功能。
可以看出，指纹识别技术相对于其他识别方法有许多独到之处，具有很高的实用性和可行性。因此，指纹识别成为最流行、最方便、最可靠的身份认证方式，己经在社会生活的诸多方面得到广泛应用。

1。2 指纹识别中的基本概念与发展现状
指纹图像其实是比较复杂的,它有着许多不同于其他图像的特征.与人工处理不同，现代的生物识别技术并不直接存储指纹的图像(一是考虑到隐私权，二是由于储存空间）,而是记录从指纹源图像中提取到的特征,指纹识别算法最终都归
结为在指纹图像上找到并比对指纹的特征.我们定义了指纹的两类特征来进行指纹的验证:总体特征和局部特征.总体特征是指那些用人眼直接就可以观察到的特征，包括:基本纹路图案：环型（loop），拱型(arch)，漩涡型（whorl)。其他的指纹图案都基于这三种基本图案。仅仅依靠图案类型来分辨指纹是远远不够的，这只是一个粗略的分类，但通过分类使得在大数据库中搜寻指纹更为方的，这只是一个粗略的分类，但通过分类使得在大数据库中搜寻指纹更为方便。指纹图像类别比例是这样的：漩涡型(包括whorl double whorl)占27。9%,环型(包括right loop，left loop)占65。5％，拱型（包括arch，tented arch）占6。60I0。
长期以来，随着科学技术和电子信息业的迅猛发展，世界各国争先在指纹识别这一领域进行研究，由于它具有唯一性和稳定性等特点,受到计算机自动化办公系统、金融保险、电子商务、社保、身份证管理、证券业、防伪等行业，以及军方和警方的普遍应用。我国自上世纪90年代由中科院自动化研究所牵头开始进行这一技术的研究，经在众多行业的实际应用，各项技术指标日趋稳定成熟,性能安全可靠,并取得了非常可观的经济效益和良好的社会效果。目前我国的指纹自动识别技术已广泛应用到各个领域，并在世界同行业处于领先水平。

1.3 系统总体设计方案和论文结构
硬件平台大致可以分为5个部分：成像系统（传感器HV7131)、核心部分（FSC7002指纹识别芯片控制模块）、锁具驱动电机、电源输入、音频输出设备等器件。
工作原理：指纹经传感器采集后，由传感器直接转成RGB格式，并且数据传输到FSC7002芯片中,FSC7002需要执行大量的模式识别和图像处理相关计算.固化的程序存储在SPI Flash中,这些指令控制了整个指纹识别系统的工作流程。数据传输（PAD）/命令控制（PAR)总线可分别由DMA控制单元（内部或扩展）或片上FMCU8KB控制，这就构成数据通道.
在指纹算法方面，研究基于细节点特征指纹自动识别系统的各部分构成以及指纹图像的预处理和细节特征提取。
文章第一部分首先提出了本次设计方案并进行了技术上的论证。
第二部分介绍了硬件系统的结构设计和实现，如：指纹传感器电路设计，电源电路设计，电机控制电路实现等等 。
第三部分介绍了指纹识别系统的软件流程及各项功能的实现。
第四部分介绍了系统的调试方式。

1.4 FSC7002指纹识别专用芯片介绍
1。4.1 基本组成
FSC7002 是基于Finchos IC—Bus Rev。A2总线结构、8BITS FMCU8KB 嵌入式微控制器、FID116KMG指纹识别处理模块的专用指纹识别集成电路.其提供32可编程接口，SPI FLASH接口，SPI指纹传感器接口，光电传感器通讯接口，DMA数据\命令控制通道,UART通讯\调试接口，PWM音频输出接口，通过内嵌的微控制器对片上各功能单元与外部芯片的协调，可快速构建高性能低成本的用户定制化指纹识别应用系统。
1.4。2 FSC7002基本性能参数
表1.1 FSC7002基本性能参数
项目
性能
比对方式
1：N，1:1
采集时间
< 0。5s
1:1 比对时间
< 4ms
识别角度
支持360o 旋转，面阵式通过学习功能实现，滑动式支持正反刮功能。
存储容量
由片外FLASH 确定，最大支持16Mbyte
工作环境
温度：−20o～ 60o ，湿度: 20％ ～95％
静态工作电流
110mA
动态工作电流
120mA
系统软件加载
<10ms
ESD
HBM—2KV MM—200V
1。4.3 FSC7002主要功能特性简介
■ Finchos-Bus Rev.A2
Finchos-Bus Rev。A2是FINCHOS开发的片上数据传输(PAD）/命令控制(PAR）总线，支持4个master和6个slaver间的总线互连，可在任意master和slaver之间进行数据传输，支持同时四对master和slaver之间的数据高速传输。其中数据传输（PAD）/命令控制（PAR）总线可分别由DMA控制单元（内部或扩展）或片上FMCU8KB控制。
■ FMCU8KB 嵌入式微控制器。
FMCU8KB是FINCHOS开发的高速度8BITS微处理器，其内嵌8KB程序\数据缓冲器，128byte的核内缓存、兼容8051指令集,3级流水线结构，可使用通用8051软件开发工具进行软件开发。FMCU8KB用于协调片上功能单元与外部芯片的工作协同。
■ FID116KMG指纹识别处理模块
FID116KMG是FINCHOS开发的指纹识别功能模块,由指纹图像预处理、指纹图像增强、指纹特征信息提取、指纹特征比对、指纹模板建立等子模块构成.FID116KMG指纹识别处理模块使用FINCHOS独特且有效的指纹识别算法,降低最终用户使用指纹技术的复杂度，提供优秀的指纹识别性能。
■ SPI Master Interface
SPI Master接口，支持SPI四种工作模式，SPI速率196kbps～50Mbps，所有的工作模式均可通过片上FMCU8KB配置，包含16x32bit的数据缓冲器，通过片上总线的控制，实现与片外SPI设备间的高速数据交换。
■ SPI master interface for Slaver SPI flash
提供对外部SPI-Flash的控制, 内部包括一条自动读写Flash的通道和一条SPI 数据通道，可实现SPI FLASH的读写操作。通过配置对应寄存器的值可确定FLASH操作类型。可自动完成对预定目标的读写操作。
■ Parallel Photoelectric Interface for Fingerprint Sensor
提供光电式指纹传感器接口（并行口），兼容多种光电式指纹传感器，支持对图像的开窗操作，用于选取需要分析的图像区域。可调整同步信号的极性以适应多种光电传感器.可由片上输出指纹传感器所需时钟信号。输入图像的色度空间转换与尺度缩放，由芯片中的图像预处理部分实现。
■ Extend DMA Data/Command control Channel
通过外部的Extend DMA Data/Command（EDMA）控制通道可直接控制芯片内部存储器，包括数据总线（PAD)、控制命令总线（PAR）。用于扩展片外高速协处理器。
■ 32 GPIO Interface提供32Bits 用户可编程配置的输入\输出双向接口.
■ UART Communication\Debug Interface
提供符合RS232 标准通用异步通信串口(UART），通过配置定时器可以实现不同的波特率下UART 接口设备间的通信，可实现外部控制、调试、数据通讯等多种功能。
■ PWM Audio Interface
脉冲宽度调制Pulse Width Modulate(PWM）是基于纯数字技术,将数字语音信号直接转换为脉冲宽度调制波，并通过低通滤波器生成模拟语音信号，具有功耗小，工艺适应能力强等特点。支持wav 文件语音文件播放，支持8khz/8bit，11khz/8bits,22khz/8bits 三种格式。
■ FID116KMG 指纹识别模块
FID116KMG 是FINCHOS 开发的指纹识别功能模块，由指纹图像预处理、指纹图像增强、指纹特征信息提取、指纹特征比对、指纹模板建立等子模块构成.FID116KMG 指纹识别处理模块使用FINCHOS 独特且有效的指纹识别算法,显著降低最终用户使用指纹技术的复杂度,并提供优秀的指纹识别性能。
1.4.4 FSC7002 系统框图

图1。1 FSC7002系统框图
1.4。5 FSC7002 64 封装管脚分布图：

图1。2 FSC7002 64 封装管脚分布图
1.4。6 FSC7002 64 封装管脚描述:
表1。2 FSC7002 64 封装管脚描述
Pin
Type
Symbol
Description
1
I
AVDD
Analog power supply +1.8V.
2
I
AVSS
Analog ground。
3
I
AVDD
Analog power supply +1。8V.
4
I
AVSS
Analog ground.
5
O
TEST
PLL test output， Not used for user。 Drive： 12mA
6
I
CLK
System clock input。
7
G
VSS
Core ground。
8
P
VDD
Core power supply +1。8V.
9
IO
P04
F8051 port0. Drive： 12mA
10
IO
P05
F8051 port0. Drive: 12mA
11
IO
P06
F8051 port0。 Drive: 12mA
12
IO
P07
F8051 port0. Drive： 12mA
13
G
VSS
Digital IO ground。
14
P
VDD IO
Digital IO power supply +3。3V。
15
IO
P00
F8051 port0。 Drive: 12mA
16
IO
P01
F8051 port0. Drive： 12mA
17
IO
P02
F8051 port0。 Drive: 12mA
18
IO
P03
F8051 port0. Drive: 12mA
19
I
RXD
UART input.
20
O
TXD
UART output. Drive： 12mA
21
G
VSS CORE
Core ground
22
P
VDD CORE
Core power supply +1。8V.
23
I
INT0
Interrupt0 input。
24
O
PWM
PWM output。 Drive: 12mA
25
I
TEST
Test pin， Connected to ground for user.
26
I
TEST
Test pin， Connected to ground for user。
27
G
VSS IO
Digital IO ground
28
P
VDD IO
Digital IO power supply +3。3V.
29
I
RST#
System reset input, Active low。
30
IO
P37
F8051 port3. Drive： 12mA
31
IO
P36
F8051 port3。 Drive： 12mA
32
IO
P35
F8051 port3。 Drive: 12mA
33
IO
P34
F8051 port3。 Drive： 12mA
34
O
SCS＃
Serial flash interface， chip select output。 Drive： 12mA
35
I
MISO
Serial flash interface, serial input。
36
O
MOSI
Serial flash interface， serial output。
37
O
SCK
Serial flash interface， serial clock output.
38
I
SPEED—SEL
Program load speed select, ‘High” for high speed
39
O
CKO
Clock output. Drive： 12mA
40
I
PCK
Video pixel clock input.
41
I
DATA0
Image input data bit 0。
42
I
DATA1
Image input data bit 1。
43
I
DATA2
Image input data bit 2。
44
I
DATA3
Image input data bit 3.
45
G
VSS CORE
Core ground.
46
P
VDD CORE
Core power supply +1。8V。
47
G
VSS IO
Digital IO ground
48
P
VDD IO
Digital IO power supply +3。3V
49
IO
P33
F8051 port3。 Drive: 12mA
50
IO
P32
F8051 port3. Drive: 12mA
51
IO
P31
F8051 port3。 Drive: 12mA
52
IO
P30
F8051 port3。 Drive： 12mA
53
G
VSS CORE
Core ground.
54
P
VDD CORE
Core power supply +1。8V。
55
I
SPI—MISO
SPI master， serial input.
56
O
SPI-SCK
SPI master, serial clock。 Drive： 12mA
57
O
SPI-MOSI
SPI master, serial output。 Drive: 12mA
58
O
SPI—SCS#
SPI master， slave device select signal. Drive: 12mA
59
I
DATA4
Image input data bit 4.
60
I
DATA5
Image input data bit 5。
61
I
DATA6
Image input data bit 6。
62
I
DATA7
Image input data bit 7.
63
I
HS
Video horizontal line synchronization signal。
64
I
VS
Video frame synchronization signal。
1.5 开发环境简介
本次设计分为硬件部分和软件部分，硬件部分的是在FSC7002指纹识别芯片的基础上,通过实现各项功能的要求开发。软件部分采用VC环境开发.两者的开发过程基本相似，分为项目的建立→代码的编写→编译→仿真环境中的运行调试→加载→硬件实际环境中的运行。

18

2 方案设计与论证

2.1设计要求
2.1.1基本要求
1、系统能够有效识别指纹.
2、系统能够准确地将采集到的指纹与系统中已存的指纹进行对比处理。
3、系统能够准确将指纹比对的结果通过语音输出。
4、系统能够准确将指纹比对的正确结果输出并控制电机正反转。

2。2 总体设计概论
根据每个人指纹的唯一性，确定以指纹作为钥匙。通过在系统中的预先建档，将个人的指纹通过指纹采集器存储到SPI FLASH中.当用户有访问需要时，指纹传感器采集用户指纹的特征信息，将指纹特征值交给芯片进行分析比对，决定用户是否有访问的权限.如果用户拥有需要的权限，在验证通过之后,芯片输出控制信号驱动门控直流电机实现对锁的控制；如果用户没有相应的权限，验证后会给出验证失败的信息.
系统应该分为机械部分和电子控制部分,机械部分的负责将控制锁具的琐舌进退，电子控制部分主要是负责指纹传感器数据采集、处理，数据传输控制，电机运动控制，键盘数据处理，语音控制等。以下为指纹防盗门控制系统结构框图：

图2.1 指纹防盗门控制系统结构框图

2.3 各基本模块的方案设计与论证
2.3.1指纹传感器
指纹的采集识别需传感器（Sensor）。以下就传感器的选择做方案设计和论证.
方案一：光学指纹传感器
原理：利用光的全反射(FTIR）来成像。光源光线照射到压有指纹的玻璃表面形成反射光线，反射光线再经过凸镜聚焦后由CCD或者CMOS去捕获成像.由于指纹的嵴和峪凹凸不同，形成的反射光的量也就不同。光线经玻璃照射到峪的地方后在玻璃与空气的界面发生全反射,光线被反射到CCD或CMOS，而射向嵴的光线不发生全反射，而是被嵴与玻璃的接触面吸收或者漫反射到别的方向,这样CCD或CMOS就无法获得这部分光线，从而形成了指纹嵴与峪的图像。
优点：能承受一定程度温度变化,稳定性很好，抗静电能力强，产品成本低，使用寿命长，分辨率高，可以达到500DPI以上。
缺点:受光路限制,无畸变型采集器尺寸较大；采集窗口表面容易有痕迹遗留,影响下次采集精确度；CCD器件可能因寿命老化，降低图像质量。
方案二：半导体指纹传感器
原理:主要是利用电容、电场（也即我们所说的电感式)、温度、压力的原理实现指纹图像的采集。在一块集成有成千上万半导体器件的“平板"上，手指贴在其上与其构成了电容（电感）的另一面，由于手指平面凸凹不平，凸点处和凹点处接触平板的实际距离大小就不一样，形成的电容/电感数值也就不一样,设备根据这个原理将采集到的不同的数值汇总，也就完成了指纹的采集。
优点：图像质量较好，一般无畸变;尺寸较小，容易集成到其他设备中去.
缺点:耐用性和环境适应性差，尤其在一些较恶劣的环境中，如在抗静电能力、抗腐蚀能力、抗压力等方面不足；图像面积小，可能降低识别的准确性，并导致用户使用的不方便.
方案三：超声波传感器
原理：通过采集器中装置发射超声波,根据经过手指表面，采集器表面和空气的回波来测量反射距离，从而可以得到手指表面凹凸不平的图像.
优点：超声波可以穿透灰尘和汗渍等，从而得到更加优质的质问图像.
缺点:由于超声波采集器尚没有大规模的使用，很难准确评价，技术水平也也还不够成熟。
2。3。2 锁具驱动电机
系统要求通过电机的正反转实现对锁具的开启与关闭功能.为使控制系统能准确控制锁具锁舌的进给量和退出量准确，这就需要对电机进行选择和传动机构进行合理计算和设计，从而保证使电机能精确制动。
（一）：驱动电机
方案一：步进电机
原理：步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
优点：在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响,在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
缺点:静转矩小，成本高，需要驱动电路，控制复杂。
方案二：直流电机
原理：它是以导体在磁场中运动而产生感应电动势和载流导在磁场中受到力的作用而转动。
优点:调速方便,体积也较小,功率也较小。电路简单，成本低，静转矩高。
缺点：不容易对进给量的控制,需要对输出的转速进行转换,变速。
基于以上分析，考虑到设计成本和技术处理上能够在简单条件下实现基本精确控制因此选用直流电机进行变速处理即可。
2.3。3数据的传输方处理方式
指纹传感器与控制芯片间，与外部Flash数据存取，与外部控制器件等，都要求采取一定的通信方式，更好实现数据的同步传输。
方案一：SPI（Serial Peripheral Interface）串行外设接口总线数据传输方式
原理:SPI 是一种允许一个主设备启动一个与从设备的同步通讯的协议，从而完成数据的交换；也就是SPI是一种规定好的通讯方式，一般4根就够基本通讯了。用于MCU与各种外围设备以串行方式进行通信，系统可配置为主或从操作模式。
特点：全双工、3线同步传输; 占用端口较少；同时传输速度也很高。
方案二：I2C总线数据传输方式
原理：只要求两条总线线路：一条串行数据线SDA 一条串行时钟线SCL每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址和一直存在的简单的主机从机关系软件设定地址主机可以作为主机发送器或主机接收器它是一个真正的多主机总线如果两个或更多主机同时初始化数据传输可以通过冲突检测和仲裁，防止数据被破坏串行的8 位双向数据传输位速率在标准模式下可达100kbit/s 快速模式下可达400kbit/s 高速模式下可达3.4Mbit/s。
特点： 全双工数据传输，信号线数量较少;具有多重主控能力，合理利用了总线的数据处理能力。
方案三：UART总线数据传输方式
原理：UART总线是异步串口，因此一般比前两种同步串口的结构要复杂很多，一般由波特率产生器(产生的波特率等于传输波特率的16倍）、UART接收器、UART发送器组成，硬件上由两根线，一根用于发送，一根用于接收。
特点：结构复杂,能实现全双工通信方式，需要固定的波特率。
2。3。4 提示输出模块
系统在用户对身份进行验证时，需要进行提示。我们考虑有以下两种方案。
方案一：使用液晶显示器相应的汉字提示信息.
优点：液晶显示屏(LCD）具有轻薄短小，界面友好，低耗电能，无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高,抗干扰能力强，用户系统通过串行命令控制液晶的显示等特点。
缺点：液晶是以点阵的模式显示各种符号，需要利用控制芯片创建字符库，编程工作量大。
方案二:使用扬声器进行语音提示。
优点：扬声器提示更加直观、亲切、准确，用户能清楚获悉当前系统在状态。
缺点：易受周围噪音干扰。
根据以上的论述，采用方案一。在本系统中,我们采用了扬声器进行系统提示,使之更为直观、简介。

2.4 系统各模块的最终方案
经过仔细分析和论证，决定了系统各基本要求的实现方案如下。
（1）、控制芯片： 采用成都方程式开发的FSC7002指纹识别专用芯片控制。
（2）、控制模块: 采用Finchos 085集成模块。
（3)、指纹传感器： 采用HV7131光学指纹传感器。
(4）、锁具驱动电机：采用直流电机实现锁具开启与关闭
(5)、提示模块： 采用8欧0。5瓦普通扬声器。
(6)、数据传输方式:芯片与传感器采用I2C方式实现，芯片与Flash采用SPI通信协议，模块与外部控制器采用UART接口方式通信。

3 系统的硬件设计与实现

3。1 系统硬件的基本组成部分
本课题是一个机，电，光一体的综合设计，在设计中运用了检测技术,自动识别控制技术和电子技术.主板中的单元电路见表3.1：
表 3.1单元电路
序号
名称
备注
1
FSC7002芯片引脚结构电路
各引脚功能电路
2
直流电机控制电路
驱动电机运动，控制正反转
3
指纹数据采集电路
指纹采集器电源输入电路
4
SPI FLASH数据存储器电路
存储器结构电路
5
3个功能开关电路
启动、注册、删除功能按键电路
6
声音控制电路
实现音频输出控制电路
7
电源管理电路
模块电压管理电路

3。2 各单元电路的设计
3。2.1 FSC7002芯片结构电路
本设计采用了64 管脚芯片，每个引脚都实现着不同的功能，因而每个管脚接入的电路也不一样。

图3.1 FSC7002芯片结构电路
3.2。2 直流电机控制电路
直流电机控制电路主要是对正反转控制，实现对锁具锁舌的进给和后退动作。其单元控制电路如图3。4所示.

图3。2 直流电机控制单元电路
其中MOTO+CTR、MOTO—CTR为电源控制信号输入端，MOTO+、MOTO—是直流电机的两个接线柱，通过芯片中集成的F8051微控制器在软件的控制下实现电机的正反转。
3。2。3 指纹传感器接口电路
系统要求指纹传感器能准确将对手指进行检测识别,在完整采集并存储于系统存储快中。通过I2C总线对COMS板中采像芯片OV7120设置有关参数;从COMS板提取指纹采像数据并暂存于存储器中；每存取一帧图像数据即通过并口（EPP模式）向控制芯片发出请求信号;根据控制芯片发出的数据提取信号将指纹图像数据输入系统进行有关处理从而完成传感器的整个电路结构.
1、HV7131光学指纹采集器结构原理
它由弹性膜、光学玻璃波导板、微型光源、透镜组、CCD成像装置和控制电路组成，其结构如图3。3所示。
　　微型光源采用普通发光管，发出的是散射光,光线经过平行窄缝后从波导板的侧面入射到波导板内。波导板是用经过精加工的光学冕玻璃制成,其上下两侧都是空气间隙.由于光线经过波导板时要形成全内反射条件，所以对于光学玻璃上下表面的平行度和材料的折射率都有一定要求。适当调整光源到波导板的距离,使光线在波导板内形成全内反射。理想情况下,应当没有光线由波导板上下两侧泄露出去，从波导板下面往上看将是黑色背景。但这种情况在实际条件下很难达到，总会有部分光由于不满足反射条件而射出波导板，形成背景干扰光。 在使用时，将手指与弹性膜接触，施加一定压力，与手指接触的那部分弹性膜将紧帖在波导板上.由于弹性膜很薄，而且具有一定柔性，所以细小的指纹纹脊和纹谷特征能通过弹性膜很好地显示出来。
HV7131光学指纹采集器是歀高分辨率指纹传感器，它由塑料套件、棱镜、透镜、面光源、指纹专用CMOS成像芯片组成。其外观如图：

图3.3 HV7131光学指纹采集器外观
光是由RGB三个基色组成的，HV7131光学指纹传感器对光的敏感度是不同的,其对光的相对敏感度如图3.4所示。其中R代表红光、G代表绿光、B代表蓝光。

图3.4 HV7131光学指纹传感器对光的相对敏感度
2、HV7131光学指纹采集器引脚及电源输入电路
它一共有16个引脚其中PIN1～PIN8直接与控制芯片连接，作为数据传输；PIN9-SDA数据线PIN10—SCA时钟线；PIN11-场同步输出信号，PIN12-行同步信号输出，PIN13—像素同步信号输出,PIN14-照明灯控制信号输入，高电平点亮，PIN15接地，PIN16电源电压输入。

图3