摘 要

安全一直是社会生活的主要问题，密码锁在安全保障方面扮演了重要角色。本文的目的在于开发设计一种基于指纹和QR码的智能锁，更好地保护个人的隐私权。

本文确定了智能锁的设计要求和用户需求，选择了指纹这一对人类个体特征性十分明显的生物密码作为智能锁的主要解锁密匙。然后结合例程和数据手册完成了对元件的选取和各个模块硬件电路的设计,接着结合硬件电路与理想功能去完成对软件代码的设计与编写，最后进行软件与硬件的联调，完成智能锁的开发与设计。

在本文所提到的指纹密码锁系统中，权限用户可以通过指纹，数字密码，二维码多种密匙来对系统进行解锁操作。这是一款利用指纹传感器技术提供物理安全性的指纹密码锁。

关键词：指纹传感器；单片机；串口通信

Abstract

Security has always been a major problem in social life. Password locks play an important role in security protection. The purpose of this article is to develop and design a smart lock based on fingerprints and QR codes to better protect individuals' privacy.

This paper refers to the relevant papers and literatures in recent years, and determines the design requirements and user requirements for smart locks. Fingerprint, which is a biological key with distinct human characteristics, is selected as the main unlocking key for smart locks. Then, the selection of components and the design and design of each module hardware circuit are completed in combination with routines and data manuals, then combine the hardware circuit and the ideal function to complete the design and preparation of the software code. Finally, the software and hardware are jointly adjusted to complete the development and design of the smart lock.

In the fingerprint password lock system mentioned in this article, an authorized user can unlock the system through fingerprints, numeric passwords, and two-dimensional key codes. This is a fingerprint password lock that uses fingerprint sensor technology to provide physical security.

Key Words: Fingerprint sensor；MCU；Serial communication

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3论文组织结构 2

第2章 系统的工作原理 3

2.1 单片机芯片以及周边电路 4

2.2 矩阵键盘模块 5

2.2.1 矩阵键盘硬件电路图 5

2.2.2 矩阵键盘软件 6

2.3 LCD显示模块 6

2.3.1 LCD硬件电路图 6

2.3.2 LCD软件部分 10

2.4 指纹模块 16

2.4.1 指纹模块硬件电路 18

2.4.2 指纹模块软件部分 20

2.5 摄像头模块 26

2.5.1摄像头模块硬件电路 27

2.5.2 摄像头模块软件部分 30

2.6 设计结果的分析 34

第3章 系统的实现 35

3.1 矩阵键盘的实现 35

3.2 LCD显示的实现 36

3.3 指纹识别功能的实现 37

第4章 结论 39

参考文献 40

致 谢 41

第1章 绪论

1.1 研究背景

相较于机械锁的构造简单，容易被撬，在电子技术飞速发展的今天，具有防盗报警等功能的电子密码锁取代机械锁已是必然趋势。电子密码锁是一种通过特定密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。具有保密性高，使用灵活性好，安全系数高等优点。

1.2 国内外研究现状

现如今，电子密码锁的技术日益成熟，市面上普遍流传的产品多为直接安装在防盗门上，解锁方式以指纹和数字为主，而以手机APP，磁卡为解锁方式的并不是很多。但是这些产品大多存在一个致命的缺点——当电量耗尽之后，就会出现知道密码却无法输入的尴尬情况，有时候甚至会出现被反锁在里面的情况出现，造成不必要的麻烦。如此这般，与密码锁的安全方便理念相悖，而目前没有比较有效的方式去解决这个问题。

市面上产品对这一问题的处理方式大多为保留传统的钥匙开锁功能，那么既然要随声带着钥匙以防出现此种情形，又何必去换上这种密码锁。我对这个问题有一些自己的想法，在其中密码锁中加入无线充电模块，密码锁的功耗本来就小，配上无线充电模块基本可以做到永不断电，而且不需要预埋电线，对于一些旧锁换电子密码锁的人而言要方便不少。

另外一种是入壁式的同家用电相连，停电后启用备用电源，开锁方式多为密码或指纹，多用在办公场所，同系统相连可以起到考核员工出勤的效果。这一种问题所在是安装更为麻烦，大多数需要提前预埋电线且经不起长时间断电。

在市面上流传较少的，解锁方式更为复杂，比如瞳孔，面部识别甚至生物密码这种同生物学相联系的技术。通过这些技术，可以大概率保证只有特定的持有人才能解开这种密码锁。

本设计的目的是设计一种基于指纹和QR码的智能锁。QR 码是属于二维条码的一种，寓意为快速反应的信息条码。QR码为正方形，正方形的四个角上有三处是用来帮助扫描器件对整体的QR码进行定位，所以在解码的时候，扫描器无需正对条码，同传统的条码相比无疑方便了很多。我们平时使用的付款码大多是QR码。

QR码由于其蕴含的信息丰富，所以在日常生活中得到了广泛的应用，在电子票务方面表现尤为明显，电影票、电子优惠券、电子会员卡等给人们的日常生活带来无数便利。在国内我们可以发现，电子支付已经同人们的生活联系的越来越密切，而电子支付的主要方式就是扫描或者被扫描二维码。而电子票务就更为简便，在APP上购买好票后，会生成一个二维码，然后由取票机上的扫描模块扫码之后就可以取到票，在国外甚至直接使用这个二维码就可以享受服务。可见QR码给我们的生活带来了非常大的便利。

本次研究的目的是设计一种具有指纹识别和QR扫码的智能锁系统， 能实现锁扣的设计、具有指纹识别或二维码扫码开锁功能。智能锁系统主要包括主芯片电路模块，矩阵键盘模块，LCD模块，指纹识别模块，摄像头模块。这是一个可以保护用户免遭盗窃，丢失钥匙或者未经授权进入的麻烦完美的解决方案。

1.3论文组织结构

本文研究了一种具有指纹识别和QR扫码的智能锁系统，通过STM32F103RCT6芯片连接键盘，显示，指纹识别和摄像头等模块，完成智能锁系统功能的实现。

第一章是绪论，主要说明了论文的研究背景、内容和意义，包括电子密码锁的介绍还有国内外电子密码锁发展的现状，最后简要的说明了本文贡献，并做出相应的内容安排。

第二章是系统的工作原理。该章节主要介绍每个模块的硬件电路设计以及相应的软件代码构成，对每个模块的原理和所用到芯片进行比较详细的介绍，然后再讲述每个模块所要实现的功能。最后对整个电路做出总结。

第三章是系统的实现。该章节主要讲述系统的实现，即实物运行状态。每一小节与前面第二章的小节进行对应，对实物的运行状态进行讲述以及分析。

第四章是工作总结，对本设计做出一个整体的总结，并提出改进方向与展望。

第2章 系统的工作原理

本设计的内容为一种基于指纹和QR码的智能锁。结合实际其解锁方式应包含数字密码，指纹和QR码，主要功能为密匙查验，QR码扫描，密匙录入。

图2.1 软件结构

软件结构如图2.1所示。软件包含两个大模块：密匙录入模块和密匙检测模块，其中密匙录入模块包含指纹录入和QR码的生成，其中QR码的生成APP与密码锁应同步，由APP产生一次性的解锁QR码。当QR码成功解锁之后，本次生成的QR码失效，需要重新生成的QR码才能再次解锁。而密匙检测部分包含指纹验证和QR码验证^[1]。

图2.2 硬件电路