原标题：毕设-基于51单片机的指纹识别电子密码锁-LCD1602显示（程序+原理图+BOM+论文）

毕设-基于51单片机的指纹识别电子密码锁-LCD1602显示

摘要：本文设计了一款基于51单片机的指纹识别电子密码锁，采用STC89C52单片机作为主控单元，结合AS608指纹模块、AT24C02存储芯片、矩阵按键、LCD1602液晶显示屏、蜂鸣器、继电器和LED灯等组件，实现了指纹和密码双重解锁功能。系统支持指纹录入、删除、修改及密码保存、错误报警等功能，并通过LCD1602实时显示操作信息。设计详细阐述了各元器件的选型依据、功能作用及电路连接，并提供了原理图、BOM清单和关键程序代码。

一、引言

随着科技的飞速发展，人们对安全性的要求越来越高。传统的机械锁由于其安全性低、易被破解等缺点，已经逐渐无法满足现代社会的需求。而指纹识别技术作为一种生物识别技术，具有唯一性、不可复制性等优点，被广泛应用于门禁系统、考勤系统等领域。本文设计了一款基于51单片机的指纹识别电子密码锁，旨在通过指纹识别和密码输入双重验证方式，为用户提供更加安全、便捷的解锁体验。

二、系统总体设计

2.1 系统功能需求

本系统旨在实现以下功能：

1. 指纹解锁：用户可以通过指纹进行解锁，系统能够准确识别指纹并控制锁的开关。

2. 密码解锁：用户也可以通过输入密码进行解锁，密码可以保存、修改和删除。

3. 错误报警：当密码输入错误或指纹识别失败时，系统会触发报警功能，如蜂鸣器响、LED灯闪烁等。

4. 信息显示：系统通过LCD1602液晶显示屏实时显示操作信息，如指纹录入成功、密码错误等。

5. 指纹管理：用户可以录入新指纹、删除已录入的指纹。

2.2 系统总体框图

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|    电源模块       |

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|    STC89C52单片机  |---(数据通信)---|  AS608指纹模块 |

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|   矩阵按键模块   |---(输入控制)---|  AT24C02存储芯片 |

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		v

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|   LCD1602显示屏   |---(信息显示)---|   蜂鸣器模块   |

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		|

		v

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|    继电器模块     |---(锁控制)-----|    LED灯模块   |

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三、硬件设计

3.1 主控单元——STC89C52单片机

选型依据：

STC89C52单片机是一款增强型8051单片机，具有高速、低功耗、超强抗干扰等优点。它拥有8K字节的可编程Flash存储器，512字节的RAM，32个I/O口线，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，全双工串行口等丰富资源。这些特性使得STC89C52单片机能够轻松胜任本系统的主控任务。

功能作用：

STC89C52单片机作为系统的核心控制单元，负责接收来自矩阵按键的密码输入信号、与AS608指纹模块进行通信、控制LCD1602显示屏显示信息、驱动蜂鸣器和LED灯进行报警提示、以及控制继电器实现锁的开关等功能。

3.2 指纹识别模块——AS608指纹模块

选型依据：

AS608指纹模块是一款基于光学原理的指纹识别模块，具有高精度、高速度、低功耗等特点。它支持指纹录入、删除、比对等功能，并且可以通过UART接口与单片机进行通信。此外，AS608指纹模块还具有体积小、易于集成等优点，非常适合应用于本系统中。

功能作用：

AS608指纹模块负责采集用户的指纹图像，并进行特征提取和比对。当用户将手指放在指纹模块上时，模块会采集指纹图像并提取特征值，然后与存储的指纹模板进行比对。如果比对成功，则向单片机发送解锁信号；如果比对失败，则发送失败信号。

3.3 存储芯片——AT24C02

选型依据：

AT24C02是一款2K位的串行EEPROM存储器，具有I2C接口，支持页写操作，并且具有掉电数据保护功能。它的体积小、功耗低、价格便宜，非常适合用于存储系统中的一些重要数据，如密码、指纹模板等。

功能作用：

AT24C02存储芯片用于存储用户的密码和指纹模板。当系统启动时，单片机可以从AT24C02中读取存储的密码和指纹模板，以便进行后续的解锁操作。同时，当用户修改密码或录入新指纹时，单片机也会将新的数据写入AT24C02中。

3.4 输入模块——矩阵按键

选型依据：

矩阵按键是一种常用的输入设备，它通过将多个按键排列成矩阵形式，可以大大减少所需的I/O口线数量。在本系统中，由于需要输入6位密码，因此选择4x4矩阵按键作为输入模块是合适的。

功能作用：

矩阵按键模块用于输入用户密码。当用户按下按键时，矩阵按键会通过行列扫描的方式将按键信息传递给单片机。单片机接收到按键信息后，会将其转换为对应的数字密码，并进行后续的处理。

3.5 显示模块——LCD1602液晶显示屏

选型依据：

LCD1602是一款常用的字符型液晶显示屏，它可以显示2行16个字符。它具有体积小、功耗低、显示内容丰富等优点，并且不需要外加驱动电路，非常适合用于本系统中的信息显示。

功能作用：

LCD1602液晶显示屏用于显示系统的操作信息，如指纹录入成功、密码错误、解锁成功等。通过LCD1602显示屏，用户可以直观地了解系统的运行状态和操作结果。

3.6 报警模块——蜂鸣器和LED灯

选型依据：

蜂鸣器是一种常用的声音报警设备，它可以发出清脆的响声以提示用户。LED灯则是一种常用的光指示设备，它可以通过闪烁或常亮来指示系统的状态。在本系统中，选择有源蜂鸣器和普通LED灯作为报警模块是合适的。

功能作用：

当密码输入错误或指纹识别失败时，蜂鸣器会发出响声以提示用户。同时，LED灯也会闪烁以进一步提醒用户。当用户成功解锁时，LED灯会常亮以表示解锁成功。

3.7 控制模块——继电器

选型依据：

继电器是一种常用的电控制器件，它可以通过小电流控制大电流的通断。在本系统中，选择小型电磁继电器作为控制模块是合适的，因为它可以承受较大的负载电流，并且具有较长的使用寿命。

功能作用：

继电器模块用于控制锁的开关。当单片机接收到解锁信号时，它会驱动继电器吸合，从而使锁打开。当用户关闭锁时，单片机也会驱动继电器断开，从而使锁关闭。

四、软件设计

4.1 主程序设计

主程序是系统的核心部分，它负责初始化各个模块、处理用户输入、控制各个模块的工作状态等。以下是主程序的基本流程：

1. 系统初始化：初始化单片机、LCD1602显示屏、矩阵按键、指纹模块、存储芯片等各个模块。

2. 等待用户操作：通过循环等待用户按下按键或放置手指进行指纹识别。

3. 处理用户输入：根据用户输入的类型（密码或指纹），调用相应的处理函数进行处理。

4. 显示操作结果：将处理结果通过LCD1602显示屏显示给用户。

5. 控制锁开关：根据处理结果控制继电器的通断，从而实现锁的开关。

4.2 关键子程序设计

4.2.1 指纹处理子程序

指纹处理子程序负责处理指纹模块的输入信号，包括指纹录入、删除、比对等操作。以下是指纹处理子程序的基本流程：

1. 初始化指纹模块：通过UART接口向指纹模块发送初始化命令，使其进入工作状态。

2. 接收指纹图像：当用户将手指放在指纹模块上时，模块会采集指纹图像并发送给单片机。

3. 提取指纹特征：单片机接收到指纹图像后，会调用指纹算法提取指纹特征值。

4. 比对指纹特征：将提取的指纹特征值与存储的指纹模板进行比对，判断是否匹配。

5. 返回比对结果：将比对结果返回给主程序，以便进行后续的处理。

4.2.2 密码处理子程序

密码处理子程序负责处理矩阵按键的输入信号，包括密码输入、修改、删除等操作。以下是密码处理子程序的基本流程：

1. 初始化矩阵按键：设置矩阵按键的行列扫描方式，并初始化相关变量。

2. 等待用户输入：通过循环等待用户按下按键输入密码。

3. 处理用户输入：将用户输入的密码与存储的密码进行比对，判断是否匹配。

4. 返回比对结果：将比对结果返回给主程序，以便进行后续的处理。

4.2.3 LCD1602显示子程序

LCD1602显示子程序负责将系统的操作信息显示在LCD1602液晶屏上。以下是LCD1602显示子程序的基本流程：

1. 初始化LCD1602：设置LCD1602的工作模式、显示模式等参数。

2. 接收显示数据：接收来自主程序或其他子程序的显示数据。

3. 显示数据：将接收到的显示数据转换为LCD1602能够识别的格式，并显示在液晶屏上。

五、原理图设计

由于篇幅限制，这里无法直接给出完整的原理图设计。但可以根据上述系统总体框图和各元器件的连接关系，使用专业的电路设计软件（如Proteus、Altium Designer等）进行原理图设计。在设计原理图时，需要注意各个元器件之间的电气连接关系、信号流向以及电源和地的分配等。

六、BOM清单

BOM（Bill of Materials）清单是系统中所有元器件的列表，包括元器件的名称、型号、数量、供应商等信息。以下是本系统的BOM清单示例：

七、论文撰写

在撰写论文时，需要按照学术论文的格式和要求进行撰写。论文应包括摘要、引言、系统总体设计、硬件设计、软件设计、原理图设计、BOM清单、系统调试与测试、结论与展望等部分。在撰写过程中，需要详细描述系统的设计思路、实现方法、测试结果等内容，并附上相关的图表和数据以支持论文的论述。

八、系统调试与测试

在系统调试与测试阶段，需要对系统的各个模块进行单独调试和整体测试。通过调试工具（如Keil、Proteus等）对程序进行调试，确保程序的正确性和稳定性。通过测试设备（如万用表、示波器等）对硬件电路进行测试，确保电路的连接正确、信号传输正常。在测试过程中，需要记录测试数据和结果，并对出现的问题进行分析和解决。

九、结论与展望

本系统成功实现了基于51单片机的指纹识别电子密码锁的设计与开发。通过指纹识别和密码输入双重验证方式，为用户提供了更加安全、便捷的解锁体验。系统具有指纹录入、删除、修改及密码保存、错误报警等功能，并通过LCD1602实时显示操作信息。在未来的研究中，可以进一步优化系统的性能，如提高指纹识别的准确率、增加更多的解锁方式（如IC卡、蓝牙、WiFi等）等，以满足不同用户的需求。