基于51单片机指纹识别管理门禁密码锁系统设计

1. 功能介绍

本系统是一套基于 STC89C52 单片机 的指纹识别管理门禁密码锁系统，结合 LCD1602 液晶显示器、指纹识别模块、按键输入模块、继电器驱动电路 及 电源系统，实现了双重认证（指纹与密码）的门禁控制功能。它既支持对指纹进行管理（添加、搜索、删除），又具备密码输入与修改功能，并提供掉电数据保存能力，适用于家庭、办公室以及小型安防系统。

主要功能如下：

1. 双模式工作
   系统上电后可选择进入“指纹管理模式”或“控制系统模式”，并可在两种模式间自由切换。

2. 指纹管理模式

   • 搜索指纹：验证录入指纹是否存在，并显示对应 ID 号。
   • 添加指纹：录入新指纹并为其分配 ID 号。
   • 删除指纹：删除指定 ID 号的指纹信息。
   • 掉电保存：指纹数据存储在模块内，断电不丢失。

3. 控制系统模式

   • 指纹开锁：匹配成功则继电器闭合 3 秒后断开。
   • 密码开锁：输入 6 位数字密码，匹配则开锁 3 秒。
   • 密码修改：输入管理员密码（默认 123123）进入密码设置模式，输入新密码后保存至 Flash，掉电不丢失。

4. 其它功能

   • 通过专用按键可直接开门，模拟从室内开门的情形。
   • LCD1602 实时显示系统状态、指纹验证结果、密码输入与提示信息。
   • 默认开锁密码为 112233，可由用户修改；管理员密码不可修改。

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2. 系统电路设计

本系统由多个功能模块组成，每个模块在硬件上独立完成其任务，在软件中通过单片机协同工作。

2.1 STC89C52 单片机最小系统

STC89C52 单片机作为系统核心，负责指纹数据处理、密码管理、继电器控制以及液晶显示等逻辑控制。

• 晶振电路：采用 12MHz 晶振搭配 30pF 电容，提供稳定的时钟信号。
• 复位电路：上电自动复位与按键手动复位结合，确保系统可快速初始化或人工重启。
• 电源滤波：在 Vcc 与 GND 间增加 0.1μF 陶瓷电容及 10μF 电解电容，抑制电源纹波和干扰。

2.2 LCD1602 液晶显示模块

LCD1602 负责显示系统工作状态、模式菜单、指纹匹配结果以及密码输入提示。

• 连接方式：采用 4 位数据模式连接，节省 I/O 口资源。

• 显示内容示例：

  • "Search OK ID3"：指纹验证成功，ID 为 3。
  • "******"：输入密码过程中的掩码显示。
  • "PW OK!"：密码正确，开锁成功。
  • "PW Err!"：密码错误。
  • "SET OK!"：密码设置成功。

2.3 指纹识别模块电路

指纹模块用于指纹录入、存储与比对，具备内置 Flash 存储，掉电不丢失。

• 通讯方式：采用 UART 串口通讯，与单片机 TXD、RXD 相连。
• 供电要求：5V 直流电源，电源端增加去耦电容以提升稳定性。
• 功能说明：支持搜索指纹、添加指纹、删除指纹，并可返回匹配 ID。

2.4 按键输入电路

按键用于模式选择、菜单操作、密码输入及直接开门。

• 按键类型：独立按键结构，具备上拉电阻与防抖设计。

• 功能分配：

  • 模式键：切换指纹管理与控制模式。
  • 数字键（1-3）：输入密码数字。
  • 确认/返回键：完成输入或返回上一级菜单。
  • 开门键：直接触发继电器开门。

2.5 继电器驱动电路

继电器控制门锁电路，需单片机通过驱动电路控制。

• 驱动方式：采用 NPN 三极管（如 9013）或 N 沟道 MOSFET 驱动，继电器线圈两端并联续流二极管防止反向电动势。
• 动作逻辑：单片机输出高电平驱动继电器闭合，保持 3 秒后断开。

2.6 电源电路

系统统一使用 5V 电源，单片机、LCD1602、指纹模块均工作于 5V，必要时可使用 AMS1117 等稳压芯片提供稳定电源。

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3. 程序设计

软件部分采用模块化结构，包括主控流程、指纹管理、密码管理、继电器控制、LCD 显示及按键扫描等。

3.1 主程序流程

主程序负责初始化各模块，并根据当前模式调用不同的功能函数。

#include <reg52.h>
#include "lcd1602.h"
#include "finger.h"
#include "key.h"
#include "relay.h"
#include "eeprom.h"unsigned char mode = 0; // 0:指纹管理  1:控制模式
unsigned char admin_pw[6] = {1,2,3,1,2,3};
unsigned char user_pw[6]  = {1,1,2,2,3,3};void main() {Init_LCD1602();Init_FingerModule();Init_Key();Init_Relay();Load_UserPassword();while(1) {if(mode == 0) {Finger_Manage();} else {Control_Mode();}}
}

3.2 指纹管理模块

负责指纹添加、搜索、删除等操作。

void Finger_Manage() {unsigned char choice = Menu_Select();switch(choice) {case 1: Finger_Search(); break;case 2: Finger_Add(); break;case 3: Finger_Delete(); break;default: break;}
}

3.3 控制系统模块

根据指纹或密码进行开锁控制。

void Control_Mode() {if(Finger_Check() == 1) {Relay_On();Delay3s();Relay_Off();} else if(Password_Input()) {Relay_On();Delay3s();Relay_Off();}
}

3.4 密码输入与修改模块

通过按键输入 6 位数字密码，并与存储密码进行比对；如果输入管理员密码，则进入密码设置状态。

bit Password_Input() {unsigned char pw[6];LCD_ShowString(0,0,"Enter PW:");Get_Password(pw);if(Check_Password(pw, user_pw)) {LCD_ShowString(0,1,"PW OK!");return 1;} else if(Check_Password(pw, admin_pw)) {LCD_ShowString(0,1,"intSet!");Get_Password(user_pw);Save_UserPassword();LCD_ShowString(0,1,"SET OK!");return 0;} else {LCD_ShowString(0,1,"PW Err!");return 0;}
}

3.5 继电器驱动模块

void Relay_On() {RELAY_PIN = 1;LCD_ShowString(0,1,"Door Open");
}void Relay_Off() {RELAY_PIN = 0;LCD_ShowString(0,1,"Door Close");
}

3.6 EEPROM 数据存储模块

通过单片机内部 EEPROM 或外部 24C02 保存用户密码，保证掉电不丢失。

void Save_UserPassword() {for(unsigned char i=0;i<6;i++) {EEPROM_Write(i, user_pw[i]);}
}void Load_UserPassword() {for(unsigned char i=0;i<6;i++) {user_pw[i] = EEPROM_Read(i);}
}

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4. 总结

本系统通过 STC89C52 单片机实现了指纹识别与密码开锁的双重安全控制，支持灵活的指纹管理、密码修改和掉电数据保存，配合 LCD1602 显示实现直观的人机交互界面。系统硬件结构简洁、功能模块清晰、可扩展性强，不仅适用于门禁管理，还可用于文件柜、保险箱等安全防护场景。