导言
跟着日子水平的进步，人们对物质日子的要求越来越高，尤为重视住所安全问题。跟着生物特征辨认技能的开展，指纹辨认技能逐步进入人们的日子范畴，指纹锁进入了人们的家庭。常见的指纹锁，需求办理员指纹或许办理员暗码，才干进行指纹和暗码的增加和删去操作。本文规划的电子机械锁，具有上述功用，还能够用正确钥匙办理指纹和暗码。
常见的指纹锁装备的机械锁，可运用一般的正确钥匙翻开，安全级别较低，很简单被专业人员破解。本文规划的依据PIC16F72的机械锁，配套的钥匙内置编码芯片，能够设置正确钥匙以及发送钥匙编码信息，只有用正确钥匙才干翻开，不能被铁丝或其他不合法钥匙翻开，安全性大大进步。在不合法开门的状况下，机械锁发送报警信息。
1 、体系规划方案
电子机械锁，分为电子锁和机械锁这两个部分。电子锁以单片机ATmega162为中心，经过指纹辨认模块，完结了对指纹办理的操作；经过键盘，完结暗码办理的操作；经过超外差接纳模块，能够接纳来自机械锁的钥匙编码信息，完结与机械锁的通讯。
机械锁以PIC单片机PIC16F72为中心，获取钥匙编码信息，经超外差发送模块发送。超外差发送和接纳模块的作业频率在433 MHz，PCB布线时留意超外差模块，远离其他器材，否则会影响体系的作业状况。别的，该体系要求体积小，供电便利，整个体系的功耗要尽量低。
1．1 电子锁框图
电子锁主体为AVR单片机ATmega162、指纹辨认模块、超外差接纳模块、12 V电子锁驱动、门锁、键盘、按键和指示灯等，如图1所示。指纹辨认模块型号为：TFS-M12，选用TI的DSP芯片TMS320VC5501，指纹算法选用TFS-9。安稳快速的芯片以及优秀的指纹算法，不只进步了整个体系的辨认率以及缩短了辨认时刻，并且大大缩短了整个体系的研制时刻。
电子锁在不运用的时分，处于睡觉状况。用户翻开指纹辨认模块上的金属防尘罩时，发生唤醒信号，电子锁进入正常作业状况。
正常作业状况下，电子锁支撑两种开门方法：指纹开门和输入暗码开门。指纹收集头上输入指纹，指纹辨认模块将当时指纹与已存指纹进行比较，单片机ATmega162接纳到比较成果，若正确发生开门信号，经12 V电子锁驱动，翻开门锁。键盘输入暗码，单片机ATmega162将当时输入暗码和用户设置的正确暗码进行比较，若正确发生开门信号，经12 V电子锁驱动，翻开门锁。输入指纹和暗码的时机共3次，若3次都过错，体系进入睡觉状况。
1．2 机械锁框图
机械锁主体为PIC单片机PIC16F72、超外差发送模块、设置键、指示灯等，如图2所示。设置正确钥匙过程：按下设置键，指示灯常亮，刺进需求设置的钥匙，等候指示灯有规则的闪耀3下，设置成功；设置完结后用正确钥匙开门1次，康复正常运用状况。当刺进过错钥匙或许是铁丝等不合法钥匙时，指示灯展快速闪耀，并经过超外差发送模块发送报警信息。
为了下降整个体系的功耗，机械锁在不运用时，处于不作业状况。在装置机械锁的时分，会在机械锁的锁芯装置一个金属转接口，该金属转接口连接了电子锁的防尘罩，滚动金属转接口，不只给机械锁供电使之进入正常作业状况，还唤醒电子锁，让电子锁进入正常作业状况。滚动金属转接口，还使得电子锁中的单片机ATmega162第4口的第5位（即P4．5）变成高电平，电子锁只处理来自机械锁宣布的信息。
机械锁正常作业状况时，刺进钥匙，单片机PIC16F72会辨认钥匙的编码，若正确，则打开锁芯上的阀，能够滚动钥匙开门，若过错则发送过错钥匙信息，锁芯的阀仍旧封闭，不能开门，然后保证了，用户的安全。
1．3 电子锁和机械锁的通讯
电子锁和机械锁之间的通讯是经过超外差发送和接纳模块完结。机械锁发送如图3所示的信息，每位数据宽度为1 ms。因为噪声的影响，单片机ATmega162只能经过查询方法接纳。
前导码是由23位数据组成。数据码由FAH码、地址码以及KEY码组成，每个数据码有10位，别离由8位数据、开始位（1）和结束位（0）组成。
地址码便是机械锁的辨认码，辨认码是专一的，每次读取KEY码，都会将当时地址码和存储的地址码进行比较，若相同才干读取KEY码，因而不会接纳来自其他用户的锁宣布的信息。
KEY码便是钥匙的编码，每个钥匙的编码是专一的，因而能够记载用户家庭成员的开门信息，便运用户查询。电子机械锁运用在作业场合时，若发生偷盗状况，能够查询最近的开门信息，来确认置疑方针；也能够查询特别钥匙开门状况，比方保姆作业的详细时刻。若发生不合法开门时，KEY码为0x00，接纳到该KEY码时，发生报警信号。
2、 指纹辨认算法原理
2．1 指纹辨认算法
指纹辨认分为以下4个过程如图4所示。
指纹图画预处理是最重要的一步，联系到后边提取的特征点的正确与否。
因为指纹收集设备的不完善性，关于干、湿、脏、老化、磨损的指纹，往往难以收集到明晰的图画，因而需求图画增强，是指纹图画预处理中重要的一步，选用Gabor滤波完结。依据指纹图画部分区域的纹线散布具有较安稳的方向和频率，规划相应的Gabor带通滤波器，能有效地在部分区域对指纹进行修正和滤噪。Gabor函数是专一能达届时频测禁绝联系下界的函数，二维表达式为：
Gabor函数是二维高斯函数在空间频率域的平移函数，σx，σy为对应于x方向和y方向的角频率平移参数。二维Gabor函数的实部和虚部可各自表明为一个函数，别离称为偶Gahor和奇Gabor函数。偶Gahor函数适于增强方针物体，而奇Gabor函数适于增强物体边际。
Gabor滤波器系数重量为：
式中：x=mcosφ+nsinφ；y=-msinφ+ncosφ；（i，j）为当时点的坐标，φ为当时点（块）的方向，f为当时块（全体）的正弦平面波的频率；（m，n）取值规模与指纹图画的坐标（i，j）取值规模相同。σx，σy增大，对噪声的适应能力增强，但有可能会发生伪纹线；减小，消除噪声的效果削弱。
关于每一点，依据其方向、频率，求出Gabor滤波器系数，然后依据式（3）核算当时点滤波后的值：
从图5可很显着地看出，经过Gabor滤波处理后，图画比照增强，纹路明晰，特征显着，进步了后续提取指纹特征点的正确率。
2．2 指纹辨认模块的通讯协议
指纹辨认模块作为从设备，经过串口，由主芯片ATmega162发送相关指令对其进行操控。
指令接口：19200b／s 1开始位1中止位（无校验位）。
主芯片发送的指令及指纹模块的应对数据长度为8 B，数据格式如下：
CMD：指令／应对类型；P1．P2，P3：指令参数；Q1，Q2，Q3：应对参数；CHK：校验和，为第2字节到第6字节的异或值；Q3用于回来操作的有效性信息，表明操作是否成功，数据是否存在，收集指纹超时等。
3 、程序规划
体系从睡觉状况启动时，首要进行体系初始化，然后进入正常作业状况，如图6所示。
滚动机械锁上的金属转接口会改动单片机ATmega162的P4．5的状况。敞开金属转接口，单片机ATmega162处理来自机械锁发送的信息；封闭金属转接口，单片机ATmega162处理来自电子锁上指纹辨认模块或键盘的信息。
体系还敞开了两个中止：设置中止和匹配中止。匹配中止便是电子锁和指定的机械锁进行匹配，只接纳来自指定的机械锁宣布的信息；设置中止便是指纹和暗码的办理。
3．1 匹配中止
匹配中止是链接多特征电子机械锁两个部分的条件，初度装置电子机械锁有必要进行匹配中止。在敞开该中止前，有必要没置好正确钥匙。匹配中止为外部中止，经过按下操控体系模块上的匹配键，进入匹配中止如图7所示。
3．2 设置中止
设置中止分为两种形式：一般形式和特别形式。特别形式便是运用正确钥匙办理指纹和暗码，如图8所示。
多特征电子机械锁增加了钥匙办理指纹和暗码的功用，现在的指纹锁并不具有该功用。当没有办理员指纹，而暗码忘掉的状况下，该锁能够用正确钥匙进行指纹和暗码的增加和删去，给用户带来了便利。
4、 试验成果与剖析
超外差发送和接纳模块之间的通讯，因为外界噪声和体系自身的影响，不是每次都能接纳到如图3的信息，可能会呈现通讯过错的状况，为此进行可靠性测验试验。
用示波器准确丈量超外差接纳模块上的波形的时序，调整代码，使侦测点落在高电平的中心；细心核算延时函数，保证时刻的准确性。在实践调试过程中，进行了5组的试验，每组的测验条件都不同，如温度、环境噪声等，每组测验100次，合计500次的测验，只呈现了2次没有正确辨认钥匙的状况，可靠性到达99．6％，具有实践运用价值。
5 、结语
本文规划的电子机械锁，奇妙运用超外差发送和接纳模块，把两个相对独立的部分链接起来。整个体系以单片机ATmega162为中心，直接操控指纹辨认模块和键盘，并经过超外差发送和接纳模块，直接操控机械锁部分。多特征电子机械锁不只能够用办理员指纹和暗码办理用户信息，还能够运用正确钥匙办理用户信息，现在市场上还没有具有该功用的锁呈现。该锁功用强大，给用户带来了便利和方便的一起，安全性也得到大大进步。
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