具有遠程開(kāi)啟功能的指紋應用系統設計
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指紋識別是一種有效的身份識別技術(shù)。隨著(zhù)光電技術(shù)和半導體技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)指紋識別技術(shù)越來(lái)越多地被應用到人們的日常生活之中。指紋鎖和指紋保險箱是指紋識別應用中比較重要的產(chǎn)品。與指紋門(mén)禁不同，應用于鎖具中的指紋系統一般采用電池供電，具有功耗低、體積小等特點(diǎn)。本文設計和實(shí)現了一個(gè)功耗低、人機界面良好的指紋識別應用系統，系統可以應用于門(mén)鎖和保險箱。
在實(shí)際生活中，經(jīng)常碰到人在異地，但是需要別人進(jìn)門(mén)或者取用保險箱里財物的情況。以前常用的做法是提前將鑰匙借給別人或者臨時(shí)告訴別人密碼，這樣的做法增加了安全隱患，一旦以后出了問(wèn)題，誰(shuí)也說(shuō)不清。本文在基本指紋識別系統之上增加了一個(gè)可選的遠程開(kāi)啟模塊，用戶(hù)可以通過(guò)手機進(jìn)行遠程開(kāi)啟操作，解決了上述問(wèn)題。
1 系統硬件結構設計
1．1 系統功能設計
根據背景需求和目標，整個(gè)應用系統可分為3部分：主控制模塊、指紋處理模塊和遠程通信模塊，它們的功能如下：指紋處理模塊負責對指紋的采集、指紋圖像的特征提取和存儲，以及指紋特征的匹配；遠程通信模塊負責應用系統和遠程通信設備之間的信息交換；主控制模塊負責系統的人機交互、邏輯控制、功能管理，還負責對整個(gè)系統的電源管理分配。外圍設備與機構，是指與指紋鎖或者保險箱相關(guān)的電機、振動(dòng)傳感器等。主控制模塊通過(guò)UART接口對指紋處理模塊和遠程通信模塊進(jìn)行控制操作。
1．2 主控制模塊
主控制模塊選用MSP430F149作為主控芯片。MSP430F149是美國TI公司開(kāi)發(fā)的一款16位RISC微控制器，它的低功耗特點(diǎn)能夠滿(mǎn)足我們的要求。主控制模塊需要完成的功能有控制電源供電、按鍵輸入、液晶顯示、電壓檢測、電機驅動(dòng)、時(shí)間信息芯片等。
MSP430F149使用8 MHz晶振作為主工作頻率，另外還有1個(gè)輔助晶振32768 Hz接在XIN和XOUT端，作為串口的波特率發(fā)生器產(chǎn)生源。
系統選用臺灣悠景公司的UG-2864HSWEG01作為顯示屏。UG-2864HSWEG01是一款128×64像素的單色OLED顯示屏，OLED擁有能耗低、體積輕薄、響應速度快等優(yōu)點(diǎn)，十分適合電池系統。UG-2864HSWEG01面板顯示有兩種供電模式：外部供電和內部升壓供電方式。當使用外部電源給面板供電時(shí)，需要9 V電源；使用內部DC／DC轉換器時(shí)外部需要接3．5～4．2 V電源，實(shí)際使用時(shí)外部接3．3 V也能正常顯示?？紤]到本系統的實(shí)際情況，采用內部升壓供電方式。UG-2864HSWEG01有多種方式與主控MCU通信，具體通過(guò)設置BS0、BS1和BS2引腳來(lái)選擇。本系統中選用8080并行接口方式與MSP430F149通信，通過(guò)設置BS0=0、BS1=1、BS2=1來(lái)實(shí)現。
本系統中的鍵盤(pán)由一個(gè)3x4的矩陣鍵盤(pán)和4個(gè)獨立按鍵組成，分別是數字鍵“0”～“9”、“*”、“#”、“取消”、“向上”、“向下”、“確認”，由于MSP430F149只有P1口和P2口有端口中斷源，因此將矩陣鍵盤(pán)的3個(gè)行信號和4個(gè)獨立功能按鍵放置在P1口。
系統選用的EEPROM為AT24C08，時(shí)間芯片為DS1302，兩者均支持I2C總線(xiàn)協(xié)議。MSP430使用I／O模擬I2C總線(xiàn)協(xié)議與它通信。主控制模塊使用MSP430F149的UART0與指紋處理模塊通信，UART1與遠程通信模塊通信。
為了延長(cháng)系統電池的使用壽命，系統采用自動(dòng)下電方式，在待機時(shí)直接隔斷電源。使用了一個(gè)P溝道場(chǎng)效應管FDN336，其關(guān)斷時(shí)DS漏電流為1μA左右，電源控制電路如圖1所示。當鍵盤(pán)按鍵按下時(shí)，信號KEY_wakeup將接地拉低，此時(shí)，由于電阻的分壓作用，場(chǎng)效應管GS兩極的電壓約為-5～-4．5 V，場(chǎng)效應管導通，系統上電。系統上電后，MSP430F149立即將信號POWER_EN置高，三極管9013接通，系統維持上電。MSP 430F149處理完相關(guān)操作后，將信號POWER_EN置低，三極管阻斷，場(chǎng)效應管GS兩極的電壓為0，FDN336截止，系統自動(dòng)下電。
1．3 指紋識別模塊
指紋識別模塊選擇FSC7002作為指紋識別處理芯片。FSC7002是成都方程式電子有限公司開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用指紋識別芯片，內含一個(gè)8位FMCU8KB嵌入式微控制器以及FID116KMG指紋識別處理模塊，并且兼容多種指紋傳感器。FSC7002內置微控制器與8051系列兼容，易于開(kāi)發(fā)，通過(guò)UART可方便地對其進(jìn)行指令控制。
綜合成本因素，本系統選用現成的基于FSC7002的指紋識別模塊BLH9003D。它是一種一體化的光學(xué)指紋處理模塊，它將光學(xué)傳感器和指紋處理器集成在一起，使得指紋識別模塊的體積、成本和開(kāi)發(fā)成本都大大降低。BLH9003D內置感應芯片，對手指的按捺可進(jìn)行自動(dòng)識別，并將識別結果通過(guò)信號通知控制方，當無(wú)手指按捺時(shí)輸出低電平，有手指按捺時(shí)輸出高電平。
1．4 遠程通信模塊
遠程通信模塊采用華為公司的MG323作為GSM的收發(fā)模塊。MG323模塊是華為公司推出的一款工業(yè)級的GSM／GPRS模塊，電源電壓3．3～4．8 V(推薦值3．8 V)，平均待機電流47μA。MG323提供一個(gè)UART接口和標準SIM卡接口，短消息模式支持TEXT和PDU。MG323不僅支持GSM協(xié)議，還支持GPRS協(xié)議，并且內置TCP／IP協(xié)議棧，為將來(lái)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)提供了空間。MG323的接口電路如圖2所示，MG323的UART口定義是針對MCU而言的，故而它與MSP430的連接不用交叉。MG323必須采用額外的電池供電，主控系統通過(guò)GSM_EN信號來(lái)控制遠程通信模塊的電源通斷。
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