基于活體指紋傳感器MBF310的防盜遙控器設計

　　刮擦式活體指紋識別器通過(guò)電容傳感器發(fā)出電子信號，電子信號穿過(guò)手指的表面，到達手指皮膚的活體層（又稱(chēng)“真皮層”），直接讀取指紋圖案，從而大大提高了系統的安全性。采用刮擦式活體指紋識別技術(shù)，防盜遙控器對使用者的指紋活體層進(jìn)行采集，并發(fā)送給遙控接收器與存儲在遙控接收器內的合法指紋進(jìn)行比對。只有相符時(shí)，使用者才能對遙控器進(jìn)行其他操作；否則，發(fā)出防盜報警信號。采用活體指紋識別技術(shù)驗證使用者的身份，提高了系統防盜等級、安全性和穩定性。

1  防盜遙控發(fā)射器的設計

　　刮擦式活體指紋識別防盜遙控器分為防盜遙控發(fā)射器和防盜遙控接收器兩部分。防盜遙控發(fā)射器由使用者隨身攜帶，防盜遙控接收器安放在要保護的門(mén)禁設備里。防盜遙控發(fā)射器以MSP430F12X處理器為核心，對刮擦式活體指紋傳感器MBF310、無(wú)線(xiàn)發(fā)射/接收芯片nRF401、參數配置芯片 AT93C46等進(jìn)行工作狀態(tài)配置，包括指紋數據讀取、指紋數據和加密數據無(wú)線(xiàn)發(fā)射，以及控制指令的無(wú)線(xiàn)發(fā)射等。

　　AT93C46中保存有256位的參數配置數據，用于對發(fā)射的數據進(jìn)行加密運算；nRF401工作在無(wú)線(xiàn)發(fā)射模式。MBF310選用SPI工作模式和MSP430F12X處理器的SPI總線(xiàn)相連，MSP430F12X通過(guò)SPI總線(xiàn)對MBF310傳感器進(jìn)行工作狀態(tài)初始化，配置為使能FIFO中斷的SPI模式。當手指在MBF310上滑過(guò)時(shí)，MBF310采集指紋數據并存到FIFO緩沖區內；當FIFO緩沖區滿(mǎn)時(shí)產(chǎn)生一中斷信號， MSP430F12X處理器收到FIFO緩沖區滿(mǎn)中斷信號后立即通過(guò)SPI總線(xiàn)讀取MBF310采集的指紋數據；并把讀取的指紋數據和AT93C46內的配置字進(jìn)行“或”運算加密，把加密好的數據通過(guò)nRF401發(fā)射出去，從而實(shí)現指紋的采集，指紋數據的讀取、加密和無(wú)線(xiàn)發(fā)射，以及控制指令的無(wú)線(xiàn)發(fā)射等功能。防盜遙控發(fā)射器的電路連接圖如圖1所示。

圖1  防盜遙控發(fā)射器的電路連接圖

2  防盜遙控接收器的設計

　　防盜遙控接收器由MSP430F12X處理器、無(wú)線(xiàn)發(fā)射/接收芯片nRF401、參數配置芯片AT93C46、指紋模板存儲器FM24C64、按鍵和指示燈等硬件組成。當防盜遙控接收器正常工作時(shí)，MSP430F12X處理器選擇nRF401為無(wú)線(xiàn)接收模式，以適時(shí)接收防盜遙控發(fā)射器發(fā)射的數據和指令。當接收到指紋數據時(shí)，MSP430F12X處理器用AT93C46內的256位配置字對接收到的加密指紋進(jìn)行解碼，得到防盜遙控發(fā)射器內的 MBF310采集到的真實(shí)活體指紋數據。然后把解碼后的指紋數據與指紋模板存儲器FM24C64內預存的指紋模板數據進(jìn)行比對，如果比對結果為真，表明得到合法身份驗證，那么防盜遙控接收器可以接收防盜遙控發(fā)射器的控制指令(防盜遙控發(fā)射器上按鍵設定的指令)，否則不響應防盜遙控發(fā)射器發(fā)射的指令數據。防盜遙控接收器按鍵用于建立指紋模板，指示燈指示防盜遙控接收器的當前工作狀態(tài)。輸出端口1～6是根據遙控指令產(chǎn)生的輸出控制信號。防盜遙控接收器的電路連接圖如圖2所示。

圖2  防盜遙控接收器的電路連接圖

3  應用實(shí)例

　　以本設計用作汽車(chē)防盜遙控器為例，汽車(chē)防盜遙控器由汽車(chē)防盜遙控發(fā)射器和汽車(chē)防盜遙控接收器兩部分組成。汽車(chē)防盜遙控發(fā)射器由車(chē)主隨身攜帶，汽車(chē)防盜遙控接收器安裝在汽車(chē)內。汽車(chē)防盜遙控發(fā)射器的3個(gè)指令操作按鍵分別定義為開(kāi)啟汽車(chē)系統(KEY1)、關(guān)閉汽車(chē)系統(KEY2)和尋車(chē) (KEY3)。汽車(chē)防盜遙控接收器的輸出控制端口輸出1～6分別定義為：報警器鳴響、前燈亮閃、車(chē)門(mén)鎖開(kāi)/關(guān)、后艙蓋打開(kāi)、總電路通斷、汽車(chē)點(diǎn)火/熄火控制信號。

　　汽車(chē)防盜遙控器的所有操作均以通過(guò)指紋識別為前提。首先，遙控器操作者的手指(遙控器操作者在汽車(chē)防盜遙控接收器內建立過(guò)指紋模板的手指)在指紋識別窗口上輕輕滑過(guò)；汽車(chē)防盜遙控發(fā)射器采集到指紋后，通過(guò)編碼加密算法加密指紋數據，并通過(guò)FSK方式發(fā)射出去；在有效距離范圍內的汽車(chē)防盜遙控接收器收到加密的數據，并通過(guò)解碼算法得到解密后的指紋數據，然后與存儲的指紋模板數據一一比對。如果比對結果為真，則確認操作者身份成功，可以接收遙控發(fā)射器的指令數據，否則不接收遙控發(fā)射器的指令。如果汽車(chē)在沒(méi)有得到操作者的合法身份情況下被強行操作，那么防盜遙控接收器就會(huì )發(fā)出報警控制信號（如報警器鳴響、前燈亮閃），并執行其他防盜控制信號（如總電路斷開(kāi)、汽車(chē)熄火、車(chē)門(mén)鎖關(guān)等）。

結語(yǔ)

　　本文設計的防盜遙控發(fā)射器采用了刮擦式活體指紋識別芯片MBF310，屬于第二代指紋識別技術(shù)，有效克服了第一代指紋識別技術(shù)識別率低、識別橡膠模塑指紋等缺點(diǎn)和不足，提高了安全等級和正確識別率。

　　nRF401無(wú)線(xiàn)收發(fā)芯片，采用FSK技術(shù)，遙控距離可達800 m。防盜遙控發(fā)射器和防盜遙控接收器中，AT93C46是編解碼配置芯片，存有256位的編解碼數據。遙控發(fā)射器發(fā)射數據時(shí)采用256位編碼加密算法，可以防止遙控發(fā)射的數據被截獲破解以及遙控發(fā)射器被仿制，只有遙控發(fā)射器和遙控接收器的編解碼數據相同時(shí)，才能進(jìn)行遙控操作，提高了安全等級。防盜遙控接收器中的指紋模板存儲器采用了8 KB的高速鐵電存儲器FM24C64，可以無(wú)故障讀寫(xiě)1 010次，掉電情況下保持數據10年不丟失。遙控發(fā)射器和接收器以超低功耗16位處理器MSP430F12X為數據處理和控制核心，提高了數據運算速度和系統的智能化程度，降低了功耗。

參考文獻

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