具有遠(yuǎn)程開啟功能的指紋應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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指紋識(shí)別是一種有效的身份識(shí)別技術(shù)。隨著光電技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)指紋識(shí)別技術(shù)越來越多地被應(yīng)用到人們的日常生活之中。指紋鎖和指紋保險(xiǎn)箱是指紋識(shí)別應(yīng)用中比較重要的產(chǎn)品。與指紋門禁不同，應(yīng)用于鎖具中的指紋系統(tǒng)一般采用電池供電，具有功耗低、體積小等特點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一個(gè)功耗低、人機(jī)界面良好的指紋識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)可以應(yīng)用于門鎖和保險(xiǎn)箱。
在實(shí)際生活中，經(jīng)常碰到人在異地，但是需要?jiǎng)e人進(jìn)門或者取用保險(xiǎn)箱里財(cái)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，一旦以后出了問題，誰也說不清。本文在基本指紋識(shí)別系統(tǒng)之上增加了一個(gè)可選的遠(yuǎn)程開啟模塊，用戶可以通過手機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程開啟操作，解決了上述問題。
1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1．1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
根據(jù)背景需求和目標(biāo)，整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)可分為3部分：主控制模塊、指紋處理模塊和遠(yuǎn)程通信模塊，它們的功能如下：指紋處理模塊負(fù)責(zé)對(duì)指紋的采集、指紋圖像的特征提取和存儲(chǔ)，以及指紋特征的匹配；遠(yuǎn)程通信模塊負(fù)責(zé)應(yīng)用系統(tǒng)和遠(yuǎn)程通信設(shè)備之間的信息交換；主控制模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)的人機(jī)交互、邏輯控制、功能管理，還負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的電源管理分配。外圍設(shè)備與機(jī)構(gòu)，是指與指紋鎖或者保險(xiǎn)箱相關(guān)的電機(jī)、振動(dòng)傳感器等。主控制模塊通過UART接口對(duì)指紋處理模塊和遠(yuǎn)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公司開發(fā)的一款16位RISC微控制器，它的低功耗特點(diǎn)能夠滿足我們的要求。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(cè)、電機(jī)驅(qū)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(tǒng)選用臺(tái)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(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，十分適合電池系統(tǒng)。UG-2864HSWEG01面板顯示有兩種供電模式：外部供電和內(nèi)部升壓供電方式。當(dāng)使用外部電源給面板供電時(shí)，需要9 V電源；使用內(nèi)部DC／DC轉(zhuǎn)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。考慮到本系統(tǒng)的實(shí)際情況，采用內(nèi)部升壓供電方式。UG-2864HSWEG01有多種方式與主控MCU通信，具體通過設(shè)置BS0、BS1和BS2引腳來選擇。本系統(tǒng)中選用8080并行接口方式與MSP430F149通信，通過設(shè)置BS0=0、BS1=1、BS2=1來實(shí)現(xiàn)。
本系統(tǒng)中的鍵盤由一個(gè)3x4的矩陣鍵盤和4個(gè)獨(dú)立按鍵組成，分別是數(shù)字鍵“0”～“9”、“*”、“#”、“取消”、“向上”、“向下”、“確認(rèn)”，由于MSP430F149只有P1口和P2口有端口中斷源，因此將矩陣鍵盤的3個(gè)行信號(hào)和4個(gè)獨(dú)立功能按鍵放置在P1口。
系統(tǒng)選用的EEPROM為AT24C08，時(shí)間芯片為DS1302，兩者均支持I2C總線協(xié)議。MSP430使用I／O模擬I2C總線協(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(yuǎn)程通信模塊通信。
為了延長系統(tǒng)電池的使用壽命，系統(tǒng)采用自動(dòng)下電方式，在待機(jī)時(shí)直接隔斷電源。使用了一個(gè)P溝道場(chǎng)效應(yīng)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(dāng)鍵盤按鍵按下時(shí)，信號(hào)KEY_wakeup將接地拉低，此時(shí)，由于電阻的分壓作用，場(chǎng)效應(yīng)管GS兩極的電壓約為-5～-4．5 V，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，系統(tǒng)上電。系統(tǒng)上電后，MSP430F149立即將信號(hào)POWER_EN置高，三極管9013接通，系統(tǒng)維持上電。MSP 430F149處理完相關(guān)操作后，將信號(hào)POWER_EN置低，三極管阻斷，場(chǎng)效應(yīng)管GS兩極的電壓為0，F(xiàn)DN336截止，系統(tǒng)自動(dòng)下電。
1．3 指紋識(shí)別模塊
指紋識(shí)別模塊選擇FSC7002作為指紋識(shí)別處理芯片。FSC7002是成都方程式電子有限公司開發(fā)的專用指紋識(shí)別芯片，內(nèi)含一個(gè)8位FMCU8KB嵌入式微控制器以及FID116KMG指紋識(shí)別處理模塊，并且兼容多種指紋傳感器。FSC7002內(nèi)置微控制器與8051系列兼容，易于開發(fā)，通過UART可方便地對(duì)其進(jìn)行指令控制。
綜合成本因素，本系統(tǒng)選用現(xiàn)成的基于FSC7002的指紋識(shí)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(shí)別模塊的體積、成本和開發(fā)成本都大大降低。BLH9003D內(nèi)置感應(yīng)芯片，對(duì)手指的按捺可進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，并將識(shí)別結(jié)果通過信號(hào)通知控制方，當(dāng)無手指按捺時(shí)輸出低電平，有手指按捺時(shí)輸出高電平。
1．4 遠(yuǎn)程通信模塊
遠(yuǎn)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(jí)的GSM／GPRS模塊，電源電壓3．3～4．8 V(推薦值3．8 V)，平均待機(jī)電流47μA。MG323提供一個(gè)UART接口和標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)置TCP／IP協(xié)議棧，為將來進(jìn)一步開發(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(duì)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(tǒng)通過GSM_EN信號(hào)來控制遠(yuǎn)程通信模塊的電源通斷。
評(píng)論