当前位置:首页 > 工业控制 > 工业控制
[导读]摘要:设计了一个能用于门锁和保险箱的指纹识别与控制系统。系统以MSP430F149为主控芯片,FSC7002为指纹处理芯片,兼具密码和指纹两种开启方式。还设计了一个可选的远程开启和报警模块。模块采用MG323作为通信芯片,

摘要:设计了一个能用于门锁和保险箱的指纹识别与控制系统。系统以MSP430F149为主控芯片,FSC7002为指纹处理芯片,兼具密码和指纹两种开启方式。还设计了一个可选的远程开启和报警模块。模块采用MG323作为通信芯片,通过GSM网络实现了远程信息的传输。开发了基于Android系统的远程开启软件,软件采用DES对传输信息进行加密,提高了信息传输的安全性。
关键词:指纹识别;MSP430F149;MG323;Android;远程开启

引言
    指纹识别是一种有效的身份识别技术。随着光电技术和半导体技术的发展,自动指纹识别技术越来越多地被应用到人们的日常生活之中。指纹锁和指纹保险箱是指纹识别应用中比较重要的产品。与指纹门禁不同,应用于锁具中的指纹系统一般采用电池供电,具有功耗低、体积小等特点。本文设计和实现了一个功耗低、人机界面良好的指纹识别应用系统,系统可以应用于门锁和保险箱。
    在实际生活中,经常碰到人在异地,但是需要别人进门或者取用保险箱里财物的情况。以前常用的做法是提前将钥匙借给别人或者临时告诉别人密码,这样的做法增加了安全隐患,一旦以后出了问题,谁也说不清。本文在基本指纹识别系统之上增加了一个可选的远程开启模块,用户可以通过手机进行远程开启操作,解决了上述问题。

1 系统硬件结构设计
1.1 系统功能设计
   
根据背景需求和目标,整个应用系统可分为3部分:主控制模块、指纹处理模块和远程通信模块,它们的功能如下:指纹处理模块负责对指纹的采集、指纹图像的特征提取和存储,以及指纹特征的匹配;远程通信模块负责应用系统和远程通信设备之间的信息交换;主控制模块负责系统的人机交互、逻辑控制、功能管理,还负责对整个系统的电源管理分配。外围设备与机构,是指与指纹锁或者保险箱相关的电机、振动传感器等。主控制模块通过UART接口对指纹处理模块和远程通信模块进行控制操作。
1.2 主控制模块
   
主控制模块选用MSP430F149作为主控芯片。MSP430F149是美国TI公司开发的一款16位RISC微控制器,它的低功耗特点能够满足我们的要求。主控制模块需要完成的功能有控制电源供电、按键输入、液晶显示、电压检测、电机驱动、时间信息芯片等。
    MSP430F149使用8 MHz晶振作为主工作频率,另外还有1个辅助晶振32768 Hz接在XIN和XOUT端,作为串口的波特率发生器产生源。
    系统选用台湾悠景公司的UG-2864HSWEG01作为显示屏。UG-2864HSWEG01是一款128×64像素的单色OLED显示屏,OLED拥有能耗低、体积轻薄、响应速度快等优点,十分适合电池系统。UG-2864HSWEG01面板显示有两种供电模式:外部供电和内部升压供电方式。当使用外部电源给面板供电时,需要9 V电源;使用内部DC/DC转换器时外部需要接3.5~4.2 V电源,实际使用时外部接3.3 V也能正常显示。考虑到本系统的实际情况,采用内部升压供电方式。UG-2864HSWEG01有多种方式与主控MCU通信,具体通过设置BS0、BS1和BS2引脚来选择。本系统中选用8080并行接口方式与MSP430F149通信,通过设置BS0=0、BS1=1、BS2=1来实现。
    本系统中的键盘由一个3x4的矩阵键盘和4个独立按键组成,分别是数字键“0”~“9”、“*”、“#”、“取消”、“向上”、“向下”、“确认”,由于MSP430F149只有P1口和P2口有端口中断源,因此将矩阵键盘的3个行信号和4个独立功能按键放置在P1口。
    系统选用的EEPROM为AT24C08,时间芯片为DS1302,两者均支持I2C总线协议。MSP430使用I/O模拟I2C总线协议与它通信。主控制模块使用MSP430F149的UART0与指纹处理模块通信,UART1与远程通信模块通信。
    为了延长系统电池的使用寿命,系统采用自动下电方式,在待机时直接隔断电源。使用了一个P沟道场效应管FDN336,其关断时DS漏电流为1μA左右,电源控制电路如图1所示。当键盘按键按下时,信号KEY_wakeup将接地拉低,此时,由于电阻的分压作用,场效应管GS两极的电压约为-5~-4.5 V,场效应管导通,系统上电。系统上电后,MSP430F149立即将信号POWER_EN置高,三极管9013接通,系统维持上电。MSP 430F149处理完相关操作后,将信号POWER_EN置低,三极管阻断,场效应管GS两极的电压为0,FDN336截止,系统自动下电。


1.3 指纹识别模块
   
指纹识别模块选择FSC7002作为指纹识别处理芯片。FSC7002是成都方程式电子有限公司开发的专用指纹识别芯片,内含一个8位FMCU8KB嵌入式微控制器以及FID116KMG指纹识别处理模块,并且兼容多种指纹传感器。FSC7002内置微控制器与8051系列兼容,易于开发,通过UART可方便地对其进行指令控制。
    综合成本因素,本系统选用现成的基于FSC7002的指纹识别模块BLH9003D。它是一种一体化的光学指纹处理模块,它将光学传感器和指纹处理器集成在一起,使得指纹识别模块的体积、成本和开发成本都大大降低。BLH9003D内置感应芯片,对手指的按捺可进行自动识别,并将识别结果通过信号通知控制方,当无手指按捺时输出低电平,有手指按捺时输出高电平。
1.4 远程通信模块
   
远程通信模块采用华为公司的MG323作为GSM的收发模块。MG323模块是华为公司推出的一款工业级的GSM/GPRS模块,电源电压3.3~4.8 V(推荐值3.8 V),平均待机电流47μA。MG323提供一个UART接口和标准SIM卡接口,短消息模式支持TEXT和PDU。MG323不仅支持GSM协议,还支持GPRS协议,并且内置TCP/IP协议栈,为将来进一步开发提供了空间。MG323的接口电路如图2所示,MG323的UART口定义是针对MCU而言的,故而它与MSP430的连接不用交叉。MG323必须采用额外的电池供电,主控系统通过GSM_EN信号来控制远程通信模块的电源通断。



2 系统软件设计
2.1 系统软件层次结构
   
MSP430F149内置2 KB内存,不太适合使用操作系统,因此本系统在软件设计上采用前后台系统和状态机相结合的方式。在整体上,系统软件分为硬件驱动层,功能函数层和应用程序层,如图3所示。


2.2 主应用程序
   
主应用程序完成指纹锁具的所有功能,图4表示的是主应用程序流程的示意图。当系统启动时,首先进行一系列的初始化,然后根据系统设置选择默认的开启方式,之后根据按键的不同,或切换开启方式,或进入管理模式,或进入远程开启模式。


    系统分为密码开启和指纹密码开启两种方式,密码开启只允许密码开启,指纹密码开启既可以用指纹开启也可以用密码开启。之所以分2种开启方式,是因为密码开启方式十分省电,实际使用中可能有的用户为了省电而使用这种方式。用户使用管理功能来维护锁具,包括系统信息的设置,用户信息的建立、删除和修改,远程开启和报警功能的设置等。管理功能使用菜单来进行人机交互,只有管理员才能使用管理功能。
2.3 用户信息结构
   
用户数据信息存储的是用户的具体信息,包括用户名字、用户对应的指纹ID、开启密码、用户创建时间以及用户属性,总共长度为24个字节。用户创建时间表示用户创建的具体时间或者用户最近的修改时间,采用BCD码用7个字节表示,分别是秒、分、时、日、月、星期、年具体格式和DS1302对外输出的格式相同。用户属性property使用1个字节记录了用户的权限级别、用户的有效期和用户默认验证方式。系统通过用户创建时间和用户有效期判断用户是否到期失效。用户数据的结构定义如下:
   


2.4 指纹模块通信协议
   
控制模块和指纹处理器FSC7002通过UART接口通信,它们之间的通信遵循一定的协议。FSC7002提供了一个标准通信协议,本文直接采用了这个协议。上位机(MSP430F49)向下位机(FSC7002)发送的指令,采用指令包的形式进行。指令包的长度为8字节,其格式如下所示。


    下位机收到指令包后,将有关指令执行情况与结果采用应答包的形式上报给上位机。下位机只对符合自身地址码的指令包做出应答,其他地址的指令包不会给予应答;对于不符合协议要求的指令码,下位机也不会应答。应答包的长度是不定的,应答包将返回它应答的指令码,以及此指令码的执行结果代码,还会返回一些必要的参数。应答包的格式如下所示。


    控制模块(上位机)和指纹处理模块(下位机)不停地通过指令包和应答包的传送,完成一系列的功能任务。

3 远程报警和开启
3.1 远程报警
   
远程报警是指当传感器检测到侵入或者输入报警密码时,系统向预先设置的手机号码发送报警信息。所谓报警密码是指预先设置的一组密码,使用这组密码同样也能开启锁具,但是在开启的同时,它将启动远程通信模块,并向远程手机发送报警的信息。报警密码主要用在被挟持开锁的情况下,既能保证人身安全,又能有一定的反制措施。
3.2 远程开启
   
远程开启是指使用手机发送开机指令,在远距离情况下开启门锁或者保险箱。远程开启功能的一大安全漏洞是使用GSM短信方式并不安全,因此本系统中对传输的数据进行了安全加密,使得安全性大大提升,加密算法使用256位DES加密。
    远程开启功能包括锁具部分和用户手机部分,两部分必须相互配合才能完成预期目标。锁具部分在前述章节建立的基础上开发完成,用户手机部分使用Android平台作为开发对象。远程开启功能包括注册流程和远程开启流程,分别如图5和图6所示。


    由于MSP430F149没有随机数生成器,因此使用内部的计时器,对用户按键间隔计时,使用这个间隔时间作为随机数种子。
3.3 基于Android的远程开启程序设计
   
本文基于Android平台,针对指纹锁远程开启的应用需求,采用DES算法加密通信数据,设计了符合安全要求的指纹锁手机端软件。
    手机端软件主要实现3个功能:远程开启、注册、删除。软件的总体结构如图7所示。


    注册:手机端软件接收锁体短信,将锁体名称、密钥和短信来源号码保存到数据库。
    开启:获取用户输入的随机数和密码,用随机数和保存的密钥对密码进行加密,发送到指纹锁对应的号码。
    删除:手机端软件删除对应锁体的信息,包括保存的密钥。
    软件中涉及短信接收和短信发送,必须在项目配置文件中添加SEND_SMS和RECEIVE_SMS权限。
    接收系统广播,需要向系统申请广播接收者权限。申请的方式有静态和动态两种。静态方式在软件的项目配置文件声明即可。静态方式下,软件在整个运行过程中都将响应系统广播。动态方式是在需要的时候使用registerReceivei方法向系统申请权限,在结束的时候使用unregisterReceiver方法注销即可,本文中采用动态方式。接收到短信的系统广播为android.provider.Telephony.SMSRECEIVED,用它生成过滤器IntentFilter类,即可使软件只对该广播进行响应。
    发送短信功能通过短信服务SmsManager类实现。该类中sendTextMessage方法即可控制手机硬件,实现短信的发送。

结语
   
本文设计的指纹识别和控制系统(不包括远程通信模块)使用4节1.5 V干电池串联供电。经测试,在使用指纹按捺感应启动功能的前提下,待机功耗为10.4μA,密码识别过程功耗为8.9 mA,指纹识别过程功耗为131.2mA。系统主要功耗指标已达到商业水平,具有较高的实
用价值。

本站声明: 本文章由作者或相关机构授权发布,目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点,本站亦不保证或承诺内容真实性等。需要转载请联系该专栏作者,如若文章内容侵犯您的权益,请及时联系本站删除。
换一批
延伸阅读

常州2023年9月25日 /美通社/ -- 9月23日,由江苏省商务厅指导,世界中餐业联合会、常州市人民政府主办的"第三届中华节气菜大会暨首届江南美食节"在江苏常州开幕。文化和旅游部国际交流与合作局一...

关键字: BSP 可持续发展 大赛 质量控制

北京2023年9月25日 /美通社/ -- 9月21日,由中国质量报刊社·中国质量新闻网主办的第六届食品高质量发展交流会在北京举行,会议主题为"高质量,新生活",旨在推动食品行...

关键字: 自动化 BSP ISO9001 NAS

北京2023年9月23日 /美通社/ -- 近日,主线科技正式获准在北京市智能网联汽车政策先行区道路开启常态化测试与示范,将与物流客户在真实开放的城区道路场景中,率先开启基于L4级别自动驾驶能力的智能卡车运输示范。 随...

关键字: 智能卡 测试 高速公路 BSP

曼谷2023年9月18日 /美通社/ -- 作为东南亚的旅游胜地,泰国一直在全球范围内吸引着无数游客的目光。泰国旅游和体育部近日公布的报告显示,今年前7个月,泰国旅游业总收入约为1.08万亿泰铢(约合人民币2233亿元)...

关键字: BSP GEN 国美 AN

哥伦比卡尔达斯2023年9月22日 /美通社/ -- 近日,天合跟踪与中国电建签订拉美地区哥伦比亚泰普伊光伏电站跟踪支架供货协议,将为其提供108MW智能跟踪系统,其中包含开拓者1P智能跟踪支架、智能算法、以及智慧云平台...

关键字: 光伏电站 跟踪系统 控制器 BSP

广州2023年9月22日 /美通社/ -- 日前,国际独立第三方检测、检验和认证机构德国莱茵TÜV大中华区(以下简称"TÜV莱茵")顺...

关键字: 研讨会 中国汽车 汽车产业 指令

2型炎症领域新突破 上海2023年9月22日 /美通社/ -- 赛诺菲今天宣布,达必妥®(度普利尤单抗注射液)获得中国国家药品监督管理局(NMPA)批准,用于治疗适合系统治疗的中度至重度结节性痒疹的成...

关键字: PRIME BSP REPORT SAR

欧莱雅中国旗下上海美次方投资有限公司达成首次开放式创新投资 法国克里希2023年9月22日 /美通社/ -- 欧莱雅集团宣布对中国创新型生物科技公司杉海创新进行少数股权投资,以建立长期合作伙伴关系,共同开发新...

关键字: AN BSP DEVELOPMENT FOR

赋能企业实现业务数据的可识别、可见、可协作和安全数据的可操作 北京2023年9月22日 /美通社/ -- 亚马逊云科技持续加速分析与安全服务创新,守护安全基座,助力企业进一步释放数据要素价值,实现创新增长。在数字经济时...

关键字: 亚马逊 BSP 生成式AI SECURITY

重庆2023年9月22日 /美通社/ -- 全球领先的高端半导体封装载板和印制电路板制造商奥特斯连续第八年受邀,出席重庆市市长国际经济顾问团于9月22日举行的第十七届年会。 奥特斯连续第八年受邀,出席重庆市市...

关键字: BSP 印制电路板 微型 微电子
关闭
关闭