当前位置：首页 > 单片机 > 单片机

一个新型超低功耗指纹锁控制系统

时间：2009-04-09 09:49:55

关键字：控制系统超低功耗指纹锁 BSP

手机看文章

扫描二维码
随时随地手机看文章

[导读]文章介绍了一个新型超低功耗的指纹锁控制系统的硬件构成和软件编程。

1 引言
随着制锁技术的不断发展，电子锁已经逐渐广泛地应用到一些高科技和高档的场合，指纹锁的应用更是如此，但功耗的降低又是一个新的挑战。本文介绍的是一套超低功耗，简单易用，功能齐全，价格低廉的指纹锁系统，特别适合用在各种低功耗要求的场合。

2 系统特点介绍
    (1)超低功耗，睡眠时电流小于15uA。
    (2)指纹分两级，管理员指纹和普通用户指纹，所有指纹都可以开锁，管理员指纹可以添加或删除普通用户指纹。
    (3)管理员指纹可以临时禁止普通用户指纹开锁，也可以解除禁止。
    (4)按下复位按键2秒钟就可以清除所有指纹，之后第一个录入的就是管理员指纹。
    (5)操作简单方便，只要按下指纹就可以进行指纹比对和开锁，对所有的操作都有提示音提示。
    (6)可录入512个指纹(要视乎指纹模块的内存大小而定)。
    (7)当电池电量不足时，系统有提示灯提示用户换电池。
    (8)一段时间没有操作系统自动关机进入睡眠状态。
    (9)可通过一个开关设置开锁后隔一段时间自动关锁还是手动关锁。
    (10)系统会自动把损坏后短路的按键屏蔽掉，使其它按键的操作免受影响。

3 硬件介绍
    本系统使用了美国TI公司生产的超低功耗单片机MSP430F1121作为控制核心，以24C02为存储芯片存放一些参数，再配上一个开锁键和一个关锁键，还有一个蜂鸣器作为发提示音用。
    这里使用的串行通信的指纹模块是上海一维科技的MRB200指纹模块，在指纹模块扫描板下面有一个轻触开关来感知手指的按下。由于单片机的IO脚不够用，利用了一片串并转换芯片74HC595扩展输出口来驱动开锁、关锁、蜂鸣、指纹模块的睡眠唤醒和指示灯等。
    另外值得一提的是，由于MSP430F1121仅有的一个串口已经接了74HC595，与指纹模块的通信就只能利用两只普通的IO脚软件模拟串口来完成了。系统的硬件框图如图1所示。

美国TI公司设计生产的MSP430系列芯片是专门为电池供电的低功耗系统设计的16位RISC结构的单片机，可以最大程度地延长电池的寿命。它的指令周期最小为125ns，工作电压范围由1．8V到3．6V，在工作电压为2．2V，主频为1MHz的情况下的工作电流是160uA，有5种省电模式，从睡眠状态到唤醒状态只需6us。
本系统是专为电池供电而设计，使用了低压差线性稳压器(LDO)作为电源，它的静态耗费只有2 uA～3uA，再加上系统睡眠时电流小于15uA，保证了在使用4节5号电池供电正常使用的情况下系统可正常工作3个月以上。

4 软件设计
由于本系统要做成低功耗，所以系统在没人使用的时候是处于睡眠状态，以达到省电的目的，一旦有人按下指纹或者按下按键，系统就被唤醒完成相应的操作。
要使系统省电，软件的设计关键是要根据MSP430F112l硬件上所特有的一些跟省电有关的特性来设计，才能充分发挥这款芯片的低功耗特性。比如，要选择好适当的睡眠模式；在进入睡眠模式之前要确保关闭所有有可能漏电流的端口；端口要使用的时候才打开，使用完就马上关闭等等。由于MSP430系列芯片的每个IO引脚都可以作为中断源触发中断，所以主要的操作都是放在按键中断程序里面完成，而主程序主要是完成一些端口设置、定时器设置等等的操作，主程序的流程图如图2所示。

    每次有按键按下产生按键中断进入按键中断程序，系统首先检查是否有损坏短路的按键，然后判断此次按键中断是否干扰造成，如果是就直接返回睡眠状态，接下来就是清按键中断标志和禁止按键中断，这一步非常重要，不然就会造成一些混乱。
    然后就把键值取下来，等晶振生效以后就设置端口和定时器，接着检查电池电量，再接着就是根据键值来进行不同的操作。
    这里要注意，由于指纹模块的功耗比较大，所以要用到的时候才打开它，用完就马上关闭。如果操作完成或者一段时间没有操作，系统就自动关闭需要关闭的端口和打开按键中断，最后中断返回进入睡眠状态。中断程序流程图如图3所示。

5 结语
本指纹锁控制系统具有超低功耗、体积小、可靠、结构简单和使用方便等特点，非常适合应用于只有电池供电场合。本系统已经交付给厂家试用，得到厂家的好评。