《電子技術(shù)應(yīng)用》
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采用活體指紋傳感器MBF310的防盜遙控器設(shè)計
劉莫塵 曾益清
摘要: 設(shè)計一種適用于多種門禁場合下的防盜遙控器,具有活體指紋識別、射頻無線遙控、無線加密數(shù)據(jù)傳輸、無線加密指令控制等功能。系統(tǒng)以16位MSP430F12X處理器為數(shù)據(jù)處理和控制核心,提高了系統(tǒng)的智能化水平和控制能力。
Abstract:
Key words :

引言

  防盜遙控器主要應(yīng)用于汽車、車庫門、防盜門、室內(nèi)門、保險柜等門禁設(shè)備,可以控制開啟和關(guān)閉門禁設(shè)備,在防盜模式下,當(dāng)門禁被非法打開、碰撞、移動、振動等時發(fā)出防盜報警信號?,F(xiàn)在市場上的指紋識別防盜遙控器,采用的是第一代光學(xué)指紋識別技術(shù),只能夠掃描手指皮膚的表面(又稱“死性皮膚層”),不能深入真皮層,所以手指表面的干凈程度,直接影響到識別的效果。另外,如果人們按照手指指紋做一個指紋手模,也可能通過識別系統(tǒng)。這種指紋識別技術(shù)雖然能對使用者的身份進(jìn)行識別,但使用起來既不安全又不穩(wěn)定。

  刮擦式活體指紋識別器通過電容傳感器發(fā)出電子信號,電子信號穿過手指的表面,到達(dá)手指皮膚的活體層(又稱“真皮層”),直接讀取指紋圖案,從而大大提高了系統(tǒng)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(nèi)的合法指紋進(jìn)行比對。只有相符時,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(tǒng)防盜等級、安全性和穩(wěn)定性。

1  防盜遙控發(fā)射器的設(shè)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(hù)的門禁設(shè)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、無線發(fā)射/接收芯片nRF401、參數(shù)配置芯片AT93C46等進(jìn)行工作狀態(tài)配置,包括指紋數(shù)據(jù)讀取、指紋數(shù)據(jù)和加密數(shù)據(jù)無線發(fā)射,以及控制指令的無線發(fā)射等。

  AT93C46中保存有256位的參數(shù)配置數(shù)據(jù),用于對發(fā)射的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密運算;nRF401工作在無線發(fā)射模式。MBF310選用SPI工作模式和MSP430F12X處理器的SPI總線相連,MSP430F12X通過SPI總線對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(dāng)手指在MBF310上滑過時,MBF310采集指紋數(shù)據(jù)并存到FIFO緩沖區(qū)內(nèi);當(dāng)FIFO緩沖區(qū)滿時產(chǎn)生一中斷信號,MSP430F12X處理器收到FIFO緩沖區(qū)滿中斷信號后立即通過SPI總線讀取MBF310采集的指紋數(shù)據(jù);并把讀取的指紋數(shù)據(jù)和AT93C46內(nèi)的配置字進(jìn)行“或”運算加密,把加密好的數(shù)據(jù)通過nRF401發(fā)射出去,從而實現(xiàn)指紋的采集,指紋數(shù)據(jù)的讀取、加密和無線發(fā)射,以及控制指令的無線發(fā)射等功能。防盜遙控發(fā)射器的電路連接圖如圖1所示。

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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(shè)計

  防盜遙控接收器由MSP430F12X處理器、無線發(fā)射/接收芯片nRF401、參數(shù)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(dāng)防盜遙控接收器正常工作時,MSP430F12X處理器選擇nRF401為無線接收模式,以適時接收防盜遙控發(fā)射器發(fā)射的數(shù)據(jù)和指令。當(dāng)接收到指紋數(shù)據(jù)時,MSP430F12X處理器用AT93C46內(nèi)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(nèi)的MBF310采集到的真實活體指紋數(shù)據(jù)。然后把解碼后的指紋數(shù)據(jù)與指紋模板存儲器FM24C64內(nèi)預(yù)存的指紋模板數(shù)據(jù)進(jìn)行比對,如果比對結(jié)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(shè)定的指令),否則不響應(yīng)防盜遙控發(fā)射器發(fā)射的指令數(shù)據(jù)。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(dāng)前工作狀態(tài)。輸出端口1~6是根據(jù)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。

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圖2  防盜遙控接收器的電路連接圖

3  應(yīng)用實例

  以本設(shè)計用作汽車防盜遙控器為例,汽車防盜遙控器由汽車防盜遙控發(fā)射器和汽車防盜遙控接收器兩部分組成。汽車防盜遙控發(fā)射器由車主隨身攜帶,汽車防盜遙控接收器安裝在汽車內(nèi)。汽車防盜遙控發(fā)射器的3個指令操作按鍵分別定義為開啟汽車系統(tǒng)(KEY1)、關(guān)閉汽車系統(tǒng)(KEY2)和尋車(KEY3)。汽車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、車門鎖開/關(guān)、后艙蓋打開、總電路通斷、汽車點火/熄火控制信號。

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

結(jié)語

  本文設(shè)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和不足,提高了安全等級和正確識別率。

  nRF401無線收發(fā)芯片,采用FSK技術(shù),遙控距離可達(dá)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(shù)據(jù)。遙控發(fā)射器發(fā)射數(shù)據(jù)時采用256位編碼加密算法,可以防止遙控發(fā)射的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)相同時,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,可以無故障讀寫1 010次,掉電情況下保持?jǐn)?shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理和控制核心,提高了數(shù)據(jù)運算速度和系統(tǒng)的智能化程度,降低了功耗。

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