采用活體指紋傳感器MBF310的防盜遙控器設(shè)計(jì)

采用活體指紋傳感器MBF310的防盜遙控器設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一種適用于多種門禁場(chǎng)合下的防盜遙控器，具有活體指紋識(shí)別、射頻無(wú)線遙控、無(wú)線加密數(shù)據(jù)傳輸、無(wú)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。

關(guān)鍵詞 MSP430F12X 活體指紋傳感器 nRF401 MBF310

引言

　　防盜遙控器主要應(yīng)用于汽車、車庫(kù)門、防盜門、室內(nèi)門、保險(xiǎn)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(dòng)、振動(dòng)等時(shí)發(fā)出防盜報(bào)警信號(hào)。現(xiàn)在市場(chǎng)上的指紋識(shí)別防盜遙控器，采用的是第一代光學(xué)指紋識(shí)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(shí)別的效果。另外，如果人們按照手指指紋做一個(gè)指紋手模，也可能通過識(shí)別系統(tǒng)。這種指紋識(shí)別技術(shù)雖然能對(duì)使用者的身份進(jìn)行識(shí)別，但使用起來(lái)既不安全又不穩(wěn)定。

　　刮擦式活體指紋識(shí)別器通過電容傳感器發(fā)出電子信號(hào)，電子信號(hào)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(shí)別技術(shù)，防盜遙控器對(duì)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(chǔ)在遙控接收器內(nèi)的合法指紋進(jìn)行比對(duì)。只有相符時(shí)，使用者才能對(duì)遙控器進(jìn)行其他操作；否則，發(fā)出防盜報(bào)警信號(hào)。采用活體指紋識(shí)別技術(shù)驗(yàn)證使用者的身份，提高了系統(tǒng)防盜等級(jí)、安全性和穩(wěn)定性。

1 防盜遙控發(fā)射器的設(shè)計(jì)

　　刮擦式活體指紋識(shí)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(duì)刮擦式活體指紋傳感器MBF310、無(wú)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(wú)線發(fā)射，以及控制指令的無(wú)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(duì)發(fā)射的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密運(yùn)算；nRF401工作在無(wú)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(duì)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(shí)，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(shí)產(chǎn)生一中斷信號(hào)，MSP430F12X處理器收到FIFO緩沖區(qū)滿中斷信號(hào)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(yùn)算加密，把加密好的數(shù)據(jù)通過nRF401發(fā)射出去，從而實(shí)現(xiàn)指紋的采集，指紋數(shù)據(jù)的讀取、加密和無(wú)線發(fā)射，以及控制指令的無(wú)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。

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(jì)

　　防盜遙控接收器由MSP430F12X處理器、無(wú)線發(fā)射/接收芯片nRF401、參數(shù)配置芯片AT93C46、指紋模板存儲(chǔ)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(shí)，MSP430F12X處理器選擇nRF401為無(wú)線接收模式，以適時(shí)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(shí)，MSP430F12X處理器用AT93C46內(nèi)的256位配置字對(duì)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(shí)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(chǔ)器FM24C64內(nèi)預(yù)存的指紋模板數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，如果比對(duì)結(jié)果為真，表明得到合法身份驗(yàn)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(hào)。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(yīng)用實(shí)例

　　以本設(shè)計(jì)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(gè)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(bào)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(diǎn)火/熄火控制信號(hào)。

　　汽車防盜遙控器的所有操作均以通過指紋識(shí)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(shí)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(chǔ)的指紋模板數(shù)據(jù)一一比對(duì)。如果比對(duì)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(huì)發(fā)出報(bào)警控制信號(hào)（如報(bào)警器鳴響、前燈亮閃），并執(zhí)行其他防盜控制信號(hào)（如總電路斷開、汽車熄火、車門鎖關(guān)等）。

結(jié)語(yǔ)

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

　　nRF401無(wú)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(shí)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(shí)，才能進(jìn)行遙控操作，提高了安全等級(jí)。防盜遙控接收器中的指紋模板存儲(chǔ)器采用了8 KB的高速鐵電存儲(chǔ)器FM24C64，可以無(wú)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(yùn)算速度和系統(tǒng)的智能化程度，降低了功耗。