具有远程开启功能的指纹应用系统设计

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。