采用活體指紋傳感器MBF310的防盜遙控器設計

采用活體指紋傳感器MBF310的防盜遙控器設計

設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。

關鍵詞 MSP430F12X 活體指紋傳感器 nRF401 MBF310

引言

　　防盜遙控器主要應用于汽車、車庫門、防盜門、室內(nèi)門、保險柜等門禁設備，可以控制開啟和關閉門禁設備，在防盜模式下，當門禁被非法打開、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指紋識別技術，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)。這種指紋識別技術雖然能對使用者的身份進行識別，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，防盜遙控器對使用者的指紋活體層進行采集，并發(fā)送給遙控接收器與存儲在遙控接收器內(nèi)的合法指紋進行比對。只有相符時，使用者才能對遙控器進行其他操作；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的門禁設備里。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傳感器進行工作狀態(tài)初始化，配置為使能FIFO中斷的SPI模式。當手指在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。

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)預存的指紋模板數(shù)據(jù)進行比對，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)射器上按鍵設定的指令)，否則不響應防盜遙控發(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。

圖2 防盜遙控接收器的電路連接圖

3 應用實例

　　以本設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、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、車門鎖關等）。

結(jié)語

　　本文設計的防盜遙控發(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，有效克服了第一代指紋識別技術識別率低、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，遙控距離可達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，掉電情況下保持數(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。