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、無線加密數據傳輸、無線加密指令控制等功能。系統以16位MSP430F12X處理器為數據處理和控制核心，提高了系統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、振動等時發出防盜報警信號。現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。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定。

　　刮擦式活體指紋識別器通過電容傳感器發出電子信號，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，并發送給遙控接收器與存儲在遙控接收器內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，提高了系統防盜等級、安全性和穩定性。

1? 防盜遙控發射器的設計

　　刮擦式活體指紋識別防盜遙控器分為防盜遙控發射器和防盜遙控接收器兩部分。防盜遙控發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、無線發射/接收芯片nRF401、參數配置芯片AT93C46等進行工作狀態配置，包括指紋數據讀取、指紋數據和加密數據無線發射，以及控制指令的無線發射等。

　　AT93C46中保存有256位的參數配置數據，用于對發射的數據進行加密運算；nRF401工作在無線發射模式。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采集指紋數據并存到FIFO緩沖區內；當FIFO緩沖區滿時產生一中斷信號，MSP430F12X處理器收到FIFO緩沖區滿中斷信號后立即通過SPI總線讀取MBF310采集的指紋數據；并把讀取的指紋數據和AT93C46內的配置字進行“或”運算加密，把加密好的數據通過nRF401發射出去，從而實現指紋的采集，指紋數據的讀取、加密和無線發射，以及控制指令的無線發射等功能。防盜遙控發射器的電路連接圖如圖1所示。

圖1? 防盜遙控發射器的電路連接圖

2? 防盜遙控接收器的設計

　　防盜遙控接收器由MSP430F12X處理器、無線發射/接收芯片nRF401、參數配置芯片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射器發射的數據和指令。當接收到指紋數據時，MSP430F12X處理器用AT93C46內的256位配置字對接收到的加密指紋進行解碼，得到防盜遙控發射器內的MBF310采集到的真實活體指紋數據。然后把解碼后的指紋數據與指紋模板存儲器FM24C64內預存的指紋模板數據進行比對，如果比對結果為真，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射器的控制指令(防盜遙控發射器上按鍵設定的指令)，否則不響應防盜遙控發射器發射的指令數據。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。輸出端口1～6是根據遙控指令產生的輸出控制信號。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射器和汽車防盜遙控接收器兩部分組成。汽車防盜遙控發射器由車主隨身攜帶，汽車防盜遙控接收器安裝在汽車內。汽車防盜遙控發射器的3個指令操作按鍵分別定義為開啟汽車系統(KEY1)、關閉汽車系統(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；汽車防盜遙控發射器采集到指紋后，通過編碼加密算法加密指紋數據，并通過FSK方式發射出去；在有效距離范圍內的汽車防盜遙控接收器收到加密的數據，并通過解碼算法得到解密后的指紋數據，然后與存儲的指紋模板數據一一比對。如果比對結果為真，則確認操作者身份成功，可以接收遙控發射器的指令數據，否則不接收遙控發射器的指令。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出報警控制信號（如報警器鳴響、前燈亮閃），并執行其他防盜控制信號（如總電路斷開、汽車熄火、車門鎖關等）。

結語

　　本文設計的防盜遙控發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無線收發芯片，采用FSK技術，遙控距離可達800 m。防盜遙控發射器和防盜遙控接收器中，AT93C46是編解碼配置芯片，存有256位的編解碼數據。遙控發射器發射數據時采用256位編碼加密算法，可以防止遙控發射的數據被截獲破解以及遙控發射器被仿制，只有遙控發射器和遙控接收器的編解碼數據相同時，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，掉電情況下保持數據10年不丟失。遙控發射器和接收器以超低功耗16位處理器MSP430F12X為數據處理和控制核心，提高了數據運算速度和系統的智能化程度，降低了功耗。