一、指紋IC卡門禁系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

    基于MSP430的指紋IC卡身份認(rèn)證系統(tǒng)如圖1所示，主要有三部分組成，第一部分為指紋識別模塊，用來實現(xiàn)指紋的采樣和比對?？紤]到開發(fā)周期，系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面的問題，采用了西安紫牛信息技術(shù)有限公司的“可編程指紋模塊”B IG1080P- H指紋識別模塊。第二部分為非接觸式IC卡讀寫電路，采用Philips的串行MF RC531芯片，用來實現(xiàn)非連接的讀寫控制。第三部分為鍵盤與液晶電路，鍵盤用來觸發(fā)控制箱從低功耗狀態(tài)蘇醒， 液晶用來提示操作過程。選用HF12232F模塊，可以顯示7.5×2個（16×16點陣）漢字。

    1、非接觸式IC卡接口電路

    MFRC531是應(yīng)用于13.56MHz非接觸式通信中高集成讀寫卡芯片系列中的一員。該讀寫卡芯片系列利用了先進(jìn)的調(diào)制和解調(diào)概念， 完全集成了在13.56MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。

    MFRC531支持ISO/IEC14443A/B的所有層和MIFARE經(jīng)典協(xié)議， 以及與該標(biāo)準(zhǔn)兼容的標(biāo)準(zhǔn)。支持高速MIFARE非接觸式通信波特率。內(nèi)部的發(fā)送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅(qū)動近操作距離的天線（可達(dá)100mm）。接收器部分提供一個堅固而有效的解調(diào)和解碼電路，用于ISO14443A兼容的應(yīng)答器信號。數(shù)字部分處理ISO14443A幀和錯誤檢測（ 奇偶&CRC）。此外，它還支持快速CRYPTO1加密算法，用于驗證MIFARE系列產(chǎn)品。與主機通信模式有8位并行和SPI模式，用戶可根據(jù)不同的需求選擇不同的模式，這樣給讀卡器/終端的設(shè)計提供了極大的靈活性。在本系統(tǒng)中，與主機通信模式選用SPI模式（如圖2所示），同時可以節(jié)約CPU的IO口資源。

    MFRC531是與非接觸式IC卡實現(xiàn)無線通信的核心模塊，也是控制器控制讀寫IC卡的關(guān)鍵接口芯片。它根據(jù)寄存器的設(shè)定對發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制得到發(fā)送的信號，并通過TX1，TX2腳驅(qū)動天線以電磁波的形式發(fā)出去。天線（如圖3所示）發(fā)出頻率固定的電磁波13. 56MHz，射頻卡接收到電磁波后，由卡中自帶的LC串聯(lián)諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容充電有了電荷，再接一個單向?qū)щ姷碾娮颖茫瑢㈦姾伤偷搅硪粋€電容內(nèi)存儲，經(jīng)過濾波整流后產(chǎn)生2V 的電壓作為電源供卡片工作使用?？ㄆ幚斫邮盏拿詈蛿?shù)據(jù)，并將結(jié)果返回給讀寫器。

    2、指紋識別模塊

    本設(shè)計中采用了西安紫牛信息技術(shù)有限公司推出的業(yè)界第一個“可編程指紋模塊”B IG1080P-A指紋識別模塊。它是由32位高性能可編程處理器、活體指紋采集芯片和指紋識別核心固件等構(gòu)成的一個獨立的嵌入式指紋識別系統(tǒng)。該指紋模塊具有250枚指紋存儲能力，具備1S以內(nèi)的指紋比對性能，支持1∶1和1∶N兩種比對模式，能夠任意兼容各類指紋傳感芯片。它具有兩種工作模式：一是獨立工作模式，二是從屬工作模式（如圖4所示）它的TXD和RXD分別和MSP430的UART0連接進(jìn)行串口通訊。BIG1080P- A的UART是一個標(biāo)準(zhǔn)的通用異步收/發(fā)的接口，接口支持的速率115200bps。

    3、MODEM通訊模塊

    4、電源管理模塊

    在本系統(tǒng)中選用了功耗極低MSP430 作為控制器。它的工作電壓范圍為1.8~3.6V，有一種活動模式和5種低功耗省電模式，6μs內(nèi)從等待狀態(tài)喚醒。這些特點使MSP430系列芯片在電池供電，便攜式設(shè)備的應(yīng)用中表現(xiàn)出優(yōu)良的特性?？刂葡洳捎娩囯姵亟oCPU及其他模塊供電。由于設(shè)備使用頻率較低，功耗較少，可以設(shè)計當(dāng)設(shè)備在夜晚或者周末非正常工作時間時，采用電話線給鋰電池充電。電話局交換機通過提供直流饋電的方式向用戶供電，一般直撥電話的空載電壓為48V，分機為24V，交換機提供的摘機電流大約20mA。因此，控制箱系統(tǒng)可以主動摘機，然后利用這20mA的摘機電流對電池充電，當(dāng)然，充電不能在正常工作時間進(jìn)行，這樣會造成監(jiān)控中心需要傳輸數(shù)據(jù)時無法撥通本控制箱號碼，因為本方事先摘機時對方會檢測到忙音。因此，本方案設(shè)計了實時時鐘電路，控制箱系統(tǒng)可以知道當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)時間，只選擇晚上或周末等對系統(tǒng)充電，從而不影響正常的工作。

    二、軟件開發(fā)

    1、指紋IC卡身份認(rèn)證系統(tǒng)的總流程

    指紋IC卡身份認(rèn)證設(shè)計主要實現(xiàn)兩個功能： 指紋采集和身份認(rèn)證兩大功能。

    指紋采集的主要流程如圖6所示：首先用戶工作人員到系統(tǒng)監(jiān)控中心提取指紋，管理人員根據(jù)當(dāng)前時刻生成一張存有單次有效隨機密碼的射頻IC卡交予工作人員。然后管理人員再把上述指紋和密碼信息及信息有效時段通過電話網(wǎng)下載到對應(yīng)的控制箱里。

    身份認(rèn)證過程的主要流程如圖7所示：工作人員一定要在有效時段內(nèi)操作控制箱來開鎖，首先是通過按鈕將平時處于休眠狀態(tài)的系統(tǒng)激活，根據(jù)液晶提示現(xiàn)場輸入自己的指紋，控制系統(tǒng)判斷本次操作是否在有效時段之內(nèi)，如果有效則與已通過電話線下載到控制箱內(nèi)的指紋進(jìn)行匹配，驗證通過后，液晶再提示刷取射頻IC卡，控制系統(tǒng)將IC卡內(nèi)的單次有效隨機密碼與已下載到控制箱中的隨機密碼進(jìn)行匹配。以上匹配都通過了之后，才可以開鎖。

    2、指紋模塊與主機之間的通信

    上電后的BIG1080P- A通過串口與控制器通訊，通訊格式如下：

    三、結(jié)束語

    系統(tǒng)能夠較好地實現(xiàn)低功耗自供電多重安全性能的設(shè)計要求，為高安全保安系統(tǒng)的設(shè)計提供了一個理想的思路。適用于金融系統(tǒng)高端客戶使用或安裝位置分散的大系統(tǒng)單位使用。