基于活体指纹传感器 MBF310的防盗遥控器设计

引 言
    防盗遥控器主要应用于汽车、车库门、防盗门、室内门、保险柜等门禁设备，可以控制开启和关闭门禁设备，在防盗模式下，当门禁被非法打开、碰撞、移动、振动等时发出防盗报警信号。现在市场上的指纹识别防盗遥控器，采用的是第一代光学指纹识别技术，只能够扫描手指皮肤的表面(又称“死性皮肤层”)，不能深入真皮层，所以手指表面的干净程度，直接影响到识别的效果。另外，如果人们按照手指指纹做一个指纹手模，也可能通过识别系统。这种指纹识别技术虽然能对使用者的身份进行识别，但使用起来既不安全又不稳定。
    刮擦式活体指纹识别器通过电容传感器发出电子信号，电子信号穿过手指的表面，到达手指皮肤的活体层(又称“真皮层”)，直接读取指纹图案，从而大大提高了系统的安全性。采用刮擦式活体指纹识别技术，防盗遥控器对使用者的指纹活体层进行采集，并发送给遥控接收器与存储在遥控接收器内的合法指纹进行比对。只有相符时，使用者才能对遥控器进行其他操作；否则，发出防盗报警信号。采用活体指纹识别技术验证使用者的身份，提高了系统防盗等级、安全性和稳定性。

1 防盗遥控发射器的设计
    刮擦式活体指纹识别防盗遥控器分为防盗遥控发射器和防盗遥控接收器两部分。防盗遥控发射器由使用者随身携带，防盗遥控接收器安放在要保护的门禁设备里。防盗遥控发射器以MSP430F12X处理器为核心，对刮擦式活体指纹传感器MBF310、无线发射／接收芯片nRF401、参数配置芯片AT93C46等进行工作状态配置，包括指纹数据读取、指纹数据和加密数据无线发射，以及控制指令的无线发射等。
    AT93C46中保存有256位的参数配置数据，用于对发射的数据进行加密运算；nRF401工作在无线发射模式。MBF3lO选用SPI工作模式和MSP430F12X处理器的SPI总线相连，MSP430F12X通过SPI总线对MBF310传感器进行工作状态初始化，配置为使能FIF0中断的SPI模式。当手指在MBF310上滑过时，MBF310采集指纹数据并存到FIFO缓冲区内；当FIFO缓冲区满时产生一中断信号，MSP430F12X处理器收到FIFO缓冲区满中断信号后立即通过SPI总线读取MBF310采集的指纹数据；并把读取的指纹数据和AT93C46内的配置字进行“或”运算加密，把加密好的数据通过nRF401发射出去，从而实现指纹的采集，指纹数据的读取、加密和无线发射，以及控制指令的无线发射等功能。防盗遥控发射器的电路连接图如图1所示。

2 防盗遥控接收器的设计
    防盗遥控接收器由MSP430F12X处理器、无线发射／接收芯片nRF401、参数配置芯片AT93C46、指纹模板存储器FM24C64、按键和指示灯等硬件组成。当防盗遥控接收器正常工作时，MSP430F12X处理器选择nRF401为无线接收模式，以适时接收防盗遥控发射器发射的数据和指令。当接收到指纹数据时，MSP430F12X处理器用AT93C46内的256位配置字对接收到的加密指纹进行解码，得到防盗遥控发射器内的MBF、310采集到的真实活体指纹数据。然后把解码后的指纹数据与指纹模板存储器FM24C64内预存的指纹模板数据进行比对，如果比对结果为真，表明得到合法身份验证，那么防盗遥控接收器可以接收防盗遥控发射器的控制指令(防盗遥控发射器上按键设定的指令)，否则不响应防盗遥控发射器发射的指令数据。防盗遥控接收器按键用于建立指纹模板，指示灯指示防盗遥控接收器的当前工作状态。输出端口1～6是根据遥控指令产生的输出控制信号。防盗遥控接收器的电路连接图如图2所示。

3 应用实例
    以本设计用作汽车防盗遥控器为例，汽车防盗遥控器由汽车防盗遥控发射器和汽车防盗遥控接收器两部分组成。汽车防盗遥控发射器由车主随身携带，汽车防盗遥控接收器安装在汽车内。汽车防盗遥控发射器的3个指令操作按键分别定义为开启汽车系统(KEYl)、关闭汽车系统(KEY2)和寻车(KEY3)。汽车防盗遥控接收器的输出控制端口输出1～6分别定义为：报警器鸣响、前灯亮闪、车门锁开／关、后舱盖打开、总电路通断、汽车点火／熄火控制信号。
    汽车防盗遥控器的所有操作均以通过指纹识别为前提。首先，遥控器操作者的手指(遥控器操作者在汽车防盗遥控接收器内建立过指纹模板的手指)在指纹识别窗口上轻轻滑过；汽车防盗遥控发射器采集到指纹后，通过编码加密算法加密指纹数据，并通过FSK方式发射出去；在有效距离范围内的汽车防盗遥控接收器收到加密的数据，并通过解码算法得到解密后的指纹数据，然后与存储的指纹模板数据一一比对。如果比对结果为真，则确认操作者身份成功，可以接收遥控发射器的指令数据，否则不接收遥控发射器的指令。如果汽车在没有得到操作者的合法身份情况下被强行操作，那么防盗遥控接收器就会发出报警控制信号(如报警器鸣响、前灯亮闪)，并执行其他防盗控制信号(如总电路断开、汽车熄火、车门锁关等)。

结 语
    本文设计的防盗遥控发射器采用了刮擦式活体指纹识别芯片MBF310，属于第二代指纹识别技术，有效克服了第一代指纹识别技术识别率低、识别橡胶模塑指纹等缺点和不足，提高了安全等级和正确识别率。
    nRF401无线收发芯片，采用FSK技术，遥控距离可达800 m。防盗遥控发射器和防盗遥控接收器中，AT93C46是编解码配置芯片，存有256位的编解码数据。遥控发射器发射数据时采用256位编码加密算法，可以防止遥控发射的数据被截获破解以及遥控发射器被仿制，只有遥控发射器和遥控接收器的编解码数据相同时，才能进行遥控操作，提高了安全等级。防盗遥控接收器中的指纹模板存储器采用了8 KB的高速铁电存储器FM24C64，可以无故障读写1 010次，掉电情况下保持数据10年不丢失。遥控发射器和接收器以超低功耗16位处理器MSP430F12X为数据处理和控制核心，提高了数据运算速度和系统的智能化程度，降低了功耗。