一个新型超低功耗指纹锁控制系统

1 引言
    随着制锁技术的不断发展，电子锁已经逐渐广泛地应用到一些高科技和高档的场合，指纹锁的应用更是如此，但功耗的降低又是一个新的挑战。本文介绍的是一套超低功耗，简单易用，功能齐全，价格低廉的指纹锁系统，特别适合用在各种低功耗要求的场合。

2 系统特点介绍
    (1)超低功耗，睡眠时电流小于15uA。
    (2)指纹分两级，管理员指纹和普通用户指纹，所有指纹都可以开锁，管理员指纹可以添加或删除普通用户指纹。
    (3)管理员指纹可以临时禁止普通用户指纹开锁，也可以解除禁止。
    (4)按下复位按键2秒钟就可以清除所有指纹，之后第一个录入的就是管理员指纹。
    (5)操作简单方便，只要按下指纹就可以进行指纹比对和开锁，对所有的操作都有提示音提示。
    (6)可录入512个指纹(要视乎指纹模块的内存大小而定)。
    (7)当电池电量不足时，系统有提示灯提示用户换电池。
    (8)一段时间没有操作系统自动关机进入睡眠状态。
    (9)可通过一个开关设置开锁后隔一段时间自动关锁还是手动关锁。
    (10)系统会自动把损坏后短路的按键屏蔽掉，使其它按键的操作免受影响。

3 硬件介绍
    本系统使用了美国TI公司生产的超低功耗单片机MSP430F1121作为控制核心，以24C02为存储芯片存放一些参数，再配上一个开锁键和一个关锁键，还有一个蜂鸣器作为发提示音用。
    这里使用的串行通信的指纹模块是上海一维科技的MRB200指纹模块，在指纹模块扫描板下面有一个轻触开关来感知手指的按下。由于单片机的IO脚不够用，利用了一片串并转换芯片74HC595扩展输出口来驱动开锁、关锁、蜂鸣、指纹模块的睡眠唤醒和指示灯等。
    另外值得一提的是，由于MSP430F1121仅有的一个串口已经接了74HC595，与指纹模块的通信就只能利用两只普通的IO脚软件模拟串口来完成了。系统的硬件框图如图1所示。

    美国TI公司设计生产的MSP430系列芯片是专门为电池供电的低功耗系统设计的16位RISC结构的单片机，可以最大程度地延长电池的寿命。它的指令周期最小为125ns，工作电压范围由1．8V到3．6V，在工作电压为2．2V，主频为1MHz的情况下的工作电流是160uA，有5种省电模式，从睡眠状态到唤醒状态只需6us。
    本系统是专为电池供电而设计，使用了低压差线性稳压器(LDO)作为电源，它的静态耗费只有2 uA～3uA，再加上系统睡眠时电流小于15uA，保证了在使用4节5号电池供电正常使用的情况下系统可正常工作3个月以上。

4 软件设计
    由于本系统要做成低功耗，所以系统在没人使用的时候是处于睡眠状态，以达到省电的目的，一旦有人按下指纹或者按下按键，系统就被唤醒完成相应的操作。
    要使系统省电，软件的设计关键是要根据MSP430F112l硬件上所特有的一些跟省电有关的特性来设计，才能充分发挥这款芯片的低功耗特性。比如，要选择好适当的睡眠模式；在进入睡眠模式之前要确保关闭所有有可能漏电流的端口；端口要使用的时候才打开，使用完就马上关闭等等。由于MSP430系列芯片的每个IO引脚都可以作为中断源触发中断，所以主要的操作都是放在按键中断程序里面完成，而主程序主要是完成一些端口设置、定时器设置等等的操作，主程序的流程图如图2所示。

    每次有按键按下产生按键中断进入按键中断程序，系统首先检查是否有损坏短路的按键，然后判断此次按键中断是否干扰造成，如果是就直接返回睡眠状态，接下来就是清按键中断标志和禁止按键中断，这一步非常重要，不然就会造成一些混乱。
    然后就把键值取下来，等晶振生效以后就设置端口和定时器，接着检查电池电量，再接着就是根据键值来进行不同的操作。
    这里要注意，由于指纹模块的功耗比较大，所以要用到的时候才打开它，用完就马上关闭。如果操作完成或者一段时间没有操作，系统就自动关闭需要关闭的端口和打开按键中断，最后中断返回进入睡眠状态。中断程序流程图如图3所示。

5 结语
    本指纹锁控制系统具有超低功耗、体积小、可靠、结构简单和使用方便等特点，非常适合应用于只有电池供电场合。本系统已经交付给厂家试用，得到厂家的好评。