當(dāng)今指紋身份驗(yàn)證技術(shù)應(yīng)用日益廣泛，我們正在開發(fā)的指紋身份驗(yàn)證考試系統(tǒng)通過指紋識(shí)別模塊進(jìn)行個(gè)人指紋信息的采集存儲(chǔ)識(shí)別校驗(yàn)與鑒別，并對(duì)身份識(shí)別信息進(jìn)行管理。本系統(tǒng)以學(xué)生的指紋來驗(yàn)證學(xué)生的身份，為此數(shù)據(jù)中心要將指紋信息下載給各個(gè)指紋身份驗(yàn)證手持機(jī)，而各個(gè)手持機(jī)也要將自己記錄的信息上傳給數(shù)據(jù)中心以實(shí)現(xiàn)考生信息的集中管理。這時(shí)，在指紋身份驗(yàn)證手持機(jī)設(shè)計(jì)中采用怎樣的數(shù)據(jù)傳輸方式就顯得特別重要。若選取傳統(tǒng)的有線傳輸網(wǎng)絡(luò)，則這些網(wǎng)絡(luò)的施工布線工作量大，線路容易破損，可靠性差，維護(hù)比較困難，占地面積和空間也大。由于傳輸?shù)木嚯x近，采用無線傳輸?shù)姆绞郊瓤梢詽M足傳輸要求又可以克服有線傳輸?shù)纳鲜鋈秉c(diǎn)，所以本文采用單片無線傳輸芯片nRF905來構(gòu)建一個(gè)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的主從式無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

　　1 硬件設(shè)計(jì)

　　整個(gè)無線傳輸系統(tǒng)由數(shù)據(jù)中心和一個(gè)無線數(shù)據(jù)收發(fā)器以及若干個(gè)手持機(jī)構(gòu)成。無線數(shù)據(jù)收發(fā)器與數(shù)據(jù)中心間采用RS232串13通訊。其中數(shù)據(jù)中心作為主站，各個(gè)手持機(jī)作為子站，各個(gè)手持機(jī)與無線數(shù)據(jù)收發(fā)器之間采用雙向無線通訊。考試之前教學(xué)管理部門的數(shù)據(jù)中心通過無線數(shù)據(jù)收發(fā)器按輪流查詢方式對(duì)手持機(jī)逐個(gè)通訊，給各個(gè)手持機(jī)下載相應(yīng)的考場考生必要信息。考前監(jiān)考教師按照學(xué)號(hào)順序?qū)W(xué)生進(jìn)行身份驗(yàn)證，并在手持機(jī)里記錄考生缺考、替考、遲到等信息，考試過程中監(jiān)考教師在手持機(jī)里記錄作弊等信息。考試結(jié)束后監(jiān)考教師將手持機(jī)提交教學(xué)管理部門，然后數(shù)據(jù)中心對(duì)手持機(jī)上傳的信息統(tǒng)一進(jìn)行處理，至此，整個(gè)無線數(shù)據(jù)傳輸過程完成。

　　指紋身份驗(yàn)證手持機(jī)硬件電路主要由主控制器PIC18F65 20、鍵盤(4x 5)、顯示器(s6B0724)、串行EEPROM 、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、時(shí)鐘電路(DS l 302)、電源電路、nRF 90 5無線傳輸接13電路以及指紋模塊(SM—L6Z)1 21等部分組成。無線數(shù)據(jù)收發(fā)器硬件電路連接與手持機(jī)類似， 由主控制器PIC18F6520、串行EEPROM、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器．電源電路、nRF905無線傳輸接13電路以及與數(shù)據(jù)中心通信的RS232接13電路組成。

　　2 無線數(shù)據(jù)傳輸芯片nRF905介紹

　　系統(tǒng)的無線通信芯片nRF905工作于433／868／9l5MHz頻段，無需申請(qǐng)頻點(diǎn)，具體工作頻率可由與它相連的MCU進(jìn)行設(shè)置，采用優(yōu)化的GMSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)，最大數(shù)據(jù)傳輸率(曼切斯特編碼)可達(dá)100kb／s。nRF905片內(nèi)集成了電源管理、晶體振蕩器、低噪聲放大器．頻率合成器、功率放大器等模塊。工作電壓1．9～3．6V。天線可采用PBC環(huán)形天線或單端鞭狀天線， 發(fā)射功率最大為+10dBm，接收靈敏度為460dBm，在開闊地傳輸距離一般可達(dá)600m 以上(在地形復(fù)雜時(shí)會(huì)縮短距離，這與使用環(huán)境、干擾、系統(tǒng)調(diào)諧有關(guān))，但一般調(diào)諧不可大于200 in。nRF905采用SPI(串行外設(shè)接13)與微控制器通訊，它自動(dòng)處理字頭和CRC(循環(huán)冗余碼校驗(yàn))，只需將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和接收機(jī)地址送給nRF905、nRF905自動(dòng)完成數(shù)據(jù)打包(JJn字頭和CRC校驗(yàn)碼)、發(fā)送，在接收中有載波檢測引腳CD和地址應(yīng)配檢測引腳AM，接收到正確的數(shù)據(jù)包時(shí)， 自動(dòng)移去字頭、地址和CRC校驗(yàn)碼，然后通知微處理器取數(shù)據(jù)。nRF905在待機(jī)模式下功耗約為40 μA，在掉電模式下功耗約為2．5 A，在待機(jī)和掉電模式下它不能進(jìn)行接收和發(fā)射，但是可以通過SPI進(jìn)行配置，這樣就會(huì)更加節(jié)能和高效。

　　nRF905與MCU的接13電路如圖1所示。

圖1 nRF905與MCU的接口電路

　　nRF905有兩種工作模式，分別是接收模式和發(fā)送模式。nRF905發(fā)送流程：當(dāng)微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，MCU置低CSN，通過SPI接13按時(shí)序把接收機(jī)的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)傳給nRF905，SPI接13的速率在通信協(xié)議和和器件配置時(shí)確定，微控制器置高TRX—CE和TXEN，激發(fā)nRF905的發(fā)送模式l當(dāng)TRX—CE被置低，nRF905發(fā)送過程完成， 自動(dòng)進(jìn)入空閑模式。接收流程：當(dāng)TRX—CE為高、TXEN為低時(shí)，nRF905進(jìn)入接收模式。當(dāng)一個(gè)正確的數(shù)據(jù)包接收完畢，nRF905自動(dòng)移去字頭．地址和CRC校驗(yàn)位，然后把數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好引腳D R 置高，微控制器把TRX—CE置低，進(jìn)入待機(jī)模式。MCU置低CSN，以合適的速率通過SPI接口讀出有效數(shù)據(jù)。

　　3 星狀點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)無線數(shù)據(jù)傳輸方式

　　本系統(tǒng)由無線數(shù)據(jù)收發(fā)器和數(shù)據(jù)中心以及若干手持機(jī)工作點(diǎn)組成一個(gè)無線局域網(wǎng)，采用星狀形狀實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，傳輸鏈路分布示意圖如圖2所示，其中以0 0(無線數(shù)據(jù)收發(fā)器和數(shù)據(jù)中心)為主機(jī)，0 1— n (手持機(jī))為各個(gè)工作點(diǎn)。這種傳輸方式特別適用于數(shù)據(jù)量大，對(duì)時(shí)間要求較高的場合，適用于傳輸距離較近的地方，適用于條件惡劣干擾大的地方。

圖2 狀傳輸鏈路示意圖

　　nRF905的數(shù)據(jù)傳輸方式是半雙工的，主機(jī)和各工作點(diǎn)有各自唯一的地址號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，取當(dāng)前發(fā)送端為主站，各接收端為從站，主站通過掃描的方式根據(jù)各自的地址號(hào)與從站進(jìn)行一對(duì)一數(shù)據(jù)傳輸。這樣系統(tǒng)中的主站與從站的數(shù)據(jù)傳輸方式就成為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸方式，整個(gè)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸就成為若干個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕M合。具體進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，主站發(fā)出的數(shù)據(jù)幀帶有目的從站的地址號(hào)，從站將接收的地址號(hào)與本站地址號(hào)比較，不同則不接收數(shù)據(jù)，相同則留下接收的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。這樣在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，系統(tǒng)中只有一個(gè)工作點(diǎn)在接收其所需的數(shù)據(jù)，避免了其他工作點(diǎn)的錯(cuò)誤接收。

　　另外，每個(gè)nRF905都有自己本身惟一的地址碼，主機(jī)及各工作點(diǎn)也有自己的惟一地址號(hào)。但是這兩個(gè)地址意義不同，nRf905的地址稱為地址碼，是用來標(biāo)識(shí)自己本身的，而主機(jī)和工作點(diǎn)的地址稱為編號(hào)，是自己在局域網(wǎng)中的標(biāo)識(shí)。

　　4 數(shù)據(jù)傳輸程序設(shè)計(jì)

　　4．1數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議

　　考慮到現(xiàn)實(shí)中的干擾問題，通過測試和試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)0xFF 后跟0XAA、0x55在噪聲中不容易發(fā)生， 所以傳輸協(xié)議在數(shù)據(jù)包前加開始字節(jié)0xFF，其后跟OxAA．0x55。因?yàn)榈谝粋€(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，在發(fā)送時(shí)容易丟失，所以實(shí)際發(fā)送協(xié)議時(shí)可以以一個(gè)任意內(nèi)容的字節(jié)，然后是0xFF后跟一個(gè)0xAA、0x55開頭，而接收協(xié)議時(shí)規(guī)定只接收以0xFF 后跟0xAA，0x55頭的包。這樣就可以把數(shù)據(jù)包格式定為圖3。

圖3 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議數(shù)據(jù)包格式

　　其中0XFF．0xA A．0x5 5是字頭，HOST為主站地址，LOCAL為從站地址，LENTH為數(shù)據(jù)長度，DATA l⋯⋯DATA N為有效數(shù)據(jù)，CHECK 為校驗(yàn)碼。該數(shù)據(jù)包由MCU發(fā)給nRF905后，nRF905會(huì)自動(dòng)對(duì)其加入字頭和CRC校驗(yàn)后發(fā)送出去。

　　4．2數(shù)據(jù)傳輸程序設(shè)計(jì)

　　無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中發(fā)送端與接收端采用握手聯(lián)絡(luò)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)送端作為主站，各接收端作為從站。當(dāng)進(jìn)入接收子程序后，從站接收主站發(fā)送的地址號(hào)，然后與本站的地址號(hào)進(jìn)行比較，如果不相符說明此時(shí)本站不是目標(biāo)從站，則設(shè)置nRF905為接收模式，然后返回以再次接收地址號(hào)；若相符說明此時(shí)本站是目標(biāo)從站，則向主站返回地址號(hào)作為應(yīng)答，完成此從站和主機(jī)的握手聯(lián)絡(luò)。握手成功后，從站開始接收數(shù)據(jù)，接著對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)計(jì)算。如果校驗(yàn)不對(duì)，則通知發(fā)送端重發(fā)，程序返回以重新接收數(shù)據(jù)；如果校驗(yàn)正確，則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。最后處理完數(shù)據(jù)，程序返回以接收下一個(gè)數(shù)據(jù)包。

　　5 結(jié)語

　　本系統(tǒng)采用先進(jìn)的無線傳輸技術(shù)完成了指紋身份驗(yàn)證手持機(jī)的設(shè)計(jì)，整個(gè)無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)靈巧、方便，能夠正確實(shí)現(xiàn)指紋數(shù)據(jù)的無線傳輸，同時(shí)為指紋識(shí)別技術(shù)提供了一個(gè)很好的應(yīng)用方案。（文/(沈陽理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 潘喜利 趙虹）

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