一、指紋IC卡門禁系統的總體結構

    基于MSP430的指紋IC卡身份認證系統如圖1所示，主要有三部分組成，第一部分為指紋識別模塊，用來實現指紋的采樣和比對。考慮到開發周期，系統穩定性等方面的問題，采用了西安紫牛信息技術有限公司的“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，鍵盤用來觸發控制箱從低功耗狀態蘇醒， 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的調制和解調概念， 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議。

    MFRC531支持ISO/IEC14443A/B的所有層和MIFARE經典協議， 以及與該標準兼容的標準。支持高速MIFARE非接觸式通信波特率。內部的發送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅動近操作距離的天線（可達100mm）。接收器部分提供一個堅固而有效的解調和解碼電路，用于ISO14443A兼容的應答器信號。數字部分處理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系列產品。與主機通信模式有8位并行和SPI模式，用戶可根據不同的需求選擇不同的模式，這樣給讀卡器/終端的設計提供了極大的靈活性。在本系統中，與主機通信模式選用SPI模式（如圖2所示），同時可以節約CPU的IO口資源。

    MFRC531是與非接觸式IC卡實現無線通信的核心模塊，也是控制器控制讀寫IC卡的關鍵接口芯片。它根據寄存器的設定對發送緩沖區中的數據進行調制得到發送的信號，并通過TX1，TX2腳驅動天線以電磁波的形式發出去。天線（如圖3所示）發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串聯諧振電路產生共振，從而使電容充電有了電荷，再接一個單向導電的電子泵，將電荷送到另一個電容內存儲，經過濾波整流后產生2V 的電壓作為電源供卡片工作使用。卡片處理接收的命令和數據，并將結果返回給讀寫器。

    2、指紋識別模塊

    本設計中采用了西安紫牛信息技術有限公司推出的業界第一個“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成的一個獨立的嵌入式指紋識別系統。該指紋模塊具有250枚指紋存儲能力，具備1S以內的指紋比對性能，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連接進行串口通訊。BIG1080P- A的UART是一個標準的通用異步收/發的接口，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內從等待狀態喚醒。這些特點使MSP430系列芯片在電池供電，便攜式設備的應用中表現出優良的特性。控制箱采用鋰電池給CPU及其他模塊供電。由于設備使用頻率較低，功耗較少，可以設計當設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，控制箱系統可以主動摘機，然后利用這20mA的摘機電流對電池充電，當然，充電不能在正常工作時間進行，這樣會造成監控中心需要傳輸數據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，本方案設計了實時時鐘電路，控制箱系統可以知道當前的標準時間，只選擇晚上或周末等對系統充電，從而不影響正常的工作。

    二、軟件開發

    1、指紋IC卡身份認證系統的總流程

    指紋IC卡身份認證設計主要實現兩個功能： 指紋采集和身份認證兩大功能。

    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監控中心提取指紋，管理人員根據當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下載到對應的控制箱里。

    身份認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操作控制箱來開鎖，首先是通過按鈕將平時處于休眠狀態的系統激活，根據液晶提示現場輸入自己的指紋，控制系統判斷本次操作是否在有效時段之內，如果有效則與已通過電話線下載到控制箱內的指紋進行匹配，驗證通過后，液晶再提示刷取射頻IC卡，控制系統將IC卡內的單次有效隨機密碼與已下載到控制箱中的隨機密碼進行匹配。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、結束語

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