基于MSP430的指紋管理系統設計

明新華 邱達 沈王姚 劉佳 蘇和平

摘 要：為了實現對學校學生的智能化管理，本文設計了一款以MSP430F149為核心處理器的低功耗、低成本、智能化的指紋管理系統。通過指紋檢測錄入學生信息并解開門鎖，利用紅外對射記錄學生人數，最后將統計的數據通過GPRS傳輸到學校服務器。通過對各層人員的問卷調查發現，該設計實用性比較強，比較符合大多數人的期望，具有一定的研究意義。

關鍵詞：指紋檢測；MSP430F149芯片；GPRS傳輸；紅外對射

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）03-0008-03

Design of Fingerprint Management System Based on MSP430

MING Xinhua，QIU Da，SHENG Wangyao，LIU Jia，SU Heping

（Hubei University for Nationalities School of Information Eengineering，Enshi 445000，China）

Abstract：In order to realize the intelligent management of school students，a low power，low cost and intelligent fingerprint management system with MSP430F149 as the core processor is designed in this paper. The students' information was recorded by the fingerprint detection and the lock was unlocked. The number of students was recorded by infrared radiation，and the statistical data were transferred to the school server by GPRS. Through the questionnaire survey of all levels of personnel，it is found that the design is quite practical，which is more suitable for most people's ideas，and has certain research significance.

Keywords：fingerprint detection；MSP430F149 chip；GPRS transmission；infrared radiation

0 引 言

隨著科技的持續發展，一方面它在優化人們的生活，另一方面也給一些人造成了不好的影響。例如，住校中學生晚上會出去通宵上網，以至于在課堂上無精打采，雖然學校對此實施了很多策略，但效果都不太好，畢竟沒有確切的證據說明學生確實出去過；另外，由于學生有時會丟鑰匙，房門打不開，從而帶來一些不必要的困擾，如錢財的丟失等。針對以上問題，我們團隊設計了一款指紋解鎖、帶有人員檢測和計數功能的數據共享系統。房門通過指紋識別自動開啟，通過人員的進出方向來判別是增還是減，從而實現計數功能。晚上十二點和凌晨兩點將數據發送至學校的服務器，學校將兩次數據和本地數據進行對比，并將不匹配的數據發送給樓棟管理員，由管理員通知班主任進行處理。

1 系統架構

該系統由兩大部分構成，數據的采集和數據的傳輸如圖1所示。

該設計的工作流程如下：

（1）由指紋識別來開啟寢室房門，并在TFT顯示屏上顯示該人員的信息，并由語音提示該人員的名字，當房門開啟之后，利用紅外對射管來計算寢室的人數；

（2）晚上十二點鐘和凌晨兩點鐘將最終統計結果通過GPRS無線模塊發送至學校的服務器。

圖1 系統總架構

2 硬件設計

該系統硬件包含電源模塊、MSP430F149控制器[1]、紅外對射模塊、語音模塊、TFT彩屏、指紋識別模塊、無線模塊，系統硬件結構如圖2所示。

2.1 電源電路模塊

MSP430系列的單片機工作電壓一般都很低，MSP430f149的工作電壓在1.8～3.6V，標準是3.3V。整個系統采用3.3V供電，這里采用LM1117穩壓芯片，該芯片可以滿足系統的需求，而且性價比較高。為了得到文波比較小的輸出電壓，這里在輸入輸出口各加上一個濾波電容。電路如圖3所示。

圖3 穩壓原理

2.2 指紋模塊

該指紋模塊采用高性能的DSP處理器為核心，反應靈敏，對于干濕手都有靈敏的反應和判斷。特定綠色LED高亮光源具有抗衰老性能優的特點，采用特定綠色高亮光源組件，超低光衰，使用壽命更長，性能更持久耐用，具得很好的成像效果，適用人群較廣泛[2]。

2.3 紅外對射模塊

這里采用紅外對射的光電開關，距離可以根據需要選取，這里只要2m即可。該模塊的原理是在有遮擋物時，就會輸出一個高電平，單片機只需要檢測這個高電平的個數就可以判斷人員數目，前后各放置一個，檢測哪一個先變成高電平，進而判斷是加計數還是減計數。計數原理如圖4所示。

2.4 顯示模塊

由于這里要顯示這個指紋的紋路和人員的信息，所以選取了一塊TFT1.8彩屏[3]，這塊彩屏小巧，而且本設計需顯示的信息不多，它可以滿足本設計的要求，而且廉價，不失為一個好的選擇。

2.5 無線模塊

無線通訊模塊采用SIM900GPRS/GSM，無線收發模塊，該模塊內置TCP/IP協議棧[4]，支持串口通信，MSP430F149通過串口向SIM900模塊發送指令，包含目標地址及要發送的數據，該發送過程需要按照通訊協議打包發送，指令格式為：0x11，0x00，數據，0xff，0xaa。這是一個完整的數據包格式。

2.6 語音模塊

語音模塊采用N9200B音樂模塊，該模塊是一個提供串口的MP3芯片，集成了MP3、WAV的硬解碼，同時支持多種控制方式，包括UART串口模式、一線串口模式、AD按鍵控制模式。flash容量為16Mbit、且價格便宜，完全可以勝任本次設計的任務[5]。

3 軟件設計

軟件包括兩大部分，數據的采集和發送。總的流程如圖5所示。

圖5 軟件流程圖

其中Sim900A的工作流程如圖6所示。

通過串口發送指令進行連接、通信以及確認當前網絡和模塊狀態等。

4 系統測試結果

首先是主界面附加的一些信息，包括當前溫度、cpu內部電壓以及當前的時間等；當有指紋按下時會切換到另外一個界面，顯示該人員的相關信息；當整點時就把數據發送到學校服務器或者管理員。結果如圖7所示。

5 結 論

該系統主要為了解決目前大多數學生夜不歸寢、晚歸等問題。系統通過光學指紋模塊錄入學生信息并進行存儲。當錄入的學生再次按下時，TFT液晶屏顯示個人信息，且房門開鎖并提示歡迎；人員采集使用兩束平行對射紅外傳感器，通過人員進出的先后順序進行加減計數；晚上12點整準時將記錄的人員計數情況通過無線模塊發送至學校服務器，服務器通過對比，若發現某寢室人員數目與本地數據不匹配，就將該信息發送至班主任或家長的手機APP上，由他們進行處理。

通過對不同人群的調查得知，無論是家長還是老師，都表示該系統比較適應實際的需求。家長可以通過手機APP查詢學生在校情況，以便更好地了解學生的學習生活。不僅為學校提供了方便，也為家長了解學生情況提供了條件。該設計不僅能用于學校，還可以應用于國企及員工比較多的地方，具有一定的實用價值。

參考文獻：

[1] 胡敦利.基與MSP430的空氣環境質量監測系統設計 [J].高技術通信，2015（3）：279-285.

[2] 陳芳林.指紋特征提取與多特征識別 [M].北京：國防工業出版社，2016.

[3] 馬群剛.TFT原理與設計 [M].北京：北京教育出版社，2011.

[4] 史潔瓊，曾連蓀.TcP/IP協議在無線測控網中的應用 [J].電腦知識與技術，2009（5）：1590-1592.

[5] 俞棟.語音識別實踐 [M].北京：電子工業出版社，2016.

作者簡介：明新華（1996.02-），男，漢族，湖北黃石人，本科在讀。研究方向：嵌入式。