基于多協(xié)議的無線指紋簽到系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳新銳

摘要：本文以多協(xié)議平臺的指紋簽到系統(tǒng)為設(shè)計(jì)對象，通過對高精度光學(xué)傳感器采集的原始數(shù)據(jù)利用商用指紋算法處理得到一段經(jīng)過測試的識別信息，由UART接口和通訊協(xié)議的智能型模塊將識別信息送無線WIFI+藍(lán)牙2合1功能的雙核ESP32核心板。經(jīng)過多次調(diào)測識別算法，完成多次收發(fā)試驗(yàn)，該系統(tǒng)可以與上位機(jī)有效穩(wěn)定地傳輸指紋識別信息。

關(guān)鍵詞：無線指紋簽到系統(tǒng);STM32F205;ESP32

中圖分類號：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）03-0168-02

0 引言

隨著生物科技的快速發(fā)展，指紋識別由于具有較好的唯一性，因而被廣泛應(yīng)用在簽到管理系統(tǒng)、門禁管理系統(tǒng)等需要優(yōu)先進(jìn)行身份識別的領(lǐng)域。市面上常見的簽到系統(tǒng)有兩類：一類是單機(jī)型產(chǎn)品，簽到機(jī)相互之間沒有數(shù)據(jù)交互，其指紋識別信息需要拷貝到上位機(jī)才能查看，操作麻煩，實(shí)時(shí)性較差;另一類是下位機(jī)+上位機(jī)型產(chǎn)品，簽到機(jī)采集指紋數(shù)據(jù)與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互并組成簽到系統(tǒng)，多個(gè)簽到系統(tǒng)之間可以共享指紋數(shù)據(jù)和簽到機(jī)設(shè)備，而且還可以通過手機(jī)或計(jì)算機(jī)上網(wǎng)查詢簽到實(shí)時(shí)管理和查詢簽到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。后者的應(yīng)用優(yōu)勢明顯大于前者。目前簽到系統(tǒng)下位機(jī)+上位機(jī)型產(chǎn)品的主要研究熱點(diǎn)集中在無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行Э煽啃?、識別處理的時(shí)延和后臺管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)籌上。

1 多協(xié)議無線指紋簽到系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

為了實(shí)現(xiàn)無線指紋簽到系統(tǒng)采集指紋數(shù)據(jù)、將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成有效識別信息，同時(shí)可以保證指紋識別信息能夠以無線的方式有效、可靠、快速地傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。本文采用一套自行設(shè)計(jì)基于STM32F205主控的指紋識別模塊對高精度光學(xué)傳感器采集原始數(shù)據(jù)部分進(jìn)行開發(fā)，整套簽到系統(tǒng)主要分為指紋采集模塊、指紋識別控制系統(tǒng)和無線傳輸控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)均搭載在硬件平臺上[1-3]。

1.1 無線指紋簽到系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

無線指紋簽到系統(tǒng)的硬件平臺主要由兩大部分構(gòu)成：（1）指紋采集識別與ESP32電路設(shè)計(jì)，它是采集待測者指紋信息的作為識別控制系統(tǒng)處理的重要的信息對象，單個(gè)指紋采集模塊最多可存儲(chǔ)1000條指紋信息。光學(xué)傳感器的采集精度直接影響到控制系統(tǒng)的識別精度，識別控制系統(tǒng)與無線傳輸控制系統(tǒng)通過串口協(xié)議進(jìn)行通信。（2）無線收發(fā)電路設(shè)計(jì)，無線收發(fā)平臺一端采用ESP32為核心WIFI+藍(lán)牙雙協(xié)議功能的無線傳輸控制系統(tǒng)，無線傳輸控制系統(tǒng)可以按照需求進(jìn)行拓展，另外一端是WIFI或藍(lán)牙連接的后臺，為了后臺運(yùn)行的可靠性，可以采取主備后臺的配置。無線傳輸控制系統(tǒng)與后臺之間數(shù)據(jù)傳輸具有實(shí)時(shí)、穩(wěn)定、可靠的特點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)采用了改進(jìn)型負(fù)反饋架構(gòu)。

1.2 無線指紋簽到系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本文的無線指紋簽到系統(tǒng)的軟件部分主要完成識別控制系統(tǒng)、無線傳輸控制系統(tǒng)和后臺管理系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，軟件程序是在集成編譯環(huán)境Keil MDK-ARM和ESP-IDF下用C和Python語言編程實(shí)現(xiàn)。無線指紋簽到系統(tǒng)軟件流程如圖1所示，主要過程包括首先開機(jī)對指紋采集模塊、指紋識別控制系統(tǒng)和無線傳輸控制系統(tǒng)的各組件進(jìn)行初始化，然后開啟WIFI網(wǎng)絡(luò)連接，再進(jìn)行指紋錄入或指紋簽到或指紋清除等操作，ESP32核心板上的指示燈用來指示不同的工作狀態(tài)。為了確保指紋采集精度，程序設(shè)置指紋采集3次有效。指紋采集成功和識別成功，均會(huì)觸發(fā)ESP32與后臺之間Socket連接與HTTP連接的互操作。

1.3 系統(tǒng)運(yùn)行過程

指紋識別控制程序中使用一個(gè)定義的8位數(shù)組gTxBuf[8]的主指令來區(qū)分用戶識別、添加用戶以及清除所有指紋數(shù)據(jù)三種工作狀態(tài)，并通過檢查校驗(yàn)和來確保工作狀態(tài)準(zhǔn)確無誤。通過實(shí)際測試，本系統(tǒng)用戶指紋識別準(zhǔn)確率幾乎達(dá)到100%，系統(tǒng)一次識別成功反饋用時(shí)大約1秒鐘。無線傳輸控制系統(tǒng)ESP32核心以低功耗模式工作，可以不斷監(jiān)測指紋識別控制系統(tǒng)的狀態(tài)變化，ESP32通過判斷工作狀態(tài)來決定是否啟用WIFI收發(fā)。

2 成果分析

本系統(tǒng)可以較好的實(shí)現(xiàn)無線指紋簽到，從指紋采集并作TFS-9算法處理后的指紋識別數(shù)據(jù)準(zhǔn)確有效，并設(shè)置了用戶識別、添加用戶以及清除所有指紋數(shù)據(jù)三種工作模式。ESP32板載WIFI的通信距離可達(dá)到20米左右，外接天線、級聯(lián)或者中繼放大均可以讓通信距離更遠(yuǎn)，因此本系統(tǒng)可適合于不同區(qū)域不同距離的無線簽到應(yīng)用，并且為接下來后臺管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及本系統(tǒng)的完善奠定了理論及實(shí)踐基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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Abstract：This paper takes the fingerprint sign in system of multi protocol platform as the design object， by using the commercial fingerprint algorithm to process the original data collected by the high-precision optical sensor， a section of tested identification information is obtained， the smart module of UART interface and communication protocol will send the identification information to the dual core esp32 core board with wireless WiFi + Bluetooth 2-in-1 function. After many times of debugging and identification algorithm， complete multiple receiving and dispatching tests， the system can effectively and stably transmit fingerprint identification information with upper computer.

Key words：wireless fingerprint sign in system; stm32f205; esp32