基于身份認證的新型電源開關控制系統的設計

劉思云，林顯銳，莫長江

（嶺南師范學院信息工程學院，湛江 524048）

0 引言

當今社會，電腦應用已經很普及，人們的生活與工作越來越離不開電腦，很多重要的隱私和工作資料都存儲在電腦中，如果被人悄悄查看甚至竊取，將是一件很麻煩和令人擔憂的事情。因此很多人為防止電腦被盜用往往會設計開機密碼，但一般人不太懂得如何設計開機密碼且容易遺忘，或設計的開機密碼過于簡單容易被破解。如果設計一種需身份認證的電源開關控制系統，只有身份認證通過，開關才能正常啟用，從而可從源頭上保護電腦的使用權。

指紋匹配技術已經在保險柜、密碼鎖和門禁系統中得到廣泛應用[1-3]，但這些應用領域結構顯復雜，管理成本較高?；谏矸菡J證的新型電源開關控制系統將指紋識別技術開關，大大有利于保護電腦的使用安全，且結構簡單，成本低廉。

1 系統整體結構

系統選用單片機STC12C5A60S2 為控制芯片，該單片機具有最小系統功耗，具有更快處理速度和更高精度，自帶串口和高速A/D 轉換器等特性[4-5]。另一個核心器件是指紋模塊AS608，輔以外圍電路獨立鍵盤、液晶LCD1602、繼電器JQC-3FF 和蜂鳴器等。系統結構如圖1 所示。

圖1 指紋開關控制系統結構

2 硬件設計

2.1 指紋模塊接口電路

指紋模塊ATK-AS608 由ALIEN 整機廠商所推出，其中的芯片AS608 由杭州晟元芯片技術有限公司制造，主要組成部分是封裝的DSP 芯片，不必深入了解指紋識別以及圖像處理等算法就能夠迅速有效識別，此外擁有USB 通訊接口和串口，指紋的存儲容量為300 枚，識別時間少于0.3 秒，串口波特率為9600bps至115200bps[6]，完全滿足系統應用要求。正常工作電壓為3.3V，可利用AMS1117 作為轉換電壓芯片，將5V電壓轉化為3.3V。AS608 接口電路如圖2 所示。

圖2 指紋模塊接口電路

1、4 引腳分別接 3.3V 電源以及地，2 引腳 RX、3 引腳TX 分別與單片機的P30、P31 串口引腳相連。

2.2 獨立按鍵電路

獨立按鍵的設計主要是為了控制整個系統的操作流程。其中包括K1、K3 和K4 三個功能操作鍵，以及一個用于設置權限的特殊按鍵K2。K1 進行功能確認，K3 進行功能切換，K4 用來返回編輯初始狀態。如圖3 所示。

圖3 獨立按鍵電路

2.3 其他模塊電路

繼電器用以控制電源開關的通斷。LCD1602 顯示“正常使用”或“非法身份”，起提示作用。當身份認證通過時，蜂鳴器發出“嘟嘟”的兩聲提示音，繼電器打開，電腦通電；當身份認證不通過時，蜂鳴器發出持續的“嘟…”音鳴叫，提醒可能有人試圖擅用電腦，直到解除聲音為止。

3 軟件設計

3.1 主程序設計

系統主要實現指紋圖像采集、存儲以及識別三種功能。系統初始化時，顯示匹配指紋、刪除指紋和添加指紋三個功能選擇，但只有匹配指紋功能可供一般用戶使用，另外兩項功能有權限設置。手指擱放指紋采集接口，進行指紋匹配。如匹配成功，則LCD 顯示器顯示“認證通過”，蜂鳴器發出“嘟嘟”短促提示音，繼電器打開，電腦通電。如匹配不成功，則顯示器顯示“非法使用”，蜂鳴器發出“嘟—”的周期長鳴音，繼電器不打開。主流程如圖4 所示。

圖4 系統整體流程圖

部分核心代碼如下：

3.2 編輯程序設計

系統初始化后，如果連按K2 兩次則進入編輯初始狀態，K2 是權限設置，連按兩次是為了避免有人誤按進入編輯狀態，工作流程如圖5 所示。編輯狀態顯示搜索、刪除和添加指紋三個功能選項。若在編輯狀態再連續按鍵K2 兩次，則退出編輯回到系統初始化界面。在編輯狀態，采用按鍵K3 進行功能選擇，按K1表示功能選擇確認。按K3 選擇添加功能時，如果手指在指紋采集接口處，按K1 確認，則添加了一個新的指紋模板。按K3 選擇搜索功能，按K1 表示確認，則搜索所存儲的指紋，在顯示器顯示錄入序號和標記。按K3 選擇刪除功能，按K1 表示確認，則進入全部刪除和部分刪除指紋功能選項界面，同樣可以通過K3 進行功能選擇，K1 進行功能選擇確認，在編輯狀態任何位置，按K4 返回到編輯初始狀態。編輯狀態工作流程如圖6 所示。

圖5 按鍵K2設置權限算法流程圖

圖6 系統編輯狀態流程圖

部分核心代碼如下：

4 系統測試

對系統進行整體性能測試，分別從時間、功耗和蜂鳴器聲音響度三個測度測試，結果符合預期要求。系統工作穩定，指紋匹配、指紋錄入和刪除高效正確，顯示器顯示結果清楚，蜂鳴器提示音響亮。此外系統功耗很低，連續工作手感發熱量低。

5 結語

本文設計的身份認證新型開關控制系統，能有效通過完成指紋匹配以控制電源開關的通斷，結果顯示和聲音提示作用效果均能滿足應用要求。此外，指紋錄入、刪除的權限設置也比較方便和隱秘。本系統運行穩定，結構簡單，成本較低，能有效提高避免電腦被擅用的安全性。