無線數(shù)據(jù)傳輸在指紋手機上可以如何應(yīng)用

當今指紋身份驗證技術(shù)應(yīng)用日益廣泛，我們正在開發(fā)的指紋身份驗證考試系統(tǒng)通過指紋識別模塊進行個人指紋信息的采集存儲識別校驗與鑒別，并對身份識別信息進行管理。本系統(tǒng)以學(xué)生的指紋來驗證學(xué)生的身份，為此數(shù)據(jù)中心要將指紋信息下載給各個指紋身份驗證手持機，而各個手持機也要將自己記錄的信息上傳給數(shù)據(jù)中心以實現(xiàn)考生信息的集中管理。這時，在指紋身份驗證手持機設(shè)計中采用怎樣的數(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，所以本文采用單片無線傳輸芯片nRF905來構(gòu)建一個點對多點的主從式無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

1 硬件設(shè)計

整個無線傳輸系統(tǒng)由數(shù)據(jù)中心和一個無線數(shù)據(jù)收發(fā)器以及若干個手持機構(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，各個手持機作為子站，各個手持機與無線數(shù)據(jù)收發(fā)器之間采用雙向無線通訊?？荚囍敖虒W(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手持機逐個通訊，給各個手持機下載相應(yīng)的考場考生必要信息。考前監(jiān)考教師按照學(xué)號順序?qū)W(xué)生進行身份驗證，并在手持機里記錄考生缺考、替考、遲到等信息，考試過程中監(jiān)考教師在手持機里記錄作弊等信息?？荚嚱Y(jié)束后監(jiān)考教師將手持機提交教學(xué)管理部門，然后數(shù)據(jù)中心對手持機上傳的信息統(tǒng)一進行處理，至此，整個無線數(shù)據(jù)傳輸過程完成。

指紋身份驗證手持機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)存儲器、時鐘電路（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類似， 由主控制器PIC18F6520、串行EEPROM、外部數(shù)據(jù)存儲器．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，無需申請頻點，具體工作頻率可由與它相連的MCU進行設(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600m 以上（在地形復(fù)雜時會縮短距離，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，它自動處理字頭和CRC（循環(huán)冗余碼校驗），只需將要發(fā)送的數(shù)據(jù)和接收機地址送給nRF905、nRF905自動完成數(shù)據(jù)打包（JJn字頭和CRC校驗碼）、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， 自動移去字頭、地址和CRC校驗碼，然后通知微處理器取數(shù)據(jù)。nRF905在待機模式下功耗約為40 μA，在掉電模式下功耗約為2．5 A，在待機和掉電模式下它不能進行接收和發(fā)射，但是可以通過SPI進行配置，這樣就會更加節(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：當微控制器有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，MCU置低CSN，通過SPI接13按時序把接收機的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)傳給nRF905，SPI接13的速率在通信協(xié)議和和器件配置時確定，微控制器置高TRX—CE和TXEN，激發(fā)nRF905的發(fā)送模式l當TRX—CE被置低，nRF905發(fā)送過程完成， 自動進入空閑模式。接收流程：當TRX—CE為高、TXEN為低時，nRF905進入接收模式。當一個正確的數(shù)據(jù)包接收完畢，nRF905自動移去字頭．地址和CRC校驗位，然后把數(shù)據(jù)準備好引腳D R 置高，微控制器把TRX—CE置低，進入待機模式。MCU置低CSN，以合適的速率通過SPI接口讀出有效數(shù)據(jù)。

3 星狀點對多點無線數(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工作點組成一個無線局域網(wǎng)，采用星狀形狀實現(xiàn)點對多點的數(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，0 1— n （手持機）為各個工作點。這種傳輸方式特別適用于數(shù)據(jù)量大，對時間要求較高的場合，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，主機和各工作點有各自唯一的地址號，進行數(shù)據(jù)傳輸時，取當前發(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)各自的地址號與從站進行一對一數(shù)據(jù)傳輸。這樣系統(tǒng)中的主站與從站的數(shù)據(jù)傳輸方式就成為點對點的傳輸方式，整個點對多點的數(shù)據(jù)傳輸就成為若干個點對點數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕M合。具體進行數(shù)據(jù)傳輸時，主站發(fā)出的數(shù)據(jù)幀帶有目的從站的地址號，從站將接收的地址號與本站地址號比較，不同則不接收數(shù)據(jù)，相同則留下接收的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行處理。這樣在進行數(shù)據(jù)傳輸時，系統(tǒng)中只有一個工作點在接收其所需的數(shù)據(jù)，避免了其他工作點的錯誤接收。

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

4 數(shù)據(jù)傳輸程序設(shè)計

4．1數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議

考慮到現(xiàn)實中的干擾問題，通過測試和試驗，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。因為第一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，在發(fā)送時容易丟失，所以實際發(fā)送協(xié)議時可以以一個任意內(nèi)容的字節(jié)，然后是0xFF后跟一個0xAA、0x55開頭，而接收協(xié)議時規(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 為校驗碼。該數(shù)據(jù)包由MCU發(fā)給nRF905后，nRF905會自動對其加入字頭和CRC校驗后發(fā)送出去。

4．2數(shù)據(jù)傳輸程序設(shè)計

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)的方式進行數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)送端作為主站，各接收端作為從站。當進入接收子程序后，從站接收主站發(fā)送的地址號，然后與本站的地址號進行比較，如果不相符說明此時本站不是目標從站，則設(shè)置nRF905為接收模式，然后返回以再次接收地址號；若相符說明此時本站是目標從站，則向主站返回地址號作為應(yīng)答，完成此從站和主機的握手聯(lián)絡(luò)。握手成功后，從站開始接收數(shù)據(jù)，接著對接收的數(shù)據(jù)進行校驗計算。如果校驗不對，則通知發(fā)送端重發(fā)，程序返回以重新接收數(shù)據(jù)；如果校驗正確，則對數(shù)據(jù)進行處理。最后處理完數(shù)據(jù)，程序返回以接收下一個數(shù)據(jù)包。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)采用先進的無線傳輸技術(shù)完成了指紋身份驗證手持機的設(shè)計，整個無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)靈巧、方便，能夠正確實現(xiàn)指紋數(shù)據(jù)的無線傳輸，同時為指紋識別技術(shù)提供了一個很好的應(yīng)用方案。