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。