一個新型超低功耗指紋鎖控制系統(tǒng)

1 引言
    隨著制鎖技術(shù)的不斷發(fā)展，電子鎖已經(jīng)逐漸廣泛地應(yīng)用到一些高科技和高檔的場合，指紋鎖的應(yīng)用更是如此，但功耗的降低又是一個新的挑戰(zhàn)。本文介紹的是一套超低功耗，簡單易用，功能齊全，價格低廉的指紋鎖系統(tǒng)，特別適合用在各種低功耗要求的場合。

2 系統(tǒng)特點(diǎn)介紹
    (1)超低功耗，睡眠時電流小于15uA。
    (2)指紋分兩級，管理員指紋和普通用戶指紋，所有指紋都可以開鎖，管理員指紋可以添加或刪除普通用戶指紋。
    (3)管理員指紋可以臨時禁止普通用戶指紋開鎖，也可以解除禁止。
    (4)按下復(fù)位按鍵2秒鐘就可以清除所有指紋，之后第一個錄入的就是管理員指紋。
    (5)操作簡單方便，只要按下指紋就可以進(jìn)行指紋比對和開鎖，對所有的操作都有提示音提示。
    (6)可錄入512個指紋(要視乎指紋模塊的內(nèi)存大小而定)。
    (7)當(dāng)電池電量不足時，系統(tǒng)有提示燈提示用戶換電池。
    (8)一段時間沒有操作系統(tǒng)自動關(guān)機(jī)進(jìn)入睡眠狀態(tài)。
    (9)可通過一個開關(guān)設(shè)置開鎖后隔一段時間自動關(guān)鎖還是手動關(guān)鎖。
    (10)系統(tǒng)會自動把損壞后短路的按鍵屏蔽掉，使其它按鍵的操作免受影響。

3 硬件介紹
    本系統(tǒng)使用了美國TI公司生產(chǎn)的超低功耗單片機(jī)MSP430F1121作為控制核心，以24C02為存儲芯片存放一些參數(shù)，再配上一個開鎖鍵和一個關(guān)鎖鍵，還有一個蜂鳴器作為發(fā)提示音用。
    這里使用的串行通信的指紋模塊是上海一維科技的MRB200指紋模塊，在指紋模塊掃描板下面有一個輕觸開關(guān)來感知手指的按下。由于單片機(jī)的IO腳不夠用，利用了一片串并轉(zhuǎn)換芯片74HC595擴(kuò)展輸出口來驅(qū)動開鎖、關(guān)鎖、蜂鳴、指紋模塊的睡眠喚醒和指示燈等。
    另外值得一提的是，由于MSP430F1121僅有的一個串口已經(jīng)接了74HC595，與指紋模塊的通信就只能利用兩只普通的IO腳軟件模擬串口來完成了。系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示。

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    美國TI公司設(shè)計生產(chǎn)的MSP430系列芯片是專門為電池供電的低功耗系統(tǒng)設(shè)計的16位RISC結(jié)構(gòu)的單片機(jī)，可以最大程度地延長電池的壽命。它的指令周期最小為125ns，工作電壓范圍由1．8V到3．6V，在工作電壓為2．2V，主頻為1MHz的情況下的工作電流是160uA，有5種省電模式，從睡眠狀態(tài)到喚醒狀態(tài)只需6us。
    本系統(tǒng)是專為電池供電而設(shè)計，使用了低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)作為電源，它的靜態(tài)耗費(fèi)只有2 uA～3uA，再加上系統(tǒng)睡眠時電流小于15uA，保證了在使用4節(jié)5號電池供電正常使用的情況下系統(tǒng)可正常工作3個月以上。

4 軟件設(shè)計
    由于本系統(tǒng)要做成低功耗，所以系統(tǒng)在沒人使用的時候是處于睡眠狀態(tài)，以達(dá)到省電的目的，一旦有人按下指紋或者按下按鍵，系統(tǒng)就被喚醒完成相應(yīng)的操作。
    要使系統(tǒng)省電，軟件的設(shè)計關(guān)鍵是要根據(jù)MSP430F112l硬件上所特有的一些跟省電有關(guān)的特性來設(shè)計，才能充分發(fā)揮這款芯片的低功耗特性。比如，要選擇好適當(dāng)?shù)乃吣Ｊ?；在進(jìn)入睡眠模式之前要確保關(guān)閉所有有可能漏電流的端口；端口要使用的時候才打開，使用完就馬上關(guān)閉等等。由于MSP430系列芯片的每個IO引腳都可以作為中斷源觸發(fā)中斷，所以主要的操作都是放在按鍵中斷程序里面完成，而主程序主要是完成一些端口設(shè)置、定時器設(shè)置等等的操作，主程序的流程圖如圖2所示。

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    每次有按鍵按下產(chǎn)生按鍵中斷進(jìn)入按鍵中斷程序，系統(tǒng)首先檢查是否有損壞短路的按鍵，然后判斷此次按鍵中斷是否干擾造成，如果是就直接返回睡眠狀態(tài)，接下來就是清按鍵中斷標(biāo)志和禁止按鍵中斷，這一步非常重要，不然就會造成一些混亂。
    然后就把鍵值取下來，等晶振生效以后就設(shè)置端口和定時器，接著檢查電池電量，再接著就是根據(jù)鍵值來進(jìn)行不同的操作。
    這里要注意，由于指紋模塊的功耗比較大，所以要用到的時候才打開它，用完就馬上關(guān)閉。如果操作完成或者一段時間沒有操作，系統(tǒng)就自動關(guān)閉需要關(guān)閉的端口和打開按鍵中斷，最后中斷返回進(jìn)入睡眠狀態(tài)。中斷程序流程圖如圖3所示。

5 結(jié)語
    本指紋鎖控制系統(tǒng)具有超低功耗、體積小、可靠、結(jié)構(gòu)簡單和使用方便等特點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于只有電池供電場合。本系統(tǒng)已經(jīng)交付給廠家試用，得到廠家的好評。