基于MSP430的指纹管理系统设计

明新华 邱达 沈王姚 刘佳 苏和平

摘 要：为了实现对学校学生的智能化管理，本文设计了一款以MSP430F149为核心处理器的低功耗、低成本、智能化的指纹管理系统。通过指纹检测录入学生信息并解开门锁，利用红外对射记录学生人数，最后将统计的数据通过GPRS传输到学校服务器。通过对各层人员的问卷调查发现，该设计实用性比较强，比较符合大多数人的期望，具有一定的研究意义。

关键词：指纹检测；MSP430F149芯片；GPRS传输；红外对射

中图分类号：TP368.1 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）03-0008-03

Design of Fingerprint Management System Based on MSP430

MING Xinhua，QIU Da，SHENG Wangyao，LIU Jia，SU Heping

（Hubei University for Nationalities School of Information Eengineering，Enshi 445000，China）

Abstract：In order to realize the intelligent management of school students，a low power，low cost and intelligent fingerprint management system with MSP430F149 as the core processor is designed in this paper. The students' information was recorded by the fingerprint detection and the lock was unlocked. The number of students was recorded by infrared radiation，and the statistical data were transferred to the school server by GPRS. Through the questionnaire survey of all levels of personnel，it is found that the design is quite practical，which is more suitable for most people's ideas，and has certain research significance.

Keywords：fingerprint detection；MSP430F149 chip；GPRS transmission；infrared radiation

0 引 言

隨着科技的持续发展，一方面它在优化人们的生活，另一方面也给一些人造成了不好的影响。例如，住校中学生晚上会出去通宵上网，以至于在课堂上无精打采，虽然学校对此实施了很多策略，但效果都不太好，毕竟没有确切的证据说明学生确实出去过；另外，由于学生有时会丢钥匙，房门打不开，从而带来一些不必要的困扰，如钱财的丢失等。针对以上问题，我们团队设计了一款指纹解锁、带有人员检测和计数功能的数据共享系统。房门通过指纹识别自动开启，通过人员的进出方向来判别是增还是减，从而实现计数功能。晚上十二点和凌晨两点将数据发送至学校的服务器，学校将两次数据和本地数据进行对比，并将不匹配的数据发送给楼栋管理员，由管理员通知班主任进行处理。

1 系统架构

该系统由两大部分构成，数据的采集和数据的传输如图1所示。

该设计的工作流程如下：

（1）由指纹识别来开启寝室房门，并在TFT显示屏上显示该人员的信息，并由语音提示该人员的名字，当房门开启之后，利用红外对射管来计算寝室的人数；

（2）晚上十二点钟和凌晨两点钟将最终统计结果通过GPRS无线模块发送至学校的服务器。

图1 系统总架构

2 硬件设计

该系统硬件包含电源模块、MSP430F149控制器[1]、红外对射模块、语音模块、TFT彩屏、指纹识别模块、无线模块，系统硬件结构如图2所示。

2.1 电源电路模块

MSP430系列的单片机工作电压一般都很低，MSP430f149的工作电压在1.8～3.6V，标准是3.3V。整个系统采用3.3V供电，这里采用LM1117稳压芯片，该芯片可以满足系统的需求，而且性价比较高。为了得到文波比较小的输出电压，这里在输入输出口各加上一个滤波电容。电路如图3所示。

图3 稳压原理

2.2 指纹模块

该指纹模块采用高性能的DSP处理器为核心，反应灵敏，对于干湿手都有灵敏的反应和判断。特定绿色LED高亮光源具有抗衰老性能优的特点，采用特定绿色高亮光源组件，超低光衰，使用寿命更长，性能更持久耐用，具得很好的成像效果，适用人群较广泛[2]。

2.3 红外对射模块

这里采用红外对射的光电开关，距离可以根据需要选取，这里只要2m即可。该模块的原理是在有遮挡物时，就会输出一个高电平，单片机只需要检测这个高电平的个数就可以判断人员数目，前后各放置一个，检测哪一个先变成高电平，进而判断是加计数还是减计数。计数原理如图4所示。

2.4 显示模块

由于这里要显示这个指纹的纹路和人员的信息，所以选取了一块TFT1.8彩屏[3]，这块彩屏小巧，而且本设计需显示的信息不多，它可以满足本设计的要求，而且廉价，不失为一个好的选择。

2.5 无线模块

无线通讯模块采用SIM900GPRS/GSM，无线收发模块，该模块内置TCP/IP协议栈[4]，支持串口通信，MSP430F149通过串口向SIM900模块发送指令，包含目标地址及要发送的数据，该发送过程需要按照通讯协议打包发送，指令格式为：0x11，0x00，数据，0xff，0xaa。这是一个完整的数据包格式。

2.6 语音模块

语音模块采用N9200B音乐模块，该模块是一个提供串口的MP3芯片，集成了MP3、WAV的硬解码，同时支持多种控制方式，包括UART串口模式、一线串口模式、AD按键控制模式。flash容量为16Mbit、且价格便宜，完全可以胜任本次设计的任务[5]。

3 软件设计

软件包括两大部分，数据的采集和发送。总的流程如图5所示。

图5 软件流程图

其中Sim900A的工作流程如图6所示。

通过串口发送指令进行连接、通信以及确认当前网络和模块状态等。

4 系统测试结果

首先是主界面附加的一些信息，包括当前温度、cpu内部电压以及当前的时间等；当有指纹按下时会切换到另外一个界面，显示该人员的相关信息；当整点时就把数据发送到学校服务器或者管理员。结果如图7所示。

5 结 论

该系统主要为了解决目前大多数学生夜不归寝、晚归等问题。系统通过光学指纹模块录入学生信息并进行存储。当录入的学生再次按下时，TFT液晶屏显示个人信息，且房門开锁并提示欢迎；人员采集使用两束平行对射红外传感器，通过人员进出的先后顺序进行加减计数；晚上12点整准时将记录的人员计数情况通过无线模块发送至学校服务器，服务器通过对比，若发现某寝室人员数目与本地数据不匹配，就将该信息发送至班主任或家长的手机APP上，由他们进行处理。

通过对不同人群的调查得知，无论是家长还是老师，都表示该系统比较适应实际的需求。家长可以通过手机APP查询学生在校情况，以便更好地了解学生的学习生活。不仅为学校提供了方便，也为家长了解学生情况提供了条件。该设计不仅能用于学校，还可以应用于国企及员工比较多的地方，具有一定的实用价值。

参考文献：

[1] 胡敦利.基与MSP430的空气环境质量监测系统设计 [J].高技术通信，2015（3）：279-285.

[2] 陈芳林.指纹特征提取与多特征识别 [M].北京：国防工业出版社，2016.

[3] 马群刚.TFT原理与设计 [M].北京：北京教育出版社，2011.

[4] 史洁琼，曾连荪.TcP/IP协议在无线测控网中的应用 [J].电脑知识与技术，2009（5）：1590-1592.

[5] 俞栋.语音识别实践 [M].北京：电子工业出版社，2016.

作者简介：明新华（1996.02-），男，汉族，湖北黄石人，本科在读。研究方向：嵌入式。