基于身份认证的新型电源开关控制系统的设计

刘思云，林显锐，莫长江

（岭南师范学院信息工程学院，湛江 524048）

0 引言

当今社会，电脑应用已经很普及，人们的生活与工作越来越离不开电脑，很多重要的隐私和工作资料都存储在电脑中，如果被人悄悄查看甚至窃取，将是一件很麻烦和令人担忧的事情。因此很多人为防止电脑被盗用往往会设计开机密码，但一般人不太懂得如何设计开机密码且容易遗忘，或设计的开机密码过于简单容易被破解。如果设计一种需身份认证的电源开关控制系统，只有身份认证通过，开关才能正常启用，从而可从源头上保护电脑的使用权。

指纹匹配技术已经在保险柜、密码锁和门禁系统中得到广泛应用[1-3]，但这些应用领域结构显复杂，管理成本较高。基于身份认证的新型电源开关控制系统将指纹识别技术开关，大大有利于保护电脑的使用安全，且结构简单，成本低廉。

1 系统整体结构

系统选用单片机STC12C5A60S2 为控制芯片，该单片机具有最小系统功耗，具有更快处理速度和更高精度，自带串口和高速A/D 转换器等特性[4-5]。另一个核心器件是指纹模块AS608，辅以外围电路独立键盘、液晶LCD1602、继电器JQC-3FF 和蜂鸣器等。系统结构如图1 所示。

图1 指纹开关控制系统结构

2 硬件设计

2.1 指纹模块接口电路

指纹模块ATK-AS608 由ALIEN 整机厂商所推出，其中的芯片AS608 由杭州晟元芯片技术有限公司制造，主要组成部分是封装的DSP 芯片，不必深入了解指纹识别以及图像处理等算法就能够迅速有效识别，此外拥有USB 通讯接口和串口，指纹的存储容量为300 枚，识别时间少于0.3 秒，串口波特率为9600bps至115200bps[6]，完全满足系统应用要求。正常工作电压为3.3V，可利用AMS1117 作为转换电压芯片，将5V电压转化为3.3V。AS608 接口电路如图2 所示。

图2 指纹模块接口电路

1、4 引脚分别接 3.3V 电源以及地，2 引脚 RX、3 引脚TX 分别与单片机的P30、P31 串口引脚相连。

2.2 独立按键电路

独立按键的设计主要是为了控制整个系统的操作流程。其中包括K1、K3 和K4 三个功能操作键，以及一个用于设置权限的特殊按键K2。K1 进行功能确认，K3 进行功能切换，K4 用来返回编辑初始状态。如图3 所示。

图3 独立按键电路

2.3 其他模块电路

继电器用以控制电源开关的通断。LCD1602 显示“正常使用”或“非法身份”，起提示作用。当身份认证通过时，蜂鸣器发出“嘟嘟”的两声提示音，继电器打开，电脑通电；当身份认证不通过时，蜂鸣器发出持续的“嘟…”音鸣叫，提醒可能有人试图擅用电脑，直到解除声音为止。

3 软件设计

3.1 主程序设计

系统主要实现指纹图像采集、存储以及识别三种功能。系统初始化时，显示匹配指纹、删除指纹和添加指纹三个功能选择，但只有匹配指纹功能可供一般用户使用，另外两项功能有权限设置。手指搁放指纹采集接口，进行指纹匹配。如匹配成功，则LCD 显示器显示“认证通过”，蜂鸣器发出“嘟嘟”短促提示音，继电器打开，电脑通电。如匹配不成功，则显示器显示“非法使用”，蜂鸣器发出“嘟—”的周期长鸣音，继电器不打开。主流程如图4 所示。

图4 系统整体流程图

部分核心代码如下：

3.2 编辑程序设计

系统初始化后，如果连按K2 两次则进入编辑初始状态，K2 是权限设置，连按两次是为了避免有人误按进入编辑状态，工作流程如图5 所示。编辑状态显示搜索、删除和添加指纹三个功能选项。若在编辑状态再连续按键K2 两次，则退出编辑回到系统初始化界面。在编辑状态，采用按键K3 进行功能选择，按K1表示功能选择确认。按K3 选择添加功能时，如果手指在指纹采集接口处，按K1 确认，则添加了一个新的指纹模板。按K3 选择搜索功能，按K1 表示确认，则搜索所存储的指纹，在显示器显示录入序号和标记。按K3 选择删除功能，按K1 表示确认，则进入全部删除和部分删除指纹功能选项界面，同样可以通过K3 进行功能选择，K1 进行功能选择确认，在编辑状态任何位置，按K4 返回到编辑初始状态。编辑状态工作流程如图6 所示。

图5 按键K2设置权限算法流程图

图6 系统编辑状态流程图

部分核心代码如下：

4 系统测试

对系统进行整体性能测试，分别从时间、功耗和蜂鸣器声音响度三个测度测试，结果符合预期要求。系统工作稳定，指纹匹配、指纹录入和删除高效正确，显示器显示结果清楚，蜂鸣器提示音响亮。此外系统功耗很低，连续工作手感发热量低。

5 结语

本文设计的身份认证新型开关控制系统，能有效通过完成指纹匹配以控制电源开关的通断，结果显示和声音提示作用效果均能满足应用要求。此外，指纹录入、删除的权限设置也比较方便和隐秘。本系统运行稳定，结构简单，成本较低，能有效提高避免电脑被擅用的安全性。