基于多協議的無線指紋簽到系統設計

陳新銳

摘要：本文以多協議平臺的指紋簽到系統為設計對象，通過對高精度光學傳感器采集的原始數據利用商用指紋算法處理得到一段經過測試的識別信息，由UART接口和通訊協議的智能型模塊將識別信息送無線WIFI+藍牙2合1功能的雙核ESP32核心板。經過多次調測識別算法，完成多次收發試驗，該系統可以與上位機有效穩定地傳輸指紋識別信息。

關鍵詞：無線指紋簽到系統;STM32F205;ESP32

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）03-0168-02

0 引言

隨著生物科技的快速發展，指紋識別由于具有較好的唯一性，因而被廣泛應用在簽到管理系統、門禁管理系統等需要優先進行身份識別的領域。市面上常見的簽到系統有兩類：一類是單機型產品，簽到機相互之間沒有數據交互，其指紋識別信息需要拷貝到上位機才能查看，操作麻煩，實時性較差;另一類是下位機+上位機型產品，簽到機采集指紋數據與上位計算機進行交互并組成簽到系統，多個簽到系統之間可以共享指紋數據和簽到機設備，而且還可以通過手機或計算機上網查詢簽到實時管理和查詢簽到統計數據。后者的應用優勢明顯大于前者。目前簽到系統下位機+上位機型產品的主要研究熱點集中在無線數據傳輸的有效可靠性、識別處理的時延和后臺管理系統的數據統籌上。

1 多協議無線指紋簽到系統的實現

為了實現無線指紋簽到系統采集指紋數據、將數據轉換成有效識別信息，同時可以保證指紋識別信息能夠以無線的方式有效、可靠、快速地傳輸到上位機。本文采用一套自行設計基于STM32F205主控的指紋識別模塊對高精度光學傳感器采集原始數據部分進行開發，整套簽到系統主要分為指紋采集模塊、指紋識別控制系統和無線傳輸控制系統，控制系統均搭載在硬件平臺上[1-3]。

1.1 無線指紋簽到系統硬件設計

無線指紋簽到系統的硬件平臺主要由兩大部分構成：（1）指紋采集識別與ESP32電路設計，它是采集待測者指紋信息的作為識別控制系統處理的重要的信息對象，單個指紋采集模塊最多可存儲1000條指紋信息。光學傳感器的采集精度直接影響到控制系統的識別精度，識別控制系統與無線傳輸控制系統通過串口協議進行通信。（2）無線收發電路設計，無線收發平臺一端采用ESP32為核心WIFI+藍牙雙協議功能的無線傳輸控制系統，無線傳輸控制系統可以按照需求進行拓展，另外一端是WIFI或藍牙連接的后臺，為了后臺運行的可靠性，可以采取主備后臺的配置。無線傳輸控制系統與后臺之間數據傳輸具有實時、穩定、可靠的特點，整個系統采用了改進型負反饋架構。

1.2 無線指紋簽到系統的軟件設計

本文的無線指紋簽到系統的軟件部分主要完成識別控制系統、無線傳輸控制系統和后臺管理系統的程序設計，軟件程序是在集成編譯環境Keil MDK-ARM和ESP-IDF下用C和Python語言編程實現。無線指紋簽到系統軟件流程如圖1所示，主要過程包括首先開機對指紋采集模塊、指紋識別控制系統和無線傳輸控制系統的各組件進行初始化，然后開啟WIFI網絡連接，再進行指紋錄入或指紋簽到或指紋清除等操作，ESP32核心板上的指示燈用來指示不同的工作狀態。為了確保指紋采集精度，程序設置指紋采集3次有效。指紋采集成功和識別成功，均會觸發ESP32與后臺之間Socket連接與HTTP連接的互操作。

1.3 系統運行過程

指紋識別控制程序中使用一個定義的8位數組gTxBuf[8]的主指令來區分用戶識別、添加用戶以及清除所有指紋數據三種工作狀態，并通過檢查校驗和來確保工作狀態準確無誤。通過實際測試，本系統用戶指紋識別準確率幾乎達到100%，系統一次識別成功反饋用時大約1秒鐘。無線傳輸控制系統ESP32核心以低功耗模式工作，可以不斷監測指紋識別控制系統的狀態變化，ESP32通過判斷工作狀態來決定是否啟用WIFI收發。

2 成果分析

本系統可以較好的實現無線指紋簽到，從指紋采集并作TFS-9算法處理后的指紋識別數據準確有效，并設置了用戶識別、添加用戶以及清除所有指紋數據三種工作模式。ESP32板載WIFI的通信距離可達到20米左右，外接天線、級聯或者中繼放大均可以讓通信距離更遠，因此本系統可適合于不同區域不同距離的無線簽到應用，并且為接下來后臺管理系統的設計以及本系統的完善奠定了理論及實踐基礎。

參考文獻

[1] 蒙飚.基于無線傳感器網絡的校園考勤系統設計[J].柳州職業技術學院學報，2014，14（1）：41-45.

[2] 孫雪冰.基于指紋識別的云考勤系統設計與實現[D].濟南：濟南大學，2016.

[3] 劉敏，常蝶，郭雅賢.基于指紋識別的云技術[J].電子元器件與信息技術，2019（12）：4-5.

Abstract：This paper takes the fingerprint sign in system of multi protocol platform as the design object， by using the commercial fingerprint algorithm to process the original data collected by the high-precision optical sensor， a section of tested identification information is obtained， the smart module of UART interface and communication protocol will send the identification information to the dual core esp32 core board with wireless WiFi + Bluetooth 2-in-1 function. After many times of debugging and identification algorithm， complete multiple receiving and dispatching tests， the system can effectively and stably transmit fingerprint identification information with upper computer.

Key words：wireless fingerprint sign in system; stm32f205; esp32