基于身份認(rèn)證的新型電源開關(guān)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉思云，林顯銳，莫長江

（嶺南師范學(xué)院信息工程學(xué)院，湛江 524048）

0 引言

當(dāng)今社會，電腦應(yīng)用已經(jīng)很普及，人們的生活與工作越來越離不開電腦，很多重要的隱私和工作資料都存儲在電腦中，如果被人悄悄查看甚至竊取，將是一件很麻煩和令人擔(dān)憂的事情。因此很多人為防止電腦被盜用往往會設(shè)計(jì)開機(jī)密碼，但一般人不太懂得如何設(shè)計(jì)開機(jī)密碼且容易遺忘，或設(shè)計(jì)的開機(jī)密碼過于簡單容易被破解。如果設(shè)計(jì)一種需身份認(rèn)證的電源開關(guān)控制系統(tǒng)，只有身份認(rèn)證通過，開關(guān)才能正常啟用，從而可從源頭上保護(hù)電腦的使用權(quán)。

指紋匹配技術(shù)已經(jīng)在保險(xiǎn)柜、密碼鎖和門禁系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用[1-3]，但這些應(yīng)用領(lǐng)域結(jié)構(gòu)顯復(fù)雜，管理成本較高。基于身份認(rèn)證的新型電源開關(guān)控制系統(tǒng)將指紋識別技術(shù)開關(guān)，大大有利于保護(hù)電腦的使用安全，且結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)選用單片機(jī)STC12C5A60S2 為控制芯片，該單片機(jī)具有最小系統(tǒng)功耗，具有更快處理速度和更高精度，自帶串口和高速A/D 轉(zhuǎn)換器等特性[4-5]。另一個(gè)核心器件是指紋模塊AS608，輔以外圍電路獨(dú)立鍵盤、液晶LCD1602、繼電器JQC-3FF 和蜂鳴器等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 指紋開關(guān)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 指紋模塊接口電路

指紋模塊ATK-AS608 由ALIEN 整機(jī)廠商所推出，其中的芯片AS608 由杭州晟元芯片技術(shù)有限公司制造，主要組成部分是封裝的DSP 芯片，不必深入了解指紋識別以及圖像處理等算法就能夠迅速有效識別，此外擁有USB 通訊接口和串口，指紋的存儲容量為300 枚，識別時(shí)間少于0.3 秒，串口波特率為9600bps至115200bps[6]，完全滿足系統(tǒng)應(yīng)用要求。正常工作電壓為3.3V，可利用AMS1117 作為轉(zhuǎn)換電壓芯片，將5V電壓轉(zhuǎn)化為3.3V。AS608 接口電路如圖2 所示。

圖2 指紋模塊接口電路

1、4 引腳分別接 3.3V 電源以及地，2 引腳 RX、3 引腳TX 分別與單片機(jī)的P30、P31 串口引腳相連。

2.2 獨(dú)立按鍵電路

獨(dú)立按鍵的設(shè)計(jì)主要是為了控制整個(gè)系統(tǒng)的操作流程。其中包括K1、K3 和K4 三個(gè)功能操作鍵，以及一個(gè)用于設(shè)置權(quán)限的特殊按鍵K2。K1 進(jìn)行功能確認(rèn)，K3 進(jìn)行功能切換，K4 用來返回編輯初始狀態(tài)。如圖3 所示。

圖3 獨(dú)立按鍵電路

2.3 其他模塊電路

繼電器用以控制電源開關(guān)的通斷。LCD1602 顯示“正常使用”或“非法身份”，起提示作用。當(dāng)身份認(rèn)證通過時(shí)，蜂鳴器發(fā)出“嘟嘟”的兩聲提示音，繼電器打開，電腦通電；當(dāng)身份認(rèn)證不通過時(shí)，蜂鳴器發(fā)出持續(xù)的“嘟…”音鳴叫，提醒可能有人試圖擅用電腦，直到解除聲音為止。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 主程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)指紋圖像采集、存儲以及識別三種功能。系統(tǒng)初始化時(shí)，顯示匹配指紋、刪除指紋和添加指紋三個(gè)功能選擇，但只有匹配指紋功能可供一般用戶使用，另外兩項(xiàng)功能有權(quán)限設(shè)置。手指擱放指紋采集接口，進(jìn)行指紋匹配。如匹配成功，則LCD 顯示器顯示“認(rèn)證通過”，蜂鳴器發(fā)出“嘟嘟”短促提示音，繼電器打開，電腦通電。如匹配不成功，則顯示器顯示“非法使用”，蜂鳴器發(fā)出“嘟—”的周期長鳴音，繼電器不打開。主流程如圖4 所示。

圖4 系統(tǒng)整體流程圖

部分核心代碼如下：

3.2 編輯程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)初始化后，如果連按K2 兩次則進(jìn)入編輯初始狀態(tài)，K2 是權(quán)限設(shè)置，連按兩次是為了避免有人誤按進(jìn)入編輯狀態(tài)，工作流程如圖5 所示。編輯狀態(tài)顯示搜索、刪除和添加指紋三個(gè)功能選項(xiàng)。若在編輯狀態(tài)再連續(xù)按鍵K2 兩次，則退出編輯回到系統(tǒng)初始化界面。在編輯狀態(tài)，采用按鍵K3 進(jìn)行功能選擇，按K1表示功能選擇確認(rèn)。按K3 選擇添加功能時(shí)，如果手指在指紋采集接口處，按K1 確認(rèn)，則添加了一個(gè)新的指紋模板。按K3 選擇搜索功能，按K1 表示確認(rèn)，則搜索所存儲的指紋，在顯示器顯示錄入序號和標(biāo)記。按K3 選擇刪除功能，按K1 表示確認(rèn)，則進(jìn)入全部刪除和部分刪除指紋功能選項(xiàng)界面，同樣可以通過K3 進(jìn)行功能選擇，K1 進(jìn)行功能選擇確認(rèn)，在編輯狀態(tài)任何位置，按K4 返回到編輯初始狀態(tài)。編輯狀態(tài)工作流程如圖6 所示。

圖5 按鍵K2設(shè)置權(quán)限算法流程圖

圖6 系統(tǒng)編輯狀態(tài)流程圖

部分核心代碼如下：

4 系統(tǒng)測試

對系統(tǒng)進(jìn)行整體性能測試，分別從時(shí)間、功耗和蜂鳴器聲音響度三個(gè)測度測試，結(jié)果符合預(yù)期要求。系統(tǒng)工作穩(wěn)定，指紋匹配、指紋錄入和刪除高效正確，顯示器顯示結(jié)果清楚，蜂鳴器提示音響亮。此外系統(tǒng)功耗很低，連續(xù)工作手感發(fā)熱量低。

5 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)的身份認(rèn)證新型開關(guān)控制系統(tǒng)，能有效通過完成指紋匹配以控制電源開關(guān)的通斷，結(jié)果顯示和聲音提示作用效果均能滿足應(yīng)用要求。此外，指紋錄入、刪除的權(quán)限設(shè)置也比較方便和隱秘。本系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，能有效提高避免電腦被擅用的安全性。